计算机图形学_完整版
《计算机图形学》课件第一章
2. 模式识别（Pattern Recognition 图形信息输入计算机后， 先对它进行特征提取等预处 理， 然后用统计判定方法或语法分析方法对图形做出识别， 最后由计算机按照使用需求给出图形的分类或描述， 这就 是模式识别。 邮政自动分拣、 中西文字符和工程图纸自动 阅读等都是模式识别技术的应用实例。 模式识别研究怎样 分析和识别输入的图形， 以便找出其中蕴涵的内在联系或 抽象模型。
到能够展示某些期望特征的新图像。
图像处理、 模式识别、 计算机图形学、 计算几何和分 形几何这些学科都已有四十余年的历史了。 但长期以来， 它们基本上是以相互独立的形式各自发展、 成长的。 到了 20世纪80年代， 由于光栅图形显示器的广泛使用， 以及大 量复杂的应用课题的研究需要， 这几门学科的相互关系和 共同技术引起了人们越来越大的兴趣， 其学科界限日益模 糊。 从计算机软硬件的角度来看， 起核心作用的是图形显 示技术。
其后， MIT发展了APT(Automatically Programmed Tools) 数控加工自动编程语言， 这是目前国际上最为通用的加工 编程工具。 整个20世纪50年代， 使用的都是电子管计算机， 用机器语言编程。 计算机仍以科学计算为主， 为之配置的 图形设备仅具有输出功能， 计算机图形学处于被动式的图 形处理阶段。
（4）图形信息的存储、 检索与交换技术。 例如， 图 形信息的各种机内外表示方法、 组织形式、存取技术、 图 形数据库的管理、 图形信息的通信等。
（5） 人机交互与用户接口技术。 例如， 新型定位设 备、 选择设备等的研发， 各种交互技术如构造技术、 命令 技术、 选择技术、 响应技术等的研究， 以及用户模型、 命 令语言、 反馈方法、 窗口系统等用户接口技术的研究等。
（完整版）计算机图形学期末考试
（完整版）计算机图形学期末考试计算机图形学期末模拟题⼀、选择题1、在下列叙述语句中，错误的论述为（ C ）A) 在图形⽂件系统中，点、线、圆等图形元素通常都⽤其⼏何特征参数来描述；B)在图形系统中，图形处理运算的精度不取决于显⽰器的分辨率；C) 在光栅扫描图形显⽰器中，所有图形都按⽮量直接描绘显⽰，不存在任何处理；D) 在彩⾊图形显⽰器中，使⽤RGB颜⾊模型。
2、光线跟踪算法中包括了哪些光照效果？（ C ）A) 仅有光反射；B) 仅有光透射；C) 有光反射和光透射；D) 都没有3、透视投影中主灭点最多可以有⼏个？（ D ）A) 0 B) 1 C) 2 D) 34、在明暗光滑处理算法中，下列论述哪个是错误的？（ D ）A) Gouraud明暗模型计算中，多边形与扫描平⾯相交区段上每⼀采样点的光亮度值是由扫描平⾯与多边形边界交点的光亮度插值得到的；B) Phong明暗处理模型中，采⽤了双线性插值和构造法向量函数的⽅法模拟⾼光；C) Gouraud明暗模型和Phong明暗处理模型主要是为了处理由多个平⾯⽚近似表⽰曲⾯物体的绘制问题；D) Phong明暗模型处理的物体表⾯光亮度呈现不连续跃变；5、B样条曲线中，按照节点⽮量T的不同可以将B样条分为均匀B样条，开放均匀B样条和⾮均匀B样条，以下选项中属于开放均匀B样条节点⽮量的是（C ）。
A、T＝（0，1，2，3，4，5，6）B、T＝（0，0，1，1，2，2，3，3）C、T＝（0，0，0，1，2，3，4，5，5，5）D、T＝（0，0.1，0.2，0.2，0.5，1）6、曲线的分类有（ A ）A、规则曲线⾃由曲线随机曲线B、规则曲线变换曲线⾃由曲线C、变换曲线随机曲线⾃由曲线D 随机曲线变换曲线规则曲线7、曲线曲⾯拟合的⽅法有（ B ）A、插值做差拟合B、插值逼近拟合C、插值闭合拟合D 插值变换拟合8、光线跟踪算法中包括了哪些光照效果？（ C ）A) 仅有光反射；B) 仅有光透射；C) 有光反射和光透射；D) 都没有⼆、填空题1、计算机制作动画从狭义上是指根据要求⽣成⼀系列连续变动的画⾯，它的步骤由（造型）、（运动控制）和（绘制）组成。
《计算机图形学》课件
光照模型与阴影生成算法的应用广泛，例如在游戏开发、虚拟现实和 电影制作等领域。
纹理映射算法
纹理映射算法用于将图像或纹理贴图映射到三维物体 的表面。
