计算机图形学第一章
合集下载
《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。
计算机图形学基础教程
计算机图形学基础教程第一章：引言计算机图形学是研究计算机处理和生成图像的一门学科，它涵盖了从数学、计算机科学到视觉感知等多个领域。
本教程将介绍计算机图形学的基本原理和技术，并通过实例演示来帮助读者理解和应用这些知识。
第二章：矢量图形矢量图形是计算机图形学中重要的概念之一。
本章将介绍矢量图形的定义、特点以及其在计算机图形学中的应用。
我们将学习如何使用数学表示矢量图形，如何进行矢量图形的变换和组合等。
第三章：三维图形的表示与变换三维图形的表示与变换是计算机图形学中的核心问题之一。
本章将介绍三维图形的表示方法，包括顶点表示和多边形表示，并讨论如何进行三维图形的变换，如旋转、平移、缩放等。
第四章：光照模型与渲染技术光照模型和渲染技术是实现真实感图形的重要手段。
本章将介绍光照模型的基本原理，如漫反射、镜面反射等，并讨论如何利用光照模型和渲染技术来实现真实感图形的效果。
第五章：图形管线与渲染流程图形管线是计算机图形学中的一个重要概念，它描述了图形数据如何从输入到输出的过程。
本章将介绍图形管线的基本原理和流程，并讨论图形数据的处理过程，如顶点处理、光栅化、片元处理等。
第六章：纹理映射与贴图技术纹理映射和贴图技术是计算机图形学中常用的技术之一。
本章将介绍纹理映射的原理和方法，包括纹理坐标的计算、纹理过滤、纹理混合等，并讨论如何利用纹理映射和贴图技术来增强图形的真实感。
第七章：几何建模与曲面设计几何建模和曲面设计是计算机图形学中用于创建和编辑三维模型的技术。
本章将介绍几何建模的基本原理和方法，包括点、线、面的描述，以及曲线和曲面的表示与构造等。
第八章：动画与模拟动画和模拟是计算机图形学中用于呈现动态场景的重要手段。
本章将介绍动画和模拟的基本原理和技术，包括关键帧动画、插值动画、物理模拟等，并讨论如何利用动画和模拟来实现逼真的动态效果。
第九章：图形学应用与未来发展计算机图形学的应用广泛，涵盖了游戏、电影、虚拟现实、计算机辅助设计等多个领域。
计算机图形学课件 1第一、二章
象素（Pixel）：光栅显示器或图像阵列中的每个点称为一个象素。
分辨率（Dimension）：水平和垂直方向的像素数目。
2）液晶显示器
CRT显示器存在着体积大、有辐射的缺点。因此人们又推出了LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）。
TN型（Twisted Nematic，扭曲向列型）液晶显示器是最典型的液晶显示器。 TNT型（Thin Film Transistor，薄膜型晶体管）是常用的液晶显示器。
2）计算机图形学 见定义。
3）图像处理 输入和输出均为图像。例如平滑、锐化等。
客观世界 （对象模型）
计 算 机 图 形 学
计 算 机 视 觉
设备环境 （图形显示）
4）计算机视觉 分析和识别输入图像，并从中提取二维或三维的数 据模型或特征，再将其变换到抽象的描述
院（MIT）旋风I号（Whirlwind I）计算机的附件诞生 了。
50年代，计算机图形学主要应用于科学计算，为 计算机配置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形 学处于准备和酝酿时期，称之为：被动式图形学。
50年代末期，MIT第一次使用了具有指挥和控制功 能的CRT显示器，操作者可以用笔在屏幕上指出被确 定的目标，它预示着交互式计算机图形学的诞生。
例如：各种导航软件、地图软件等。
与其紧密相关的系统还有：GPS(Global Position System)、RS(remote sensing )，俗称3S。
第二章 计算机图形硬件系统
2.1图形系统的组成：
中央处理器
系统存储器
显显 示处理器数
示 主 芯
显 存
模 转 换
片
器
系统总线 输入/输出设备
根据屏幕上荧光点的 排列不同，控制栅格也就 不一样。
分辨率（Dimension）：水平和垂直方向的像素数目。
2）液晶显示器
