计算机图形学讲义用户接口和交互技术应用
计算机图形学的基本原理和应用案例
计算机图形学的基本原理和应用案例计算机图形学是一门涉及计算机生成、处理和显示图像的学科。
它不仅仅是一种技术或工具，还是一门科学，在各个领域都有着广泛的应用。
本文将介绍计算机图形学的基本原理，并列举一些常见的应用案例。
一、基本原理1.1 3D图形学和2D图形学：计算机图形学可以分为三维图形学（3D）和二维图形学（2D）。
3D图形学涉及三维空间中的图形生成和处理，而2D图形学主要关注二维图像的生成和处理。
1.2 点、线、面和体：计算机图形学的基本构成元素包括点、线、面和体。
点是最基本的元素，线由多个点连接而成，面是由多条线围成的区域，体是由多个面组成的物体。
1.3 坐标系统：计算机图形学使用坐标系统来描述和定位图像。
在二维图形学中，通常使用笛卡尔坐标系；而在三维图形学中，通常使用三维笛卡尔坐标系。
1.4 裁剪和视口变换：裁剪是指在绘制前将图像限定在一定范围内，视口变换是将裁剪后的图像映射到屏幕上。
1.5 光栅化和颜色填充：光栅化是将线段和曲线等图形转换为像素表示的过程，颜色填充是给像素上色的过程。
二、应用案例2.1 游戏开发：计算机图形学在游戏开发中发挥着重要作用。
通过图形学技术，游戏设计师可以创建逼真的虚拟世界，同时实现光影效果、物理模拟、碰撞检测等功能，提升游戏的可玩性和视觉效果。
2.2 电影制作：计算机图形学在电影制作中广泛应用。
通过计算机图形学技术，电影制片人可以创建逼真的特效场景，实现人物动画、物体模拟和场景渲染等效果，提升电影的视觉冲击力。
2.3 建筑设计：计算机图形学在建筑设计中起到了重要的辅助作用。
通过计算机图形学技术，建筑师可以用虚拟建模和渲染技术实现建筑的可视化展示，帮助客户更好地理解和评估设计方案。
2.4 医学影像：计算机图形学在医学影像领域有着广泛的应用。
通过图形学技术，医生可以对医学图像进行三维重建、图像增强和功能分析，辅助诊断和治疗。
2.5 虚拟现实：计算机图形学是虚拟现实技术的基础。
计算机图形学技术在软件开发中的应用案例
计算机图形学技术在软件开发中的应用案例计算机图形学技术是计算机科学的一个分支，它研究如何使用计算机来处理、生成和显示图像。
随着计算机硬件的不断升级和软件的不断发展，计算机图形学技术已经广泛应用于各个领域，例如游戏、动画、虚拟现实等。
本文将介绍计算机图形学技术在软件开发中的应用案例。
1. 图形界面设计计算机图形学技术可以用于设计和开发图形用户界面（GUI）。
GUI是计算机软件的可视化界面，它使用户可以使用图形和符号来与计算机交互，而不是通过命令行输入。
在GUI中，计算机图形学技术被应用于实现按钮、文本框、菜单栏等基本界面元素，以及各种复杂的视觉效果，例如动画、特效等。
通过图形用户界面，计算机程序能够更加直观和用户友好。
2. 游戏开发计算机图形学技术在游戏开发中被广泛应用。
游戏是计算机图形学技术应用的一个典型例子，因为游戏需要更加高级的图形处理和大量的动画效果。
计算机图形学技术被用于实现游戏中的3D模型、环境设计、光影效果、特效等。
随着游戏市场对高品质游戏的需求不断增加，计算机图形学技术的发展也在不断推进。
3. 图像处理和识别计算机图形学技术可以用于图像处理和识别。
图像处理主要是对数字图像进行各种操作，如图像增强、去噪、旋转、裁剪等。
计算机图形学技术可以提供强大的图像处理工具，帮助开发人员实现各种图像处理算法。
图像识别是计算机通过算法和技术来识别和分类图像的过程。
计算机图形学技术可以提供计算机视觉相关的工具和框架，使算法和技术更加精准和高效。
4. 虚拟现实和增强现实计算机图形学技术可以用于虚拟现实和增强现实。
虚拟现实是一种计算机技术，它通过计算机生成的虚拟环境来模拟真实环境。
增强现实是一种技术，它通过计算机和传感器将虚拟图像叠加在真实环境中，使用户可以看到增强现实的虚拟元素。
计算机图形学技术是实现虚拟现实和增强现实的关键技术之一，它可以提供更加高级的3D建模、物理模拟、场景渲染、事件驱动等技术。
5. 数据可视化计算机图形学技术可以用于数据可视化。
计算机图形学的基本原理及应用