输标02入题
常用的纹理映射算法包括纹理坐标、纹理过滤和纹理 压缩等。
01
03
纹理映射算法的应用广泛，例如在游戏开发、虚拟现 实和数字艺术等领域。
04
工业设计
使用CAD等技术进行产品设计和原型制作 。
游戏开发
创建丰富的游戏场景和角色，提供沉浸式 的游戏体验。
科学可视化
将复杂数据以图形方式呈现，帮助人们理 解和分析数据。
虚拟现实与增强现实
构建虚拟环境，实现人机交互，增强现实 感知。
02
计算机图形学基础知识
图像与图形的关系
图像
由像素组成的二维或三维数据，通常 用于表示真实世界或模拟的视觉信息 。
全息投影技术
总结词
全息投影技术能够实现三维立体显示，为观众提供沉浸式的 观影体验。
详细描述
全息投影技术利用干涉和衍射原理，将三维物体以全息图像 的形式呈现出来，使观众能够从不同角度观察到物体的立体 形态。这种技术将为电影、游戏和其他娱乐领域带来革命性 的变化。
增强现实技术
总结词
增强现实技术能够将虚拟信息与现实世界相结合，提供更加丰富的交互体验。
HSL和HSV模型
基于色调、饱和度和亮度（或 明度）来描述颜色。
RGBA模型
在RGB基础上增加透明度通道 。
图像处理技术
滤波和锐化
通过改变图像的像素值 来减少噪声、突出边缘
或细节。
色彩调整
改变图像中颜色的分布 和强度，以达到特定的
视觉效果。
图像分割
计算机图形学实验(全)
实验1 直线的绘制实验目的1、通过实验，进一步理解和掌握DDA和Bresenham算法；2、掌握以上算法生成直线段的基本过程；3、通过编程，会在TC环境下完成用DDA或中点算法实现直线段的绘制。
实验环境计算机、Turbo C或其他C语言程序设计环境实验学时2学时，必做实验。
实验内容用DDA算法或Besenham算法实现斜率k在0和1之间的直线段的绘制。
实验步骤1、算法、原理清晰，有详细的设计步骤；2、依据算法、步骤或程序流程图，用C语言编写源程序；3、编辑源程序并进行调试；4、进行运行测试，并结合情况进行调整；5、对运行结果进行保存与分析；6、把源程序以文件的形式提交；7、按格式书写实验报告。
实验代码：DDA：# include <graphics.h># include <math.h>void DDALine(int x0,int y0,int x1,int y1,int color){int dx,dy,epsl,k;float x,y,xIncre,yIncre;dx=x1-x0;dy=y1-y0;x=x0;y=y0;if(abs(dx)>abs(dy))epsl=abs(dx);elseepsl=abs(dy);xIncre=(float)dx/(float)epsl;yIncre=(float)dy/(float)epsl;for(k=0;k<=epsl;k++){putpixel((int)(x+0.5),(int)(y+0.5),4);x+=xIncre;y+=yIncre;}}main(){int gdriver ,gmode ;gdriver = DETECT;initgraph(&gdriver , &gmode ,"C:\\TC20\\BGI");DDALine(0,0,35,26,4);getch ( );closegraph ( );}Bresenham：#include<graphics.h>#include<math.h>void BresenhamLine(int x0,int y0,int x1,int y1,int color) {int x,y,dx,dy,e;dx=x1-x0;dy=y1-y0;e=-dx;x=x0;y=y0;while(x<=x1){putpixel(x,y,color);x++;e=e+2*dy;if(e>0){y++;e=e-2*dx;}}}main(){int gdriver ,gmode ;gdriver = DETECT;initgraph(&gdriver , &gmode ,"c:\\TC20\\BGI");BresenhamLine(0, 0 , 120, 200,5 );getch ( );closegraph ( );}实验2 圆和椭圆的绘制实验目的1、通过实验，进一步理解和掌握中点算法；2、掌握以上算法生成椭圆或圆的基本过程；3、通过编程，会在TC环境下完成用中点算法实现椭圆或圆的绘制。