CRT显示器存在着体积大、有辐射的缺点。因此人们又推出了LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）。
TN型（Twisted Nematic，扭曲向列型）液晶显示器是最典型的液晶显示器。 TNT型（Thin Film Transistor，薄膜型晶体管）是常用的液晶显示器。
2）计算机图形学 见定义。
3）图像处理 输入和输出均为图像。例如平滑、锐化等。
客观世界 （对象模型）
计 算 机 图 形 学
计 算 机 视 觉
设备环境 （图形显示）
4）计算机视觉 分析和识别输入图像，并从中提取二维或三维的数 据模型或特征，再将其变换到抽象的描述
院（MIT）旋风I号（Whirlwind I）计算机的附件诞生 了。
50年代，计算机图形学主要应用于科学计算，为 计算机配置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形 学处于准备和酝酿时期，称之为：被动式图形学。
50年代末期，MIT第一次使用了具有指挥和控制功 能的CRT显示器，操作者可以用笔在屏幕上指出被确 定的目标，它预示着交互式计算机图形学的诞生。
例如：各种导航软件、地图软件等。
与其紧密相关的系统还有：GPS(Global Position System)、RS(remote sensing )，俗称3S。
第二章 计算机图形硬件系统
2.1图形系统的组成：
中央处理器
系统存储器
显显 示处理器数
示 主 芯
显 存
模 转 换
片
器
系统总线 输入/输出设备
根据屏幕上荧光点的 排列不同，控制栅格也就 不一样。
计算机图形学-第一章
45
1.4 图形显示设备 (阴极射线管显示器)
– 带宽问题
– 高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽 1024*768/85模式需要85M带宽 – – – –
依然是个问题！ 解决方法：隔行扫描（现在已经基本不用，主流地显示器都采用逐行扫描方式） 隔行扫描的工作原理：把一帧分两场，即奇数场与偶数场 场频：==2*帧频
12
1.2 计算机图形学的发展
Whirlwind: early graphics using VectorScope (1951)
first CAD system (IBM 1959)
Spacewars: first computer graphics game (MIT 1961)
SketchPad: first interactive graphics (1961)
a31
a32
a33
a34
a35
a41
a42
a43
a44
a45
5×5图像
a51
a52
a53
a54
a55
x
0
直线的参数方程：ax+by+c=0
7
1.1 计算机图形学及其相关概念 计算机图形学研究的对象
8
• 图形与图像
—图像纯指计算机内以位图(Bitmap)形式存在的 灰度信息。
—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)
24
科学可视化
25
-By Science Visualization challenge 2013
科学可视化
1.4 图形显示设备 (阴极射线管显示器)
– 带宽问题
– 高分辨率和高的刷新频率要求有高带宽 1024*768/85模式需要85M带宽 – – – –
依然是个问题！ 解决方法：隔行扫描（现在已经基本不用，主流地显示器都采用逐行扫描方式） 隔行扫描的工作原理：把一帧分两场，即奇数场与偶数场 场频：==2*帧频
12
1.2 计算机图形学的发展
Whirlwind: early graphics using VectorScope (1951)
first CAD system (IBM 1959)
Spacewars: first computer graphics game (MIT 1961)
SketchPad: first interactive graphics (1961)
a31
a32
a33
a34
a35
a41
a42
a43
a44
a45
5×5图像
a51
a52
a53
a54
a55
x
0
直线的参数方程：ax+by+c=0