计算机图形学的基本原理及应用计算机图形学的简介计算机图形学是一门关于计算机生成、处理、存储和显示视觉图像的学科，其中涉及到许多应用和技术，例如计算机动画、虚拟现实、游戏设计、工业设计等。
计算机图形学通常被视为计算机科学领域中的一个分支，它的发展与人类视觉和图像处理的发展息息相关。
计算机图形学的主要目标是通过计算机生成和处理出生动而逼真的视觉效果，使用户能够更好地理解和交互数字世界。
它是一门高度技术化的学科，并与其他学科，如计算机科学、数学、物理学、心理学、工程学等紧密相连。
计算机图形学的基本原理计算机图形学包含多个基本原理，其中包括：1. 数字信号处理：通过数字化技术将图像转换为数字信号，使计算机能够解析和处理。
2. 几何学：涉及到图像的形状、大小、方位以及在三维空间中的位置。
3. 光学：研究光线在物体表面上的交互，这有助于计算机模拟真实世界中的光照效果。
4. 纹理映射：将图像的纹理映射到三维物体表面上，使得物体表面更加真实和细致。
应用领域计算机图形学的应用范围广泛，所涉及的应用领域包括：1. 游戏设计：游戏制作需要高质量的三维图像和深度感知，这需要计算机图形学技术的支持。
2. 虚拟现实：通过计算机图形学技术，用户可以身临其境，并在虚拟现实环境中创造和交互。
3. 工业设计：许多企业使用计算机图形学来设计和模拟其产品，这可以节省时间和成本，并可以使产品更具吸引力和用户友好性。
4. 医学图像处理：计算机图形学可以用于研究和分析医学数据，并生成2D和3D图像来更好地诊断和治疗疾病。
5. 影视特效：电影和电视节目中的特效需要高质量的视觉效果，计算机图形学技术的发展使得特效更加逼真和完美。
计算机图形学的未来发展计算机图形学是一个快速发展的领域，未来将有更多的应用领域和技术革新。
其中一些可能的趋势包括：1. 智能渲染技术的发展，可以打破计算机图形学的渲染性能瓶颈，从而实现更高质量的图像和更流畅的动画。
2. 人工智能的引入可以使图形学工作更加高效，例如自动生成大规模环境、视觉效果和动画。
计算机图形学第3章
H os pital
F ire s tat ion
3.恰当地使用各种表示方法进行选择性信息显示。 如 加框 ，加亮，闪烁，动画，变色等
3.1.3 反馈
反馈：就是动态地显示系统运行中所发生的一些变化，
以便更有效地进行交互作用。
反馈是计算机与用户对话的一个基本成分，用来帮助 用户对系统进行操作。
3.1.8 视觉效果设计 视觉效果设计涉及用户接口的各个方面，如屏幕的 布局、色彩的使用、信息的安排等等，这里强调的 是色彩的使用。 选择色彩对比时以色调对比为主。
就色调而言，最容易引起视觉疲劳的是兰色和紫色， 其次是红色和橙色；而黄色、绿色、蓝绿色和淡青 色等色调不容易引起视觉疲劳。 为减轻视觉疲劳，应在视野范围内保持均匀的色彩 的明亮度。
程序工作 数据采样 数据缓冲区 输入设备工作 数据生成
3. 事件模式（event mode） 程序和被置成事件方式的设备分别同时独立工作。 每次用户在输入设备上完成一个输入操作以及形成的数据叫做 一个事件； 一般一个事件发生时，往往来不及进行处理，于是，就要把事 件按先后次序排成队列，即把输入的信息及该设备的编号等便 被存放到事件队列中等待程序的处理。不同的应用程序可到队 列中来查询和提取与之有关的事件。
定位设备分为三类： 直接设备和间接设备 （ToutchScreen）
• 绝对坐标设备和相对坐标设备 （Digitizer）
连续设备和离散设备 （KeyBoard）
手柄 操纵杆
定位方法：
定位是确定平面一点(x, y)或空间一点(x, y, z)的坐标。 直接定位 直接定位是用定位设备直接指定某个点的位置,如键盘输入。直 接定位方法可以准确地给点定位. 间接定位 间接定位指通过定位设备的运动控制屏幕上的光标进行定位。如 在移动鼠标时，根据鼠标移动的相对距离去控制屏幕上光标的移 动。
第一章计算机图形学简介
第一章 计算机图形学简介
• 在近二十年中，国际标准化组织 （ISO）已经批准的和正在讨论 的与图形有关的标准有： 计算机图形核心系统及其语言联 编（GKS）；三维图形核心系统 及其语言联编（GKS-3D）；程序 员层次交互式图形系统及其语言 联编（PHIGS）；计算机图形元 文件（CGM）；