计算机图形学(1-3章讲义汇总整理)
图形显示系统是计算机图形处理系统中极其重要的部分。图形显示系统负责实时显示图 形处理的中间或最终结果，为用户提供可视的工作界面等。PC 机的图形显示系统逻辑上是 由监视器(Monitor，又称显示器)和显示卡(又称显示适配器)两大部分组成。目前显示器中主 要包括阴极射线管(CRT)，液晶显示器(LCD)和等离子显示器(PDP)。
图形输入板与坐标数字化仪
图形输入板与坐标数字化仪两者的工作原理与功能完全相同，它们都是将图形转变成计 算机能接收的数字量的专用设备。它们按工作原理的不同分为电磁式、超声波式、电位梯度 式、机械式等多种。数字化仪往往具在定位、拾取、选择的功能，其主要性能指标有分辨率、 精度和幅面。许多数字化仪提供多种压感。现在非常流行的汉字手写系统就是一种数字化仪。
光笔
光笔是一种手持检测光的装置，它直接在屏幕上操作，拾取位置。光笔原理简单，操作 直观，但荧光屏的分辨率、电子束扫描速度、荧光粉的特性、笔尖与荧光粉的距离和角度等 诸多因素都会影响光笔的分辨率与灵敏度。另外，光笔对于荧光屏上不发光的区域无法检测， 也不能用于液晶、等离子体等类型的显示器。
触摸屏
触摸屏利用手指等对屏幕的触摸位置进行定位。按工作原理可以分为：电阻式、电容式、 红外线式和声波表面波式。
计算机图形学的研究内容 计算机图形学的定义
计算机图形学是利用计算机来建立、处理、传输和存储从某个客观对象抽象得到的几何 和物理模型，并根据模型产生该对象图形输出的有关理论、方法和技术。1982 年，国际标 准化组织 ISO 将计算机图形学定义为：研究用计算机进行数据和图形之间相互转换的方法和 技术。
CRT 显示器
CRT 显示器由于分辨率和可靠性高、速度快、成本低等优点，多年来一直是图形显示系 统中最重要的设备。CRT 显示器的工作方式分为随机扫描和光栅扫描两种方式，目前以光栅 扫描方式为主，这是因为，虽然随机扫描图形显示器具有画线速度快、分辨率高等优点，但 难以生成具有多种灰度和颜色且色调能连续变化的图形，而光栅扫描图形显示器却可以生成 有高度真实感的图形，因而已成为 PC 机和 Macintosh 计算机以及各种工作站所使用的最重 要的信息显示设备。
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▲ 图像（Image）
➢一些相关概念： 像素 Pixel 网格图 Grid 位图 Bitmap 点阵图 光栅图 Raster 图片 Picture……
计算机图形学与虚拟现实 Computer Graphics and Virtual Reality
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 OpenGL
图形学综述 图形系统概述 输出图元 图元属性 图形变换 三维对象的表示 可见面判别算法 光照模型 图形用户界面和交互输入方法 颜色模型 虚拟现实技术
精品课件
图形软件体系结构
专业应用系统，如MATLAB、 AutoCAD、3DSMAX、UG……
应 用 程 序 图形应用程序
外部应用
数据库
图形编程软件包，如OpenGL、 VRML、Java2D、Java3D……
内部应用 数据库
G K SM
图形语言连接
A PI G K S /G K S 3 D
P H IG S O penG L
真实感图形学 Photorealistic Rendering
虚拟现实 Virtual Reality
……
精品课件
CG主要研究内容：
图形硬件、输入输出设备 图形软件、图形数据库 图形标准 图形交互技术 光栅图形生成算法 曲线、曲面造型 实体造型，复杂形体造型 真实感图形计算与显示算法 数据可视化 计算机动画 自然景物仿真 实时建模、渲染技术 基于网络的图形技术……
精品课件
第一章 计算机图形学综述
计算机图形学完整复习资料
计算机图形学第一章1.计算机图形学（Computer Graphics）计算机图形学是研究怎样利用计算机来生成、处理和显示图形的原理、方法和技术的一门学科。