7
1.1 计算机图形学及其相关概念 计算机图形学研究的对象
8
• 图形与图像
—图像纯指计算机内以位图(Bitmap)形式存在的 灰度信息。
—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)
24
科学可视化
25
-By Science Visualization challenge 2013
科学可视化
计算机图形学讲义课件第一章
Electronic Publication
随着微型计算机及桌上印刷设备的发展， 计算机图形学及人机交互技术在办公自 动化及电子出版系统中得到广泛的应用。 昔日需要提交给专门的印刷机构出版的 资料，现在可以在办公室内印刷了，办 公自动化及电子出版系统可以产生传统 的硬拷贝文本，也可以产生电子文本， 包括正文、表格、图形及图象等内容。
路径探索
数字地球图片
HCI
HCI是设计、评估和执行交互计算机系统以及研 究由此而发生的相关现象的 HCI是未来的计算机科学。我们已经花费了至少 50年的时间来学习如何制造计算机以及如何编 写计算机程序。下一个新领域自然是让计算机 服务并适应于人类的需要，而不是强迫人类去 适应计算机。 ----Dan R. Olsen(CMU)
断 路 器 操 作 盘
远 程 控 制 界 面
医疗卫生方面
图形用户界面
介于人与计算机之间，人与机器的通信，人机界面 （HCI）：软件＋硬件 发展：由指示灯和机械开关组成的操纵界面→由终端 和键盘组成的字符界面（80年代）→由多种输入设备 和光栅图形显示设备构成的图形用户界面（GUI）， （90年代）PC，工作站，WIMP(W-windows、I-icons、 M-menu、P-pointing devices)界面，所见即所得→VR 技术（发展方向）
CAD/CAM
图形学的主要应用领域之一 建筑、机械结构和产品设计（结构分析和外形设计）、布局（各 种管道，电子线路） AutoCAD, SolidWorks, Pro/E, UG, CATIA 实例 需要用户绘制出对象的精确图形
计算机辅助设计软件
由计算机构造对象的线框图模型
实例：已绘制的图形如下
小结：概念与术语
计算机图形学基础课后部分习题答案
DDA 算法： void CMainFrame::OnDdaline() { // TODO: Add your command handler code here CDC* pDC=GetDC(); int xa=0,ya=0,xb=8,yb=6,c=RGB(255,0,0); int x,y; float dx, dy, k; dx=(float)(xb-xa),dy=(float)(yb-ya); k=dy/dx,y=ya; if ((0<k&&k<1)||(-1<k&&k<0)) { for(x=xa;x<=xb;x++) {pDC->SetPixel(x,int(y+0.5),c); y=y+k;} } if(abs(k)>=1) { for(y=ya;y<=yb;y++) {pDC->SetPixel(int(x+0.5),y,c); x=x+1/k;} } ReleaseDC(pDC); } Bresenham 算法： void CMainFrame::OnBresenhamline() { // TODO: Add your command handler code here CDC*pDC=GetDC(); -4-
xi+1 xi+2
第四象限
-6-
d0=F(x0+1,y0-0.5)=-(k+0.5) 令 Di=2dxdi,得 D0=-(dx+2dy),D 与 d 同号 当 Di≥0,下一点(xi,yi-1),Di+1=Di-2dy 当 Di≤0,下一点(xi+1,yi-1),Di+1=Di-2(dx+dy)
xi+1 xi+2
第四象限
-6-
d0=F(x0+1,y0-0.5)=-(k+0.5) 令 Di=2dxdi,得 D0=-(dx+2dy),D 与 d 同号 当 Di≥0,下一点(xi,yi-1),Di+1=Di-2dy 当 Di≤0,下一点(xi+1,yi-1),Di+1=Di-2(dx+dy)
计算机图形学-第一章--概述资料