计算机图形接口（CGI）；基本 图形转换规范 (IGES)；产品数 据转换规范（STEP）等。
• 名称 典型设备 功能 定位 叉丝，指姆轮 输入一个点坐标 笔划 图形输入板 输入一系列点坐标 数值 数字键盘 输入一个整数或实数 选择 功能键、叉丝、光笔 由一个整数得到某种选择 拾取 光笔接触屏幕上已显示图形 通过一种拾取状态来判别 字符串 字符键盘 输入一个字符串
• 交互任务是用户输入到计算机的 一个单元信息，基本任务有四种： 定位、字串、选择、取数。
研究用计算机及其图形设备来 输入、表示、变换和输出图形 的原理、算法及系统。
经过多年的研究与发展，逐渐 形成了多个与图形相关的分支： 计算机图形（Computer Graphics）、图像处理（Image Processing）和模式识别 （Pattern Recognition）。
计算机图形：用计算机生成、 处理和显示的对象。由几何数 据和几何模型利用计算机进行 存储、显示、并修改完善后形 成。 CAD (CAGD), CAM, CAE.
• 1964年孔斯(Steve Coons)在麻 省理工学院提出了用小块曲面 片表示自由型曲面时，使曲面 片边界达到任意高次连续阶的 理论，称之为孔斯曲面。孔斯 和法国雷诺汽车公司的贝齐尔 (Pierre Bezier)并列被称为现 代计算机辅助几何设计技术的 创始人。
计算机图形学 第5章 图形用户界面和交互输入方法
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光笔也用来输入坐标位置，但必须在实现时进行 某些特殊的处理。由于光笔通过检测屏幕荧光体发射 的光来进行操作，因此在所选的坐标位置上必须有非 零强度级的信号出现。在光栅系统中，可以在屏幕上 绘出彩色背景。只要没有出现黑色区域，光笔可以用 于选择任意的屏幕位置。在无法排除显示中的黑色区 域时（例如向量系统），可以通过创建一个小的发光 图案以供光笔检测，从而将光笔作为定位设备使用。 该图案将在屏幕上移动直到发现了光笔。
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另一方面，有经验的用户强调操作速度。他们不需要多 余的提示和来自键盘或多种“鼠标-按键”的输入。由于有 经验的用户记住了常用动作的缩写，因此经常通过功能键 或同时按下组合键来选择这些动作。
同样，也可以分成几个层次来设计帮助功能，使初学 者进行较为详细的对话，有经验的用户则减少或去掉提示 和消息。帮助功能还可以包含一个或多个辅导性应用，来 介绍该软件的功能和使用方法。
第五章 图形用户界面和 交互输入方法
主要内容: 5.1 用户对话 5.2 图形数据的输入 5.3 输入功能 5.5 交互式构图技术
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5.1 用户对话
对于某种特定的应用，用户模型是设计对话的基础。
用户模型说明所设计的系统能做什么，应具备什么样的图
形操作。这种模型指明了可以显示的对象类型以及如何管
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5.1.5 回退和出错处理
在一系列操作过程中，回退和取消机制是用户界面的另 一个共同的特点。常常在操作完成之前取消该操作，然 而系统将保存操作之前的状态。有了在任一位置回退的 功能，就可以放心地使用系统的各种功能。
可以有多种形式来控制回退操作。一个标准的undo键或 命令可以用来取消一次单个的操作。有的系统可以回退 若干步操作，因此可以把系统回退到某些特定的位置。 在具有多步回退功能的系统中，所有输入均被保存，因 而可以回退并“重复操作”任意一部分。
01交互式计算机图形学系统
图形的矢量图表示—优点
空间小
¾ 图形文件所占的空间小；
易编辑
¾ 矢量图中的各物体是独立的(以点、线、 面和体为基本构成元素，所以也称这 种图形表示为面向对象图形表示)，所 以编辑修改也比较方便；
不失真
¾ 矢量图形的输出与实际显示的分辨率 无关，放大不会失真。
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图形的矢量图表示—缺点