2.计算机图形学的研究对象——图形通常意义下的图形:能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象都称为图形。
计算机图形学中所研究的图形从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信息的图和形。
3.图形的表示点阵法是用具有颜色信息的点阵来表示图形的一种方法, 它强调图形由哪些点组成, 并具有什么灰度或色彩。
参数法是以计算机中所记录图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。
通常把参数法描述的图形叫做图形（Graphics）把点阵法描述的图形叫做图象（Image）4.与计算机图形学相关的学科计算机图形学试图从非图象形式的数据描述来生成（逼真的）图象。
数字图象处理旨在对图象进行各种加工以改善图象的视觉效果。
计算机视觉是研究用计算机来模拟生物外显或宏观视觉功能的科学和技术。
图1-1 图形图象处理相关学科间的关系5.酝酿期（50年代）阴极射线管(CRT)萌芽期（60年代）首次使用了“Computer Graphics”发展期（70年代）普及期（80年代）光栅图形显示器提高增强期（90年代至今）图形显示设备60年代中期, 随机扫描的显示器60年代后期, 存储管式显示器70年代中期, 光栅扫描的图形显示器。
图形硬拷贝设备打印机绘图仪图形输入设备二维图形输入设备三维图形输入设备6.图形软件标准与设备无关、与应用无关、具有较高性能 7.计算机图形学的应用1.计算机辅助设计与制造（CAD/CAM ）2.计算机辅助绘图3.计算机辅助教学（CAI ）4.办公自动化和电子出版技术(Electronic Publication)5.计算机艺术6.在工业控制及交通方面的应用 7、在医疗卫生方面的应用 8、图形用户界面 8.计算机图形系统的功能9.图1-2 图形系统基本功能框图10.计算机图形系统的结构图形硬件图形软件图形应用数据结构图形应用软件图形支撑软件图形计算机平台图形设备图形系统图1-3 计算机图形系统的结构11.人机交互按着用户认为最正常、最合乎逻辑的方式去做-一致性12.真实感图形的生成:场景造型→取景变换→视域裁剪→消除隐藏面→可见面光亮度计算第二章1.图像扫描仪(Scaner)灰度或彩色等级被记录下来, 并按图像方式进行存储。
计算机图形学完整ppt课件
工业设计
利用计算机图形学进行产品设计、仿 真和可视化，提高设计效率和质量。
建筑设计
建筑师使用计算机图形学技术创建三 维模型，进行建筑设计和规划。
计算机图形学的相关学科
计算机科学
计算机图形学是计算机科学的一个重 要分支，涉及计算机算法、数据结构、 操作系统等方面的知识。
物理学
计算机图形学中的很多技术都借鉴了 物理学的原理，如光学、力学等，用 于实现逼真的渲染效果和物理模拟。
02
03
显示器
LCD、LED、OLED等，用 于呈现图形图像。
投影仪
将计算机生成的图像投影 到大屏幕上，用于会议、 教学等场合。
虚拟现实设备
如VR头盔，提供沉浸式的 3D图形体验。
图形输入设备
键盘和鼠标
最基本的图形输入设备，用于操 作图形界面和输入命令。
触摸屏
通过触摸操作输入图形指令，常 见于智能手机和平板电脑。
多边形裁剪算法
文字裁剪算法
判断一个多边形是否与另一个多边形相交， 如果相交则求出交集部分并保留。
针对文字的特殊性质，采用特殊的裁剪算法 进行处理，以保证文字的完整性和可读性。
05
光照模型与表面绘制
光照模型概述
光照模型是计算机图形学中用于模拟光线与物体表面交互的数学模型。
光照模型能够模拟光线在物体表面的反射、折射、阴影等效果，从而增强图形的真 实感。
二维纹理映射原理
根据物体表面的顶点坐标和纹理坐标，计算出每个像素点对应的纹 理坐标，从而确定像素点的颜色值。
二维纹理映射实现方法
使用OpenGL中的纹理映射函数，将纹理图像映射到物体表面。
三维纹理映射技术
三维纹理坐标
定义在三维空间中的坐标，表示纹理图像上的位置。
计算机图形学内容整理
计算机图形学第一章计算机图形学概论（4）【计算机图形学定义】计算机图形学是研究计算机图形的表示、生成、处理、显示的学科。
