图形学绪论
图形图像是传递信息的主要途径人们使用图形来表达与交
图形图像是传递信息的主要途径人们使用图形来表达与交第1章绪论图形图像是传递信息的主要途径。
人们使用图形来表达与交流思想有着悠久的历史,尤其在当今的工程领域和各个学科及其分支都离不开图形和图像。
人的眼睛从一张图纸中吸收的信息比从一张数据表格吸收的信息要快得多,而且,如果图形和数字能够互为补充,则可使人们更深刻地认识事物的本质及其内在联系。
为了能够更好地模拟出虚拟的“真实”世界,人们使用了当今最为先进的各种技术手段,研制出了许多优秀的图形软硬件系统。
对于软件系统而言,OpenGL和C++(包括C)程序设计语言是推动图形学发展的重要动力。
因此,为了更好地理解和学习基于OpenGL、由C++写成的Open Inventor三维图形API(Application Programming Interface,应用程序编程接口),本章先从计算机图形学(Computer Graphics)的发展开始,一步步加深对Open Inventor这一强大的图形编程工具的理解。
1.1 计算机图形学的简单回顾计算机图形学是研究如何用数字计算机生成、处理和显示图形的一门学科。
图形学的应用从某种意义上标志着计算机软、硬件的发展水平。
人们要利用计算机进行工作,必须有人与计算机之间进行传递信息的手段——人机界面。
人机界面从早期的读卡机及控制板上的开关和指示灯发展到键盘和字符中断,再发展到基于键盘、鼠标、光笔等输入设备和光栅显示器的图形用户界面,而最终必然过渡到带给用户身临其境感觉的三维用户界面——虚拟环境(虚拟现实)。
计算机图形学来源于生活、科学、工程技术、艺术、音乐、舞蹈、电影制作等各行各业,反过来它又大大促进了这些领域的发展。
1.1.1 计算机图形学的发展简史本书侧重于介绍那些源于过去、至今仍在使用而且将来大概还会继续使用的基本原理和技术,这些内容通常会贯穿于整本书中。
本节简要地回顾计算机图形学的发展历史,说明当今系统的由来。
计算机图形学-第一章
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
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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)
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5×5图像
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x
0
直线的参数方程:ax+by+c=0
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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
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• 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)
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科学可视化
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-By Science Visualization challenge 2013
科学可视化
第1章图形学绪论
➢60年代中期,美国MIT、通用汽车公司、贝尔 电话实验室、洛克希德飞机公司、法国雷诺汽车 公司、英国剑桥大学
斗训练等
用
2020/4/22
➢事务和商务数据的图形显示
➢绘制表示经济信息的各类二、三维统计
应
管理图表 ➢信息可视化:信息流量,商业统计数据,
股市行情
用
2020/4/22
➢地形地貌和自然资源的图形显示
➢地理信息系统(GIS)
应
➢数字地球,地形数据作为载体,(70%) 全球信息化.
➢军事,政府决策,旅游,资源调查。
202•0/4/2齐2 东旭,计算机动画原理与应用,科学出版社,2019
什么是计算机图形学
第
研究内容
1
与相关学科的关系
章
发展简史
绪
应用领域
论
交互式计算机图形处理系统
2020/4/22
Computer Graphics (CG)
什
计算机图形学是研究怎样用计
么 算机生成、处理和显示图形的一门
是 学科。
参 算机图形学的算法基础,机械工业出版社,2019 考 • 孙家广,杨长贵,计算机图形学,清华大学出版社,2019 书 • 唐荣锡,汪嘉业,彭群生,汪国昭,计算机图形学教程(
修订版),科学出版社,2000
• Donald Hearn, M. Pauline Baker, 计算机图形学,电子 工业出版社,2019
• 非几何要素——视觉属性
– 明暗、灰度、色彩、纹理、透明性、 线型、线宽
计算机图形学知识要点
单元分解法优缺点
优点
表示简单 容易实现几何变换 基本体素可以按需选择,表示范围较广 可以精确表示物体 物体的表示不唯一 物体的有效性难以保证 空间位置枚举表示----同样大小立方体粘合在一起表示 物体 八叉树表示----不同大小的立方体粘合在一起表示物体 单元分解表示----多种体素粘合在一起表示物体
阴极射线管(CRT):光栅扫描图形显示器; 平板显示器:液晶显示器、等离子体显示板等; 光点、像素、帧缓存(frame buffer)、位平面;三种 分辨率(屏幕、显示、存储); 黑白、灰度、彩色图形的实现方法(直接存储颜色数据、 颜色查找表); 光栅图形显示子系统的结构
基本概念
第四章 图形的表示与数据结构
2、规则三维形体的表示