看起来比较抽象 图形构造比较麻烦，有些特殊效果处理比较困难 输出必须采用矢量式输出设备，不能直接使用打印机打印 要想以光栅图形显示时则需要进行某种变换，即将矢量表示
¾
字符串（String）：输入一串字符。
1.4 图形硬件设备
输入设备
-键盘、鼠标、数字化仪、扫描仪等。
硬拷贝设备
-打印机、绘图仪
显示设备
-光栅扫描显示器
图形硬拷贝设备
绘图仪
¾ 滚筒式、平板式绘图仪
打印机
¾ 撞击式：行式打印机、点阵式打印机、 针式打印机（打印发票等）
¾ 非撞击式：激光打印机、喷墨打印机
编辑、修改相对更困难
¾ 点阵图中各物体的描述是混在一起的，对不同物体的 操作存在麻烦，不可能将某一个物体的所有像素都置 为零，这样会同时消除重叠的其它物体。
¾ 这个问题的解决方法就是引入存储器分块，并且在每 个分开的块上显示各自独立的物体。
放大操作会使图形失真
图形的矢量图表示
用数学方程、数学形式对图形进行描述 ¾ 通常用图形的形状参数和属性参数来表 示图形 z 形状参数指描述图形的方程或分析表 达式的系数，线段或多边形的端点坐 标等 z 属性参数包括颜色、线型等 ¾ 矢量图的关键是如何用算法及数学公式 进行描述，并且如何将之在图形显示设 备上显示出来。
计算机图形学_完整版 ppt课件
▲ 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 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
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
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。
图形软件体系结构
专业应用系统，如MATLAB、 AutoCAD、3DSMAX、 UG……
CGM 图元文件
CGI 设备相关服务
操作系统通信接口
图形输 入设备
图形 工作站
图形输 出设备
图形输出显示设备
阴极射线管 CRT
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
边界表示 B-reps
使用一组多边形平面或曲面——面片，来描述 三维对象。面片将对象分为内部和外部。
chap3 用户接口与交互技术
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3.6 OpenGL中的菜单功能
菜单注册函数
glutCreateMenu(ProcessMenu);
在菜单中加入菜单项
void glutAddMenuEntry(char *name,
将一个名字压入堆栈（glPushName）
替换名字堆栈的栈顶元素（glLoadName）
将栈顶元素弹出（glPopName）
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OpenGL实现拾取操作
设臵合适的变换过程
gluPickMatrix(xPick, yPick, widthPick,
heightPick, *vp);
为每个图元分配名字并绘制 切换回渲染模式 分析选择缓冲区中的数据
OpenGL实现拾取操作
设臵拾取缓冲区
void glSelectBuffer(GLsizei n, GLunint
*buff);
进入选择模式
GLint glRenderMode(GLenum mode);
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OpenGL实现拾取操作
名字堆栈操作
初始化名字堆栈（glInitNames）
检选模式下实现拾取(Pick)的步骤 1. 使用glSelectBuffer()定义图元列表缓冲区，保 存拾取返回的信息； 2. 使用glRenderMode(GL_SELECT)进入检选模式； 3. 使用gluPickMatrix()定义拾取区域； 4. 使用glInitNames() 初始化名称堆栈(Name Stack)； 5. 使用glPushName()保存名称； 6. 使用glPushMatrix()和glPopMatrix()保存场景 坐标； 7. 绘制图形，使用glLoadName() 为每个待选图形 命名并保存相应物体； 8. 使用glRenderMode(GL_RENDER)退出检选模式， 返回渲染模式，并且返回拾取信息。