计算机图形学是计算机科学中最为活跃、得到广泛应用的分支之一。
1982年国际标准化组织（ISO）的定义：计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。
它是建立在传统的图学理论、应用数学和计算机科学基础上的一门边缘学科。
IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电气及电子工程师学会）定义：Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer.计算机图形学是借助计算机产生图形影像的一门艺术或科学。
美国的James Foley在其著作中定义：计算机图形学是运用计算机描述、输入、表示、存储、处理（检索/变换/图形运算）、显示、输出图形的一门学科。
【图形和图像】图形（Figure、Graphic）：是构成图像的要素，表示图像中的某一个具体形状。
图形含有几何属性，更强调场景的几何表示，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的。
图形主要分为两类：基于线条信息表示；明暗图（Shading）。
图形是指用计算机绘制工具绘制的画面，包括直线、曲线，圆/圆弧，方框等成分。
图形一般按各个成分的参数形式存储，可以对各个成分进行移动、缩放、旋转和扭曲等变换，可以在绘图仪上将各个成分输出。
图像（Image）：绘图、照片、影像的总称。
图像纯指计算机内以位图（Bitmap）形式存在的灰度信息。
图像是由输入设备捕捉的实际场景或以数字化形式存储的任意画面。
图像可以用位图或矢量图形式存储。
数字图像（Digital Image）【计算机图形学的研究对象】图形：能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象，包括自然景物、拍摄到的图片、用数学方法描述的图形等等。
(完整版)计算机图形学题库及答案
注意：答案仅供参考第一章 一、名词解释图形；图像；点阵表示法；参数表示法; 二、选择题：F 面哪个不是国际标准化组织（ISO ）批准的图形标准。
（D ）A. GKS三、判断题：计算机图形学和图像处理是两个近似互逆的学科。
计算机图形学处理的最基本的图元是线段。
（F ） 四、简答题：图形包括哪两方面的要素，在计算机中如何表示它们？阐述计算机图形学、数字图像处理和计算机视觉学科间的关系。
图形学作为一个学科得以确立的标志性事件是什么？试列举出几种图形学的软件标准？工业界事实上的标准有那些? 举例说明计算机图形学有哪些应用范围，解决的问题是什么？ 第二章 一、选择题:1. 触摸屏是一种（C ）A. 输入设备；B. 输出设备；C. 既是输入设备，又是输出设备；2. 3. 4. B. P HIGS C. CGM D. DXF下面哪一项不属于计算机图形学的应用范围？（A. 计算机动画；B. 从遥感图像中识别道路等线划数据；C. QuickTime 技术；D. 影视三维动画制作关于计算机图形标准化的论述，哪个是正确的（A. CGM 和CGI 是面向图形设备的接口标准B. GKS IGES STEP 匀是 ISO 标准；C. IGES 和STEP 是数据模型和文件格式的标准;D. P HIGS 具有模块化的功能结构； 与计算机图形学相关的学科有A. 图像处理B. 测量技术C. 模式识别D. 计算几何E. 生命科学F. 分子生物学A 、C 、D OB )1. (F )2.空间球最多能提供（D ）个自由度；A.一个；B.三个；C.五个；D.六个；3.等离子显示器属于（C）A.随机显示器；B.光栅扫描显示器；C.平板显示器；D.液晶显示器；4.对于一个1024 X 1024存储分辨率的设备来说，当有8个位平面时，显示一帧图像所需要的内存为（A、D）A.1M字节；B.8M字节；C.1M比特；D.8M比特；5.分辨率为1024*1024的显示器，其位平面数为24,则帧缓存的字节数应为（A）A.3MB ；B.2MB；C.1MB;D.512KB;6.下面对光栅扫描图形显示器描述正确的是：（A）A.荧光粉涂层均匀离散分布:B.是一种点画设备；C.电子束从顶到底扫描；D.通过控制电子束的强弱实现色彩的强弱；7.一个逻辑输入设备可以对应（C）物理输入设备。