它已经并将进一步给人类带来巨大的影响和
利益。现在，CAD技术的水平已成为衡量一
个国家工业技术水平的重要标志。
2024/7/19
27
1.3 计算机图形学的应用领域
• 二、科学计算可视化
• 用图形来表示大量数据计算的结果或中 间过程。例如：
科技工作者需要认真分析大量的计算结
果以确定一个系统的描述；
商业主管需要分析大量的统计数据以做
出对未来商业行为的决策；
医生需要面对大量的CT数据以确定病人
体内是否发生病变及何处发生病变；
气象人员需要处理气象卫星传回的大批
数据以绘出未来一段时间内的天气变化趋势
图。 2024/7/19
28
1.3 计算机图形学的应用领域
• 分析处理这些大批数据是艰难和枯燥的， 但如果应用计算机图形处理技术建立数据与 图形之间的关系并将它们以图形的形式在屏 幕上显示出来，则使用者很容易观察其中的 各种现象并找出变化规律。
的确立和发展也经历了从矢量显示器、存
储管显示器到光栅显示器的发展过程。
2024/7/19
22
1.2 计算机图形学的发展历史
• 图形输入设备也在发展，出现了：拇指 轮、操作杆、跟踪球、光笔、鼠标、触摸 屏、数据手套、数字化仪、扫描仪等输入 设备。
• 和图形硬件一样，图形软件也得到很 大的发展，各种图形算法、图形标准、图 形数据结构等逐渐成熟并投入使用，使计 算机图形学成为一门成熟的学科。
本自动阅读装置、还有地图符号的识别，都
是先由扫描得到图像，然后经识别还原为图
形或字符。
2024/7/19
ห้องสมุดไป่ตู้
6
第一章 概述
• 3、计算几何（Computational Geometry） • 计算几何则着重讨论几何形体在计算机
计算机图形学(1-3章讲义汇总整理)
图形显示系统
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。
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。
精品课件-计算机图形学(张宁蓉)-第1章
第 1 章 绪论
3. 虚拟现实也称虚拟实境, 是一种可以创建和体验虚拟世界的 计算机系统, 它利用计算机技术生成一个逼真的, 具有视、 听、 触等多种感知功能的虚拟环境。
第 1 章 绪论 4. 现在的美术人员, 尤其是商业艺术设计人员都热衷于用计 算机软件从事艺术创作。 可用于美术创作的软件很多, 如二维 平面的画笔程序(CorelDraw、 PhotoShop、 PaintShop)、 专 门的图表绘制软件(Visio)、 三维建模和渲染软件包(3DMAX、 Maya), 以及一些专门生成动画的软件(Alias、 Softimage) 等, 可以说是数不胜数。
第 1 章 绪论 1.3 计算机图形学的应用 1. 计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 由于设计周期短、 成本低、 质量高, CAD/CAM是计算机图 形学的一个最广泛、 最活跃的应用领域, 如飞机、 汽车、 船 舶、 宇宙飞船、 计算机、 大规模集成电路、 民用建筑、 服 装等设计。
第 1 章 绪论 2. 科学计算可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术, 将 科学计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形或图像在屏幕 上显示出来, 并进行交互处理的理论、 方法和技术。
第 1 章 绪论 容易与计算机图形学的概念混淆的是图像处理。 随着学科 的发展, 图形和图像已经没有明确的界限了。 计算机图形学的 主要目的是由数学模型生成真实感图形, 其结果本身就是数字图 像。 当然, 图形有别于对实物拍摄或捡取的照片。 图形是运算 形成的抽象产物, 而图像是直接量化的原始信号形式。 它们的 定义及区别如下：
第 1 章 绪论 第1章 绪 论
1.1 计算机图形学概述 1.2 计算机图形学的发展史 1.3 计算机图形学的应用 1.4 计算机图形学的研究方向
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