计算机图形学的基本概念和应用
计算机图形学的基本概念和应用计算机图形学是研究计算机生成和处理图形图像的一门学科。
它涵盖了多个领域，包括几何学、光学、物理学和计算机科学等。
本文将介绍计算机图形学的基本概念和应用，并分步骤详细列出相关内容。
一、基本概念：1. 像素（Pixel）：图像的最小单位，代表图像中的一个点。
2. 分辨率（Resolution）：表示图像的清晰度和细节程度，通常以像素为单位。
3. 位图（Bitmap）：由像素组成的图像。
4. 矢量图（Vector）：使用数学公式描述的图像，可无限放大而不失真。
5. 渲染（Rendering）：将三维场景转化为二维图像的过程。
6. 光线追踪（Ray Tracing）：通过追踪光线来模拟光的传播和反射，生成逼真的图像。
7. 图像处理（Image Processing）：对图像进行编辑、增强、修复等操作。
二、应用领域：1. 游戏开发：计算机图形学在游戏中扮演着重要角色，包括场景渲染、纹理贴图、物理效果等。
2. 动画制作：通过计算机生成的图形和图像，实现动画的创作和渲染。
3. 虚拟现实（VR）和增强现实（AR）：通过计算机图形学技术，创建逼真的虚拟世界和与现实世界结合的增强体验。
4. 医学图像处理：利用计算机图形学技术，处理医学图像，辅助诊断和手术操作。
5. 工业设计：通过计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM），实现工业产品的设计和制造流程。
三、应用步骤：1. 数据采集：获取所需图像数据，可以使用相机、扫描仪等设备将现实世界中的物体转化为数字图像。
2. 图像处理：对图像进行预处理，如去噪、增强对比度、边缘检测等，以便后续操作。
3. 建模和渲染：根据需要，使用三维建模软件创建物体或场景模型，然后进行渲染，生成最终图像。
4. 光照和材质：根据场景需要设置光源和材质属性，以实现逼真的光照效果。
5. 动画制作：对静态图像进行动画设计，设置物体运动轨迹、变形效果等，生成动态的图像。
《计算机图形学》学习资料
《计算机图行学》学习包本课程为有关专业的必修课程（或选修课程）。
通过本课程的教学，学生可以学习、了解和掌握计算机图形学中有关的基本原理、概念、方法和技术，培养和提高交互式图形设计的能力。
计算机图形学与图象处理，计算机图形学的研究内容，计算机图形学的发展简史，计算机图形学的发展方向，本课程教学要求与学习方法。
本章无习题计算机图形系统的组成、功能与分类，计算机图形显示器，图形输入设备，图形输出设备，图形软件系统，图形软件标准。
课后习题1. 某光栅系统中，显示器的分辨率为1280×768，其中每个象素点的颜色深度为12 bit，则该系统需要多大的帧缓存（即多少KB）？2. 有甲乙两台光栅图形显示器，它们的产品说明书介绍均称可以显示4096种颜色，但甲机在显示一幅画面时却只有256种颜色，问其中究竟是什么原因？参考答案1．1280×768×12 / (8×1024) = 1440(KB)2．(1) 甲机：8个位平面，采用一张有256个单元，每个单元有12 bit的彩色查找表。
(2) 乙机：12个位平面，没有采用查找表。
1点的生成，生成直线的DDA算法和Bresenham 算法，二次曲线，区域的简单种子填充算法和扫描线种子填充算法，多边形的扫描转换，字符的生成，反走样技术。
课后习题1. 用对称DDA算法画出A(0,0)到B(5,3)连线的各象素点的位置，并在表内填出相应的中间数据。
rx=5, ry=3,x=0,y=0,steps=5,dx=1,dy=0.6;2. 用Bresenham算法画出A(0,0)到B(5,3)连线的各象素点的位置，并在表内填出相应的中间数据。
dx=5, dy=3, d=2dy-dx=1, x=0, y=0, 2dy-2dx=-4, 3dy=6;23. 用Bresenham算法画出圆心为（0,0），半径为8的顺时针90至45的1/8圆弧上各象素点的位置。