形体表示的分类 线框模型
缺点 多边形表,拓扑信息: 显示和隐式表示
表面模型
显示表示:在数据结构中显式的存储拓扑结构。例如,翼边结构 表示(Winged Edges Structure) 隐式表示:即根据数据 之间的关系在运行时实
时的解算。 平面方程 多边形网格 分解表示、构造表示、边界表示
Bresenham算法绘制圆弧
基本原理 从(0,R)点,顺时针开始; 上一个确定像素点为p(x, y),则下一个像素点只 能是p1和p2中的一个;
P(x, y) P1(x+1, y)
p2 (x+1, y-1)
误差判据:像素点到圆心的距离平方与半径平方之 差; 一般关系式取值对应的几何意义,即和下一个像素 的对应关系;
3、椭圆的光栅化方法
图形学绪论
计算机图形学发展历史 图形显示设备的发展
画线显示器(矢量显示器/随机扫描显示器)60年代中 存储管式显示器(60年代末) 刷新式光栅扫描显示器(70年代初)
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计算机图形学发展历史
刷新式
电子束轰击荧光屏产生的亮点只能持续极短的 时间,为了产生静态的不闪烁的图像,电子 束必须周期性地反复扫描所要绘制的图形, 这个过程称为刷新
=1秒/荧光物质的持续发光时间 (例如)=1000ms/40ms=25Hz
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图形显示设备
像素(Pixel:Picture Cell):构成屏 幕(图像)的最小元素 分辨率(Resolution):CRT在水平或 竖直方向单位长度上能识别的最大像 素个数,单位通常为dpi(dots per inch)。在假定屏幕尺寸一定的情况 下,也可用整个屏幕所能容纳的像素 个数描述,如640*480,800*600, 1024*768,1280*1024等等
光照模型
简单光照模型 局部光照模型 整体光照模型
绘制方法
光线跟踪 辐射度
加速算法
包围体树、自适应八叉树等等
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1.3 计算机图形学发展历史 50年代
1950年,第一台图形显示器作为美国麻省理 工学院(MIT)旋风I号(Whirlwind I)计 算机的附件诞生了 50年代末期,MIT的林肯实验室在“旋风” 计算机上开发SAGE空中防御体系,标志交互 式图形技术的文字诞生。
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计算机图形学发展历史
44_计算机图形学--绪论(44页)
计算机图形学的研究动态
□ 科学计算可视化 运用计算机图形学和图像处理技术,将科
学计算过程中及计算结果的数据转换为图形及 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。
计算机图形学的研究动态
□ 并行图形处理 ■ 多计算机的并行图形处理 ■ 多图形显示子系统(显卡)实现并行计算 ■ 多GPU/VPU的并行处理
是否会认为老师的教学方法需要改进? • 你所经历的课堂,是讲座式还是讨论式? • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒,不怕那风雨狂,只怕先生骂我
笨,没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照,花儿对我笑,小鸟说早早早……”
课程特点
课程内容偏重于理论,部分算法较抽象且不易 理解
课程内容涉及面广 基础算法或理论是几十年来固定不变的经典 理论的作用隐藏于日常的计算机使用中,虽然
Sutherland发表了一篇题为“Sketchpad:一 个人——机通信的图形系统”的博士论文,其中 首次使用了“Computer Graphics”。
计算机图形学的确立
发展期(70年代) ■ 计算机图形处理技术进入实用化阶段; ■ 区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念及
算法; ■ 真实感图形学和实体造型技术;
□ 办公自动化和电子出版技术 ■ 图形显示技术在办公自动化和事务处理中的 应用,有助于数据及其相互关系的有效表达, 因而有利于人们进行正确的决策; ■ 图文并茂的电子排版系统代替了传统的铅字 排版,这是印刷史上的一次革命。
计算机图形学的应用
□ 计算机艺术 计算机图形技术已广泛应用于各种图案、
花纹、工艺外形及传统的油画、中国国画和书 法等艺术品的制作,为创作艺术和商品艺术提 供了更为广阔的空间。
第一章 绪论
计算机图形学的概念 计算机图形学研究的对象 计算机图形学的应用 计算机图形学的研究动态
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
计算机图形学讲稿
第二章 计算机图形系统及其设备
本章内容:介绍计算机图形系统的组成以及主要的图形外部设备。 2.1 计算机图形显示原理
阴极射线管(CRT)显示器的特点:亮度高,对比度好,分辨率高和色彩
鲜艳并丰富。缺点是体积大、厚与笨重。 液晶显示器的特点:器件薄,面积可大可小,重量轻,特别适合便携式计 算机使用,缺点是分辨率相对较低,色彩不够鲜艳,且价格偏高。 2.1.1 CRT显示器
1.5 计算机动画
我国第一部利用计算机辅助摄制的动画片是《咪咪钓鱼》,1991年由北方工 业大学和北京电视台合作制作,以二维动画为主。用386微机和C语言编程, 利用数字化仪和摄象机产生关键帧,再由计算机在相邻两幅关键帧之间内插 生成中间帧,并自动跟踪上色。多层画面叠加在一起,形成完整的画面。10 分钟的片子,5人小组花了10个月时间。