计算机图形学第一章基本知识 ppt课件
• 基于物理的造型技术 。模型及模型间的关系 相当复杂，不仅有静态的、而且有动态的 ， 模型就可以由物体的运动规律自动产生
造型技术的发展
• 不规则形体是不能用欧氏几何加以定义的，例如、 山、水、树、草、云、烟、火以及自然界中丰富 多彩的物体
• 造型大多采用过程式模拟，即用一个简单的模型 及少量的易于调用的参数来表示一大类物体
1.1.2 计算机图形学的研究内容
•有关图形的算法：
(1) 基于图形设备的基本图形元素的生成算法，如 用光栅图形显示器生成直线、圆弧、二次曲线、 封闭边界内的图案填充等。
(2) 图形元素的几何变换，即对图形的平移、放大、 缩小、旋转、镜像等操作。
(3) 自由曲线和曲面的插值、拟合、拼接、分解、 过渡、光顺、整体和局部修改等。
• 重点难点：图形、图像的区别，实际应用 • 学习指南：要充分理解图形图像的区别，
观摩典型的图形软件、图像处理软件。
1.1 概述
1.1.1计算机图形学的概念
• Computer Graphics • 国际标准化组织（ISO）定义为：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、应用数学及计 算机科学基础上的一门边缘学科。
图形工作站(Apollo,Sun,Hp)
九十年代至今
微机，交叉学科（多媒体等）
计算机图形学的发展动向之一
造型技术的发展
• 构造几何模型的理论、方法和技术 ，是计算 机辅助设计的核心技术之一，非均匀有理B样 条，规则形体造型和不规则形体造型
• 特征造型技术 ，它将特征作为产品描述的基 本单元，并将产品描述成特征的集合
• 也称为数据放大技术
造型技术的发展
• 不规则形体是不能用欧氏几何加以定义的，例如、 山、水、树、草、云、烟、火以及自然界中丰富 多彩的物体
• 造型大多采用过程式模拟，即用一个简单的模型 及少量的易于调用的参数来表示一大类物体
1.1.2 计算机图形学的研究内容
•有关图形的算法：
(1) 基于图形设备的基本图形元素的生成算法，如 用光栅图形显示器生成直线、圆弧、二次曲线、 封闭边界内的图案填充等。
(2) 图形元素的几何变换，即对图形的平移、放大、 缩小、旋转、镜像等操作。
(3) 自由曲线和曲面的插值、拟合、拼接、分解、 过渡、光顺、整体和局部修改等。
• 重点难点：图形、图像的区别，实际应用 • 学习指南：要充分理解图形图像的区别，
观摩典型的图形软件、图像处理软件。
1.1 概述
1.1.1计算机图形学的概念
• Computer Graphics • 国际标准化组织（ISO）定义为：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、应用数学及计 算机科学基础上的一门边缘学科。
图形工作站(Apollo,Sun,Hp)
九十年代至今
微机，交叉学科（多媒体等）
计算机图形学的发展动向之一
造型技术的发展
• 构造几何模型的理论、方法和技术 ，是计算 机辅助设计的核心技术之一，非均匀有理B样 条，规则形体造型和不规则形体造型
• 特征造型技术 ，它将特征作为产品描述的基 本单元，并将产品描述成特征的集合
• 也称为数据放大技术
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
１.4
图形显示设备
二．彩色阴极射线管 荧光屏上涂有很多组 呈三角形排列的红、绿、 蓝荧光物质，同时有红、
绿、蓝三个电子枪。可 产生8种颜色组合。
荫罩式彩色CRT显色原理示意图
2013-10-4
西安理工大学 信息科学系
24
１.4
三．光栅式CRT
图形显示设备
像素 可寻 址点
１．图形的光栅化 用尽可能靠近直线的像素 点来近似地表示一条直线 2.黑白光栅显示器工作原理
西安理工大学 信息科学系 2
1.1
计算机图形学综述
计算机图形学目的、意义
计算机图形学（Computer Graphics,CG）是近六十年来发展迅 速，应用广泛的新兴学科，它主要研究怎样用计算机生成、处 理和显示图形。其研究成果已被广泛地应用于图形的数字化领 域,如用户接口、CAD/CAM、地形地貌和自然资源图、计算机动 画和艺术、科学计算可视化、游戏等。