计算机图形学的应用
计算机图形学的应用计算机图形学是一门研究人工图像生成方法和图像处理的学科。
它涉及了许多数学、物理和计算机科学的知识，其应用范围非常广泛。
本文将介绍计算机图形学在各个领域的应用。
一、游戏开发计算机图形学在游戏开发中发挥了重要作用。
游戏设计师可以使用计算机图形学的技术来创建游戏中的人物、场景和物体模型，并通过渲染技术呈现给玩家。
此外，计算机图形学也可以实现游戏中的特效效果，如火花、光影和雾气等。
随着计算机图形学技术的不断发展，游戏画面效果越来越逼真，引发了玩家们的强烈共鸣。
二、虚拟现实虚拟现实是一种可以模拟现实世界的计算机技术。
它通过计算机图形学、计算机视觉和人机交互等技术，创造了一个虚拟的三维世界。
人们可以通过头戴式显示器和手柄等设备进入这个世界，并与其中的人物和物体进行交互。
虚拟现实技术的应用范围很广，可以应用于游戏、教育、医疗等领域。
在游戏中，虚拟现实技术可以让玩家身临其境地感受游戏世界，提高游戏的可玩性。
在教育领域，虚拟现实也可以用来模拟实验环境，让学生更生动地学习科学知识。
三、影视制作计算机图形学在影视制作中发挥着越来越重要的作用。
对于大片的拍摄，有时候无法通过真实场景的拍摄实现所需效果，这时候计算机图形学技术的应用可以使得特效更加逼真和自然。
例如，《阿凡达》这部电影的拍摄，全片大部分场景都通过计算机图形学技术生成，导致它具有复杂的三维图形效果与细腻的自然环境。
四、医学研究计算机图形学在医学研究中也起着重要作用。
例如，在三维医学影像方面，计算机图形学技术可以帮助医生更好地理解病人的身体结构和病情，以便更好地制定治疗方案。
此外，计算机图形学还可以用于器官模拟和手术模拟等方面。
从以上的应用领域可以看出，计算机图形学的应用非常广泛，涉及各个领域。
在计算机图形学领域，我们还需要不断提升自己的技术水平，同时也要结合应用场景和需求，不断创新改进计算机图形学技术，以满足人们的需求。
计算机图形学中的新技术和应用
计算机图形学中的新技术和应用计算机图形学是计算机科学与艺术学科相结合的领域，它探索计算机生成、处理、呈现和交互的图像和视觉效果。
随着计算机技术不断发展，图形学也在不断创新和进步。
本文将介绍计算机图形学中的新技术和应用。
一、机器学习在图形学中的应用机器学习是一种能够使计算机根据数据自行学习的方法。
它已经被广泛应用于许多领域，如自然语言处理、图像识别和智能控制等。
在图形学领域，机器学习的应用越来越广泛，它可以帮助计算机实现更快速、更准确、更高效的图像处理和识别。
例如，在图像分类和识别方面，机器学习可以让计算机自行学习分类规则，然后根据这些规则对图像进行分类和识别。
在图像生成方面，机器学习可以帮助计算机生成更自然、更真实的图像，而不是简单地复制和修改现有的图像。
这些应用不仅可以提高图像处理和识别的效率，还可以使得计算机生成的图像更加美观、逼真和有趣。
二、虚拟现实技术的发展与应用虚拟现实（VR）是一种基于计算机技术的“沉浸式”体验，它可以将用户带入到虚拟世界中。
随着虚拟现实技术不断发展，越来越多的人开始关注它的应用领域。
在图形学领域，虚拟现实技术可以被应用于游戏、模拟、培训、医疗和建筑等多个领域。
例如，在游戏开发方面，虚拟现实技术可以让玩家更好地控制角色，并且使得游戏体验更加逼真和沉浸。
在医疗领域，虚拟现实技术可以被应用于训练医生进行手术操作，或者使用虚拟现实技术进行疾病的诊断与治疗。
在建筑领域，虚拟现实技术可以帮助建筑师更好地设计和展示建筑，同时可以使得用户更好地了解建筑的结构和功能。
三、光线追踪技术的发展与应用光线追踪技术是一种用来模拟光线在三维场景中的传播路径，并根据光线与物体的交互计算光照效果的方法。
随着计算机图形学技术的不断发展，光线追踪技术越来越成熟和稳定，并被广泛应用于电影制作、游戏开发和工业设计等领域。
例如，在电影制作方面，光线追踪技术可以帮助电影制作者更好地模拟真实光影效果，并且可以提高电影的视觉效果。
计算机图形学教学大纲文档经典
XX大学《计算机图形学》教学大纲编写单位：__________执笔人：____________审核人：____________XX大学xx系20xx年9月［实验要求］本课程实验要求较高，实验内容多且相关性较强，有关实验的具体要求与内容需按实验大纲执行，本大纲中不再另行说明。