计算机图形学习题参考答案(完整版)
计算机图形学习题参考答案第1章绪论1、第一届ACM SIGGRAPH会议是哪一年在哪里召开的？解：1974年，在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH年会。
2、计算机图形学之父是谁？解：Sutherland3、列举一些计算机图形学的应用领域（至少5个）。
解：计算机辅助设计、图示图形学、计算机艺术、娱乐、教学与培训、可视化、图像处理、图形用户界面等。
4、简要介绍计算机图形学的研究内容。
解：（1）图形的输入。
如何开发和利用图形输入设备及相关软件把图形输入到计算机中，以便进行各种处理。
（2）图形的处理。
包括对图形进行变换（如几何变换、投影变换）和运算（如图形的并、交、差运算）等处理。
（3）图形的生成和输出。
如何将图形的特定表示形式转换成图形输出系统便于接受的表示形式，并将图形在显示器或打印机等输出设备上输出。
5、简要说明计算机图形学与相关学科的关系。
解：与计算机图形学密切相关的学科主要有图像处理、计算几何、计算机视觉和模式识别等。
计算机图形学着重讨论怎样将数据模型变成数字图像。
图像处理着重研究图像的压缩存储和去除噪音等问题。
模式识别重点讨论如何从图像中提取数据和模型。
计算几何着重研究数据模型的建立、存储和管理。
随着技术的发展和应用的深入，这些学科的界限变得模糊起来，各学科相互渗透、融合。
一个较完善的应用系统通常综合利用了各个学科的技术。
6、简要介绍几种计算机图形学的相关开发技术。
解：（1）OpenGL。
OpenGL是一套三维图形处理库，也是该领域事实上的工业标准。
OpenGL独立于硬件、操作系统和窗口系统，能运行于不同操作系统的各种计算机，并能在网络环境下以客户/服务器模式工作，是专业图形处理、科学计算等高端应用领域的标准图形库。
以OpenGL为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植；OpenGL与C/C++紧密接合，便于实现图形的相关算法，并可保证算法的正确性和可靠性；OpenGL使用简便，效率高。
精品课件-计算机图形学-第1章 计算机图形学概述
第 1 章 计算机图形学概述
计算机图形系统由硬件和软件两部分组成。 计算机图形系统的基本物理设备统称为硬件, 它包括主 机及大容量外存储器、 显示处理器、 图形输出和图形 输入设备。 其中图形显示器、 打印机、 绘图机、 键 盘、 数字化仪和光笔等供系统配置时由用户选用。 单 主机模式的计算机图形系统的硬件组成如图1.2所示。
1.3 计算机图形学的发展
1.3.1 计算机图形学的发展简史 自20世纪50年代以来, 计算机图形学的发展
历程经历了50多年。 根据其发展的特点, 这50年可以分 为酝酿期 (50年代)、 萌芽期 (60年代)、 发展期 (70 年代)、 普及期 (80年代)和提高增强期 (90年代)等五 个阶段。
第 1 章 计算机图形学概述
图 1.4 三维物体输出流水线图
第 1 章 计算机图形学概述
1.1.2 计算机图形学的主要研究内容 除了理论和方法已经非常成熟的基本图形元素
生成算法(也叫光栅图形学)和图形变换的内容之外, 计 算机图形学的主要内容还有造型技术、 真实感图形生成 及人机交互技术等三部分。
第 1 章 计算机图形学概述
2) 参数法 参数法用图形的形状参数和属性参数来表示 图形。 形状参数指的是描述图形的方程或分析表达式的 系数、 线段和多边形的端点坐标等。 属性参数则包括 颜色、 线型等。
第 1 章 计算机图形学概述
4. 计算机图形系统的概念 1) 计算机图形系统的组成 计算机图形系统是为了支持图形应用程序便 于实现图形的输入、 处理、 输出而设计的计算机硬件 和软件的组合体。 没有绘图系统的支撑, 就会使图形应 用程序的编写极为困难, 计算机图形学潜在的用途也难 以开发。
第 1 章 计算机图形学概述
计算机图形学
计算机图形学a.扫描线算法：⽬标：利⽤相邻像素之间的连贯性，提⾼算法效率。
处理对象：简单多边形，⾮⾃交多边形（边与边之间除了顶点外⽆其它交点）。