2011年秋季学期
计算机图形学
Computer Graphics
西安理工大学
印刷包装工程学院 主讲教师：吴学毅
2013-10-4 西安理工大学 信息科学系 1
第 一 章 计 算 机 图 形 学 概 论
2013-10-4
计算机图形学综述
计算机图形系统 图形输入设备 图形显示设备 光栅图形扫描系统 图形绘制设备 图形软件
计算机图形学的发展与应用
20世纪50年代起源于麻省理工学院。60年代是计算机图形学 得到确立并蓬勃发展的时期，70年代则是这方面技术进入实用 化的阶段。进入90年代，计算机图形学的功能除了随着计算机 图形设备的发展而提高外，其软件技术、系统更加成熟，
2013-10-4
西安理工大学 信息科学系
6
1.1计算机图形学综述
2013-10-4 西安理工大学 信息科学系 22
பைடு நூலகம்
１.4
图形显示设备
显示速度: 20帧/秒～30帧/秒 显示颜色：0、1 屏幕坐标系：原点、x轴、y轴
思考题：图像的像素点位置 可以用坐标来表示，图像的 原点（0，0）通常在左下角， 右上角像素点坐标？
电子束扫描过程示意图
2013-10-4 西安理工大学 信息科学系 23
加州理工图形学
/ 清华大学计算机系国家CAD工程中心
/
2013-10-4 西安理工大学 信息科学系 14
1.2
计算机图形系统
计算机图形系统是为了完成图形的显示、计算、存储、 交互、输入和输出功能而将涉及计算机硬件、图形输入 输出设备、系统软件、图形标准和图形软件集成在一起 的有机系统。
3．指标：颜色位数和分辨率
dpi(2009600)
西安理工大学 信息科学系
18
1.3 图形输入设备
七、新型交互输入设备 三维鼠标、数据手套、三维扫描仪、力反馈设备、动作捕捉 系统、三维空间轨迹球等 八、新型输出设备 三维立体投影仪、3D电视、三维立体显示器、三维打印机、 环幕投影设备、4D影院、头盔显示器
2013-10-4 西安理工大学 信息科学系 11
参考资料
5.OpenGL超级宝典（第二版） Richard S.Wright，Jr.,人民邮电出版社 6. OpenGL高级编程与可视化系统开发 高级编程篇 和平鸽工作室编著 中国水利水电出版社 7.OpenGL程序设计指南 (美) Edward Angel著 李桂琼译 清华大学出版社 8.OpenGL 编程与实例 向世明编著 电子工业出版社 9.OpenGL程序设计指南 (美) Edward Angel著 清华大学出 版社
2013-10-4 西安理工大学 信息科学系 8
1.1计算机图形学综述
主讲:吴学毅 E-mail:wuxy@ 电话:82312554 课时分配 总学时: 48 其中课程教学38学时，课程上机10学时 考核方式 上机实验 15% 作业与上课考勤情况等 5％ 期末闭卷考试 80%
Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer. ----IEEE
2013-10-4 4
西安理工大学 信息科学系
1.1计算机图形学综述
构成图形的要素：由点、线、面、体等几何元素（形状构成要 素）和灰度、色彩、线型、线宽、材质等非几何属性（属性构 成要素）组成。 图元(primitive)往往是用顶点或控制点描述几何特征，使用 特定算法来生成图形并进行特殊处理。
并朝着标准化、集成化和智能化的方向发展。
研究成果被广泛地应用于图形的数字化领域,如用户接口、 CAD/CAM、地形地貌和自然资源图、计算机动画和艺术、科学 计算可视化、游戏等。
2013-10-4
西安理工大学 信息科学系
7
1.1计算机图形学综述
如何学习计算机图形学 课程的性质与任务：通过学习由浅入深地掌握计算机图形学基本 理论与算法，及计算机图形的基本生成算法、图形几何变换的原 理、曲线曲面图形生成技术、二维观察变换、三维观察变换、图 形表示、真实感图形处理等，培养学生利用OpenGL平台进行图 形编程的能力，熟悉图形应用软件和系统的设计、使用和组织， 为学生今后从事相关专业开发等打下良好基础。 课程特点：理论性强、较为抽象、大量运用几何、线性代数知识 方法：大量阅读相关资料、理论联系实际、上机实践