•QuickTime技术简介
QuickTime是苹果公司开发的新一代虚拟现实技术。它是一种基于静态图像处 理的,在微机平台上能够实现的初级虚拟现实技术。它的出现使得以往专业 实验室中成本昂贵的虚拟现实技术的应用普及有了广阔的前景。
假定我们在一室空间进行观察,室内空间一般有六个面,如果我们获取了这 六个面的许多不同距离,不同方位的实景照片并将它们按照相互的关系有机 连接起来,就可以在视觉上形成这个房间整个空间的整体认识,这就是全景 概念。
1.3 场景绘制
•取景变换
将几何对象的三维坐标转换到屏幕上的象素位置,需要进行一系列的坐标变 换,这些变化统称为取景变换。
•删除隐藏面
背向视点的面被正面遮挡,需要及早删除。目的是为了减少图形绘制的工作 量,提高场景动态显示的实时性。
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。
计算机图形学绪论
山东科技大学信息学院
山东科技大学信息学院
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1.2.3图形软件发展及软件 标准的形成
发展历程
诸侯割据
标准讨论
标准形成
山东科技大学信息学院
图形软件发展及软件标准形成
三种类型的计算机图形软件系统: (1)用某种语言写成的子程序包 如: GKS (Graphics Kernel System) PHIGS(Programmer’sHerarchical Iuteractive Graphics system ) GL 便于移植和推广、但执行速度相对较慢,效率低 (2)扩充计算机语言,使其具有图形生成和处理的功能 如:Turbo Pascal、Turbo C,AutoLisp等。 简练、紧凑、执行速度快,但可移植性差
山东科技大学信息学院
优点:
提供多种风格的画笔画刷 提供多种多样的纹理贴图,甚至能对图象进行雾化,
变形等操作 可以任意修改,取消败笔
不足:
无法达到传统绘画中风格化的 艺术效果 很难得到有素描效果、油画效果的艺术品
山东科技大学信息学院
山东科技大学信息学院
非真实感绘制(NPR,Non-Photorealistic Rendering)
山东科技大学信息学院
在医学领域,可视化有着广阔的发展前途
是机械手术和远程手术的基础 将医用CT扫描的数据转化为三维图象,帮助医
生判别病人体内的患处 由CT数据产生在人体内漫游的图象
可化的前沿与难点
可视化硬件的研究 实时的三维体绘制 体内组织的识别分割——Segmentation
山东科技大学信息学院
用于模拟艺术效果,研究方法有别于真实感图形 学
计算机图形学第二版(陆枫)课后习题答案部分
计算机图形学第二版(陆枫)课后习题集第一章绪论概念:计算机图形学、图形、图像、点阵法、参数法、图形的几何要素、非几何要素、数字图像处理;计算机图形学和计算机视觉的概念及三者之间的关系;计算机图形系统的功能、计算机图形系统的总体结构。
第二章图形设备图形输入设备:有哪些。
图形显示设备:CRT的结构、原理和工作方式。
彩色CRT:结构、原理。
随机扫描和光栅扫描的图形显示器的结构和工作原理。
图形显示子系统:分辨率、像素与帧缓存、颜色查找表等基本概念,分辨率的计算第三章交互式技术什么是输入模式的问题,有哪几种输入模式。
第四章图形的表示与数据结构自学,建议至少阅读一遍第五章基本图形生成算法概念:点阵字符和矢量字符;直线和圆的扫描转换算法;多边形的扫描转换:有效边表算法;区域填充:4/8连通的边界/泛填充算法;内外测试:奇偶规则,非零环绕数规则;反走样:反走样和走样的概念,过取样和区域取样。
5.1.2 中点 Bresenham 算法(P109)5.1.2 改进 Bresenham 算法(P112)习题解答习题5(P144)5.3 试用中点Bresenham算法画直线段的原理推导斜率为负且大于1的直线段绘制过程(要求写清原理、误差函数、递推公式及最终画图过程)。
(P111)解: k<=-1 |△y|/|△x|>=1 y为最大位移方向故有构造判别式:推导d各种情况的方法(设理想直线与y=yi+1的交点为Q):所以有: y Q-kx Q-b=0 且y M=y Qd=f(x M-kx M-b-(y Q-kx Q-b)=k(x Q-x M)所以,当k<0,d>0时,M点在Q点右侧(Q在M左),取左点 P l(x i-1,y i+1)。
d<0时,M点在Q点左侧(Q在M右),取右点 Pr(x i,y i+1)。
d=0时,M点与Q点重合(Q在M点),约定取右点 Pr(x i,y i+1) 。
所以有递推公式的推导:d2=f(x i-1.5,y i+2)当d>0时,d2=y i+2-k(x i-1.5)-b 增量为1+k=d1+1+k当d<0时,d2=y i+2-k(x i-0.5)-b 增量为1=d1+1当d=0时,5.7 利用中点 Bresenham 画圆算法的原理,推导第一象限y=0到y=x圆弧段的扫描转换算法(要求写清原理、误差函数、递推公式及最终画图过程)。
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计算机图形学发展历史 60年代
1963年,MIT林肯实验室的I.E.Sutherland 发表了一篇题为“Sketchpad:一个人机交 互通信的图形系统”的博士论文。引入了图 元分层表示的概念和数据结构。
70年代
光栅图形学迅速发展 区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念、 及其相应算法纷纷诞生
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计算机图形学应用举例(续)