扫描线：平⾏于坐标轴的直线，⼀般取平⾏于X轴。
区间：扫描线与边的交点间的线段。
基本原理：将整个绘图窗⼝内扫描多边形的问题分解到⼀条条扫描线，只要完成每条扫描线的绘制就实现了多边形的扫描转换；⼀条扫描线与多边形的边有偶数个交点，每2个点形成⼀区间。
步骤：(对于每⼀条扫描线)(1)计算扫描线与边的交点(2)交点按x坐标从⼩到⼤排序(3)交点两两配对，填充区间。
算法：1、建⽴ET；2、将扫描线纵坐标y的初值置为ET中⾮空元素的最⼩序号，如图中，y=1；3、置AEL为空；4、执⾏下列步骤直⾄ET和AEL都为空．4.1、如ET中的第y类⾮空，则将其中的所有边取出并插⼊AEL 中；4.2、如果有新边插⼊AEL，则对AEL中各边排序；4.3、对AEL中的边两两配对，（1和2为⼀对，3和4为⼀对，…），将每对边中x坐标按规则取整，获得有效的填充区段，再填充．4.4、将当前扫描线纵坐标 y 值递值1；4.5、将AEL中满⾜y = ymax边删去（因为每条边被看作下闭上开的）；4.6、对AEL中剩下的每⼀条边的x 递增deltax，即x = x+deltax．b.⾛样与反⾛样：⾛样：⽤离散量（像素）表⽰连续的量（图形）⽽引起的失真，称为⾛样，或称为混淆。
光栅图形的⾛样现象：阶梯（锯齿）状边界、图形细节失真、狭⼩图形遗失：动画序列中时隐时现，产⽣闪烁。
反⾛样：在图形显⽰过程中，⽤于减少或消除⾛样（混淆）现象的⽅法。
⽅法：提⾼分辨率⽅法{⽅法简单，但代价⾮常⼤，显⽰器的⽔平、竖直分辩率各提⾼⼀倍，则显⽰器的点距减少⼀倍，帧缓存容量则增加到原来的4倍，⽽扫描转换同样⼤⼩的图元却要花4倍时间}、⾮加权区域采样{扫描转换线段的两点假设：像素是数学上抽象的点，它的⾯积为0，它的亮度由覆盖该点的图形的亮度所决定；直线段是数学上抽象直线段，它的宽度为0。
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图形软件主要类型
3. 专用图形软件包 针对某一种设备或应用，设计/配置专用的图形 生成语言或函数集，例如： 场景描述：Open Inventor 建立虚拟世界的三维模型：VRML 生成三维Web显示：Java3D 创建Java applet中的二维场景：Java 2D 生成各种光照模型下的场景：Renderman Interface（Pixar）……
硬拷贝设备
打印机 喷墨 激光 ……
绘图仪 台式 大型滚动传送式 ……
10
图形硬件系统组成模块示意图：
系统 存储器
CPU
DAC
图 形
GPU
帧缓存 显存
卡
接口
视频卡
系统总线
其他输入/输出设备 11
图形卡工作原理示意
图形处理器
GPU
✓可看作连接计算机和显示终端的纽带。不仅存储图 形，还能完成大部分图形函数，减轻了CPU的负担， 提高了显示能力和显示速度。
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图形软件体系结构
专业应用系统，如MATLAB、 AutoCAD、3DSMAX、 UG……
外部应用 数据库
图形编程软件包，如OpenGL、 VRML、Java2D、Java3D……
应 用 程 序 图形应用程序
内部应用 数据库
G K SM
图形语言连接
A PI G K S /G K S 3 D
P H IG S O penG L
存储管式显示器→随机扫描显示器（矢量显示器）→ 刷新式光栅扫描显示器→彩色光栅扫描显示器
平板显示器FPD 等离子体显示板 薄膜光电显示器 发光二极管LED 液晶显示器LCD
三维观察设备 虚拟现实系统的输出显示设备 ……
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输入设备
键盘、鼠标 按钮盒、旋钮 跟踪球、空间球 操作杆 触觉反馈设备 数据手套、数据衣 数字化仪 扫描仪 触摸板 光笔 ……
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CG主要研究内容：
图形硬件、输入输出设备 图形软件、图形数据库 图形标准 图形交互技术 光栅图形生成算法 曲线、曲面造型 实体造型，复杂形体造型 真实感图形计算与显示算法 数据可视化 计算机动画 自然景物仿真 实时建模、渲染技术 基于网络的图形技术……