第一章绪论［教学内容1计算机图形学的目标与任务；计算机图形学的内容体系；计算机图形学相关学科；计算机图形学相关领域。
［教学目标与要求］熟练掌握：计算机图形学的内容体系；计算机图形学的目标与任务；掌握：计算机图形学的应用领域；计算机图形学的相关学科；了解：计算机图形学的发展。
［重点与难点］计算机图形学的内容体系；计算机图形学的目标与任务。
［教学时数］2学时第一节计算机图形学的目标与任务一、视觉交流是计算机图形学的目标与任务二、计算机图形学的三个基本任务第二节计算机图形学的内容体系一、基础模块二、建模与表示模块三、绘制模块四、交互技术第三节计算机图形学相关学科一、图形与图像二、相关学科第四节计算机图形学的应用领域一、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）二、科学计算可视化三、虚拟现实四、动画第五节计算机图形学的发展一、计算机图形学的发展简史二、计算机图形学的发展趋势［复习思考题］1、图形包括哪两方面的要素？在计算机中如何表示它们？2、图形的本质是什么？3、如何看待计算机图形学的发展趋势？第二章图形系统［教学内容1Visual图形系统概述；图形系统体系结构；图形支撑软件；图形硬件显示原理; ［教学目标与要求］熟练掌握：图形系统体系结构；图形硬件显示原理掌握：图形系统基本概念和术语；了解：图形支撑软件［重点与难点］图形系统体系结构；图形硬件显示原理［教学时数］2学时第一节图形系统概述一、图形系统组成结构1.图形系统组成结构2.图形系统分类第二节图形系统体系结构一、概述二、应用程序阶段三、几何处理阶段四、光栅阶段第三节图形支撑软件一、OpenGL二、DirectX三、Java2D 和 Java3D第四节图形硬件显示原理一、图形显示设备及工作原理二、图形显示方式三、光栅扫描图形显示系统［复习思考题］1、从图形硬件显示原理角度，思考并分析如何显示直线？2、请你总结一下光栅显示系统的优缺点？3、在光栅显示系统中，显卡有什么作用？第三章二维图形生成［教学内容1直线生成算法；圆弧绘制算法；区域填充；字符；反走样技术; ［教学目标与要求］熟练掌握：直线生成算法；区域填充；圆弧绘制算法掌握：反走样技术了解：字符编码［重点与难点］直线生成算法；区域填充；圆弧绘制算法［教学时数］8学时第一节直线生成算法一、数值微分法二、逐点比较法三、Bresenham画线法四、中点画线法第二节圆弧绘制算法一、基于光栅的整圆绘制算法二、角度离散法绘制圆弧和椭圆弧第三节区域填充一、种子填充算法二、多边形填充算法第四节字符一、字符的编码二、点阵字符三、矢量字符第五节反走样技术第六节编程实例-地图绘制一、地图绘制方法二、基于OpenGL的地图绘制［复习思考题］1、简述DDA算法、中点画线法、Bresenham画线法算法的思想？2、根据中点画圆法和Bresenham算法，绘制一条端点为（1，1）和（6, 5）的直线，画出对应各像素的位置？第四章图形几何变换［教学内容］二维几何变换；三维几何变换；图形几何变换的模式;［教学目标与要求］熟练掌握：二维几何变换；三维几何变换；掌握：图形几何变换的模式；［重点与难点］二维几何变换；三维几何变换；［教学时数］6学时第一节二维几何变换一、基本变换二、二维复合变换三、二维坐标系间的变换第二节三维几何变换一、基本变换二、三维复合变换三、三维坐标系间的变换第三节图形几何变换的模式一、固定坐标系模式二、活动坐标系模式［复习思考题］1、试编写对二维点实现平移、旋转、比例变换的程序。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学复习资料第一章1 图形学定义ISO的定义：计算机图形学是研究怎样利用计算机表示、生成、处理和显示图形的原理、算法、方法和技术的一门学科。
通俗定义：计算机图形学以表达现实世界中的对象及景物为主要目标，其核心是解决如何用图形方式作为人和计算机之间传递信息的手段，即人机界面问题.计算机图形学的研究对象-—图形.图形是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。