1. COMPUTER GRAPHICS WITH OpenGL (Third Edition) Donald Hearn, M.Pauline Baker,清华大学出版社 2. 计算机图形学基础 陈传波、陆枫 编著，电子工业出版社 3.计算机图形学 （第二版） 孙家广、杨长贵 编著 ，清华大学出版社 4.计算机图形学习题与解答 Zhigang Xiang， Roy Plastock 著 陈泽琳 等译 机械工业出版社
2013-10-4 西安理工大学 信息科学系 13
计算机图形学相关网站
康奈尔大学图形学 / 南佛罗里达大学几何造型 /graphics/graphics.html 香港大学图形学 http://www.csis.hku.hk/GraphicsGroup/
2013-10-4 西安理工大学 信息科学系 16
1.3 图形输入设备
一．键盘 二．鼠标器 １．分类：光电式 ２．操作方式：点击 三．光笔 １．原理： ２．功能：定位、拾取、笔划跟踪等 四．触摸屏 １．分类：电阻式、电容式、红外线式、声表面波式
2013-10-4 西安理工大学 信息科学系 17
光机式 压住
思考题：屏幕显示分辨率为640×480的黑白光栅显示器需要多少 字节的帧缓存存储空间？
2013-10-4
西安理工大学 信息科学系
26
１.4
图形显示设备
3. N位面灰度光栅显示器 灰度等级范围在0到 2 N 1之间
N
1 1 N=3 0 寄存器 1 1 0 CRT光栅
电子枪
2 DAC
n
思考题：屏幕显示分辨率为640×480，具有3个位面灰度等级的光栅 显示器需要多少字节的帧缓存存储空间？
2013-10-4 西安理工大学 信息科学系 9
1.1计算机图形学综述
教材: 《计算机图形学原理与应用》，吴学毅，印刷工业出
版社，2008 后续环节：1. 本学期第18周三维图形设计课程设计（1周） 2.第六学期末生产实习 3.第八学期毕业设计
2013-10-4
西安理工大学 信息科学系
10
参考资料
主要功能涉及5个方面： （1）图形计算；（2）图形存 储；（3）人机交互(Human-Computer Interaction)； （4）输入功能；（5）输出功能；
2013-10-4
西安理工大学 信息科学系
15
1.3 图形输入设备
•矢量型输入设备：采用跟踪轨迹、记录坐标点的方式输入。 •光栅扫描型输入设备：采用逐行扫描、按一定密度采样的方式输入。 •输入设备的逻辑功能分类: 定位设备(Locator)：输入一个点的坐标（鼠标等） 笔划设备(Stroke)：输入一系列点的坐标（图形输入板等） 数值设备(Valuator)：输入一个整数或实数（键盘等） 选择设备(Choice)：由功能键对菜单的选择等 拾取设备(Pick)：拾取一个显示着的图形（光笔等） 字符串设备(String)：输入一串字符（键盘等）
2013-10-4 西安理工大学 信息科学系 27
１.4
图形显示设备
查找表
4. 具有颜色查找表的N位面灰度光栅显示器
W 1 1 0 0
N
1 0
1 0 1 1
3
DAC
1 0 0 1
CRT光栅
电子枪
N=3
思考题：屏幕显示分辨率为800×600，具有颜色查找表的光栅显示器
寄存器
锯齿线（直线走样）
1
DAC
电子枪
CRT光栅
帧缓存
2013-10-4 西安理工大学 信息科学系 25
１.4
图形显示设备
帧缓存（frame buffer）是一块用于存放所显示图形信息的连 续计算机存储器 。 一个位面的帧缓存，仅可存储黑白图像，一个像素需要1bit存 储器；帧缓存是数字设备，而CRT是模拟设备，须经数模转换。
利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形及非真实 感图形是计算机图形学一个主要的目的.
2013-10-4 西安理工大学 信息科学系 3
1.1计算机图形学综述
计算机图形学研究的主要内容 如何在计算机中表示图形,以及如何利用计算机进行图形的 生成、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形学 的主要研究内容。