真实感图形学涉及：
图形设备驱动程序，如显卡驱动、
CGM
打印机/绘图仪驱动……
图元文件
CGI 设备相关服务
支持图形处理的操作系统,如 Macintosh、Windows、Unix、 Linux 、各种嵌入式OS…… 图 形 输
入设备
操作系统通信接口
图形 工作站
图形输 出 设 备 13
图形软件主要类型
1. 通用软件包 用现有某种计算机语言写成的子程序包。使用 时按相应计算机语言的规定调用所需要的子程 序生成各种图形。如：GKS、OpenGL……
• 投影变换，三维观测 • 三维对象表示 • 可见线/面判别（消除 隐藏线/面） • 颜色模型和颜色应用 • 光照模型(透明，雾， 阴影，明暗…) • 面绘制(表面细节，纹 理…）
• …… 6
第二章 图形系统概述
图形输出/输入设备 图形工作站 图形控制器（图形卡，显卡） 图形软件 图形系统的交互设备和交互任务
7
图形系统的层次结构：
应 用 程 序 图形应用程序
外部应用 数据库
内部应用 数据库
G K SM
图形语言连接
A PI G K S /G K S 3 D
P H IG S O penG L
CGM
CGI
图元文件
设备相关服务
操作系统通信接口
图形输
图形
图形输
入设备
工作站
出设备
8
图形输出显示设备
阴极射线管 CRT
4
▲计算机图形学 (CG , Computer Graphics)
运用计算机建立、存储、处理对象的模型，并 根据模型产生该对象的图形输出的有关理论、 方法和技术
基于模型：建模→处理→图形输出
分支学科 光栅图形学 Raster Graphics 计算几何学 Computational Geometry 真实感图形学 Photorealistic Rendering 虚拟现实 Virtual Reality ……
15
图形软件主要类型
4.专业图形应用系统
针对某类应用或专业领域而专门开发，例如：
➢制造领域：Unigraphics、Pro/Engineer、AutoCAD、 CATIA、ANSYS、MSC·Software…… ➢数值计算与可视化：MATLAB…… ➢控制：Matrix X…… ➢EDA/虚拟实验/虚拟仪器：Protel、EWB、LabVIEW…… ➢GIS： Mapinfo、ArcGIS….. ➢效果设计/动画：3D Studio MAX 、Maya、Coreldraw… ➢图像/画图：Photoshop、Painter、Illustrator…… ➢网页设计：Dreamweaver /Flash /Firework…… ➢流程设计：Visio…… ➢……
3
图形信息处理相关分支学科间的关系：
图形学
计算 几何
对象的 模型
模式识别
对象的 图像
图像 处理
图像处理
物体映像处理成新的数字化图像。采用一定的算法对 图像进行分析、解释、修改等一系列过程。 编辑的最
小单元是像素而不是对象或形状。
模式识别
分析、识别各类信息，找出其中蕴含的内在联系或抽 象模型。如文字识别、语音识别、图像识别……
OpenGL
1
第一章 计算机图形学综述
一些概念 图形学与相关分支学科间的关系 计算机图形学主要研究内容 应用领域及前沿
2
▲ 图形 Graphics
➢ 广义：各种图，景物、图像、图片、图画、形象……
➢ 狭义：用数学方法描述的图对象（几何关系、代数方程、分析表 达式等建立的图形。）
➢ 一些相关概念：
计算机图形学与虚拟现实 Compute Graphics and Virtual Reality
第一章 图形学综述 第二章 图形系统概述 第三章 输出图元 第四章 图元属性 第五章 图形变换 第六章 三维对象的表示 第七章 可见面判别算法 第八章 光照模型 第九章 图形用户界面和交互输入方法 第十章 颜色模型 第十一章 虚拟现实技术
图元（图素） Primitive 矢量（向量）图 Vecter-based graphics 参数图 Parametric 动画 animation
▲ 图像（Image）
➢一些相关概念： 像素 Pixel 网格图 Grid 位图 Bitmap 点阵图 光栅图 Raster 图片 Picture……