真实感图形实时绘制与自然景物仿真 计算机中重现真实世界的场景叫做真 实感绘制 真实感绘制的主要任务是模拟真实物 体的物理属性,简单的说就是物体的 形状,光学性质,表面的纹理和粗糙 程度,以及物体间的相对位置,遮挡 关系等等
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计算机图形学应用举例(续)
存储管式
内置金属网受到电子束轰击之后形成靶像,它 可以持续发出电子,在荧光屏上产生静态图 像
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计算机图形学发展历史
画线显示器
只能显示线条 价格昂贵
存储管式显示器
无需刷新,价格较低 没有动态修改图形的能力
刷新式光栅扫描显示器
价格低,性能高 成为当前的主流显示器
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计算机图形学发展历史
图形软件标准化 1974年,ACM SIGGRAPH的与“与机器无关的图形技 术”的工作会议 ACM成立图形标准化委员会,制定“核心图形系统” (Core Graphics System) ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS 两类标准 官方标准(标准组织制定的标准):GKS(Graphical Kernel System),PHIGS(Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics System) 工业标准(事实上的标准):SGI等公司的OpenGL, 微软公司的DirectX,X财团的Xlib,Adobe公司的 PostScript等等
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计算机图形学应用举例(续) 用户接口
用户接口是人们使用计算机的第一观感。一 个友好的图形化的用户界面能够大大提高软 件的易用性 图形学已经全面融入计算机的方方面面,很 多软件几乎可以不看任何说明书,而根据它 的图形、或动画界面的指示进行操作
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计算机图形学应用举例(续) 目前几个大的软件公司都在研究下一代 用户界面,开发面向主流应用的、自然、 高效多通道的用户界面。研究多通道语 义模型、多通道整合算法及其软件结构 和界面范式是当前用户界面和接口方面 研究的主流方向,而图形学在其中起主 导作用。
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计算机图形学应用举例(续)
虚拟现实系统(Virtual Reality) 或称虚 拟环境(Virtual Environment) 是用计算机技术来生成一个逼真的三维视 觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界,让用 户可以从自己的视点出发,利用自然的技 能和某些设备对这一 生成的虚拟世界客体 进行浏览和交互考察。
=1秒/荧光物质的持续发光时间 (例如)=1000ms/40ms=25Hz
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图形显示设备
像素(Pixel:Picture Cell):构成屏 幕(图像)的最小元素 分辨率(Resolution):CRT在水平或 竖直方向单位长度上能识别的最大像 素个数,单位通常为dpi(dots per inch)。在假定屏幕尺寸一定的情况 下,也可用整个屏幕所能容纳的像素 个数描述,如640*480,800*600, 1024*768,1280*1024等等
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图形显示设备
CRT结构
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1.4 图Байду номын сангаас显示设备
荧光屏 荧光物质:吸收电子束而发光 持续发光时间:电子束离开某点后,该 点的亮度值衰减到初始值1/10所需的时 间 刷新(Refresh):为了让荧光物质保持 一个稳定的亮度值 某种 CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率 刷新频率:每秒钟重绘屏幕的次数
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计算机图形学应用举例(续)
非真实感绘制(NPR,Non-Photorealistic Rendering) 用于模拟艺术效果,研究方法有别于真实 感图形学 钢笔素描的生成 钢笔素描产生于中世纪,从19世纪开 始成为一门艺术20世纪90年代开始研 究用计算机模拟 中国国画与书法的生成
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计 算 机 书 法
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计算机绘制的松树盆景
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计算机图形学应用举例(续)
地理信息系统(Geographical Information System)
建立在地理图形之上的关于各种资源的综合信息管 理系统
计算机动画及广告影视创作
传统动画:费时费力,质量差, 例子:《大闹天宫》,90*60*24=129,600张胶片, 几十位动画工作者近两年的时间 计算机动画(Computer Animation):效率高,质量 高 例子:《侏罗纪公园》 计算机动画创作工具:3D MAX, MAYA等等
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计算机图形学应用举例(续)
工程图及其三维重建结果1
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计算机图形学应用举例(续)
工程图及其三维重建结果2
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计算机图形学应用举例(续)
科学计算可视化(Scientific Visualization)
必要性:海量的数据使得人们对数据的分析和处理 变得越来越难,用图形来表示数据的迫切性与日俱 增 目标:用图形表现抽象的数据 1986年,美国科学基金会(NSF)专门召开了一次研 讨会,会上提出了“科学计算可视化 (Visualization in Scientific Computing)” 应用领域:科学计算可视化广泛应用于医学、流体 力学、有限元分析、气象分析当中
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基于特征的图象变形(猫变虎)
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计算机图形学应用举例(续)
电脑游戏
实时性;逼实性;蕴含了先进的图形处理技术
多媒体系统 在计算机控制下,对多种媒体信息进行 生成、操作、表现、存储、通信、或集 成的信息系统,其中媒体至少应包括一 种“连续媒体”及一种“离散媒体” 计算机处理的常见媒体:文本、图形、 图像、语音、音频、视频、动画 特点:媒体的多样性、操作的交互性、系 统的集成性
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计算机图形学应用举例(续)
在医学领域,可视化有着广阔的发展前途 是机械手术和远程手术的基础 将医用CT扫描的数据转化为三维图象,帮助医生判别病人 体内的患处 由CT数据产生在人体内漫游的图象 可视化的前沿与难点 可视化硬件的研究 实时的三维体绘制 体内组织的识别分割——Segmentation
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计算机图形学应用举例(续)
优点:功能多、创作轻松、调色方便等等
提供多种风格的画笔画刷 提供多种多样的纹理贴图,甚至能对图象进行雾 化,变形等操作 可以任意修改,取消败笔
缺点:目前难以容入人的灵感(未来的研究 课题)
无法达到传统绘画中风格化的艺术效果 很难得到有素描效果、油画效果的艺术品
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计算机图形学发展历史 图形显示设备的发展
画线显示器(矢量显示器/随机扫描显示器)60年代中 存储管式显示器(60年代末) 刷新式光栅扫描显示器(70年代初)
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计算机图形学发展历史
刷新式
电子束轰击荧光屏产生的亮点只能持续极短的 时间,为了产生静态的不闪烁的图像,电子 束必须周期性地反复扫描所要绘制的图形, 这个过程称为刷新
光照模型
简单光照模型 局部光照模型 整体光照模型
绘制方法
光线跟踪 辐射度
加速算法
包围体树、自适应八叉树等等
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1.3 计算机图形学发展历史 50年代
1950年,第一台图形显示器作为美国麻省理 工学院(MIT)旋风I号(Whirlwind I)计 算机的附件诞生了 50年代末期,MIT的林肯实验室在“旋风” 计算机上开发SAGE空中防御体系,标志交互 式图形技术的文字诞生。
计算机图形学发展历史
图形输入设备的发展
第一阶段:控制开关、穿孔纸等等 第二阶段:键盘 第三阶段:二维定位设备,如鼠标、光笔、 图形输入板、触摸屏等等,语音 第四阶段:三维输入设备(如空间球、数据 手套、数据衣),用户的手势、表情等等 第五阶段:用户的思维
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计算机图形学发展历史
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Georges Winkenb1ach绘制的壶和 碗(Siggraph’96)
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Salisbury绘制的茶壶(Siggraph’97)
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Salisbury绘制的熊 (Siggraph’97)
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Oliver Deussen绘制的素描树 (Siggraph’2000)
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计算机图形学应用举例(续)
计算机动画近十多年来取得了很大的发展, 已渗透到人们生活的各个角落
商业广告、影视特技/片头、动画片 教育、军事、飞行模拟等
二维动画
图象变形 形状混合
三维动画
关键帧动画 变形物体的动画 过程动画 关节动画与人体动画