图形的构成要素:几何要素:点、线、面、体等描述对象的轮廓、形状。
非几何要素：描述对象的颜色、材质等。
图形的表示方法：点阵法：枚举出图形中所有点(简称图像)。
参数法:由图形的形状参数（简称图形)。
2 图形与图像图像：狭义上又称为点阵图或位图图像。
图像是指整个显示平面以二维矩阵表示，矩阵的每一点称为一个像素,由像素点所取亮度或颜色值不同所构成的二维画面。
特点：A文件所占的空间大。
B位图放大到一定的倍数后会产生锯齿.C位图图像在表现色彩、色调方面的效果比矢量图更加优越。
图形：狭义上又称为矢量图形或参数图形.按照数学方法定义的线条和曲线组成，含有几何属性.或者说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。
特点：A文件小。
B可采取高分辨印刷.C图形可以无限缩放.3 图形学过程3D几何建模、3D动画设置、绘制（光照和纹理）、生成图像的存储和显示4 与图像处理计算机图形学：研究模型及数据的建立和由模型生成图像的过程和方法.（模型到图像）图像处理：将客观景物数字化成图像，研究数字化图像的采集、去噪、压缩、增强、锐化、复原及重建等。
（图像到特征）对立统一的关系。
5 计算机图形信息的特点图形信息表达直观，易于理解。
图形信息表达精确、精炼。
图形信息能“实时”的反映事物的分布和变化规律6 计算机图形学的应用计算机辅助设计及计算机辅助制造科学计算可视化地图制图与地理信息系统计算机动画、游戏用户接口计算机艺术7 计算机图形系统作为一个图形系统,至少应具有计算、存储、输入、输出、对话等五个方面的基本功能.计算机图形系统主要有三部分构成：人、图形软件包、图形硬件设备。
计算机图形学OpenGL(第三版)课件
REPORTING
• 计算机图形学概述 • OpenGL基础知识 • 3D图形绘制 • 动画与交互 • 高级技术与应用 • 案例与实践
目录
PART 01
计算机图形学概述
REPORTING
计算机图形学的定义与分类
计算机图形学是一门研究计算机生成 和操作图形的科学，它通过数学算法 和计算机程序实现二维和三维图形的 生成、渲染和交互。
虚拟现实中的图形渲染技术
3D场景构建
利用OpenGL的3D图形渲染能力，构建逼真的虚拟现实场景，提供 沉浸式的体验。
实时交互与动态渲染
在虚拟现实中实现实时交互，如人物移动、视角变换等，同时根据 用户行为动态调整渲染效果，提高虚拟现实的真实感和沉浸感。
虚拟现实应用开发
结合OpenGL技术，开发各种虚拟现实应用，如虚拟旅游、虚拟展览 、虚拟教育等，拓展虚拟现实技术的应用领域。
OpenGL库（如GLUT或GLEW ）。
对于Linux系统，需要安装 OpenGL库（如GLUT或SDL） 和相应的编译器。
开发者还需要了解如何配置项 目以包含OpenGL头文件和链 接OpenGL库。
OpenGL基本操作
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初始化OpenGL 上下文
绘制基本图形
变换和投影
光照和材质
纹理映射
创建窗口，设置窗口回调 函数，创建渲染上下文等 。
使用OpenGL提供的函数绘 制点、线、多边形等基本 图形。
理解并使用平移、旋转、 缩放等变换以及投影矩阵 。
设置光源、材质属性以及 光照模型。
加载和绑定纹理，对几何 图形进行纹理映射。
计算机图形学课件第六章交互式绘图技术
5、菜单方式
6、图标方式 6.5.3 交互式用户接口的实现
6.5.1 界面布置 6.5.2 交互式工作方式 6.5.3 交互式用户接口的实现
1、交互式输出界面设计
（1）设计原则
①要全盘考虑显示信息内容，布局和格式等；
②反馈信息和屏幕输出应面向用户，指导用户，以满足
用户需求为目标；
③反馈信息内容应准确、简洁；
④屏幕显示和布局应美观、清楚、合理；
⑤合理安排信息在屏幕上显示顺序；
⑥显示方式一致性；
⑦合理选择文本方式和图形方式显示；
⑧使用图形、多窗口方式显示。
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（2）屏幕显示技术
①文本式屏幕显示一般格式
a．标题引。
标题
屏幕号
b．屏幕主体。
屏幕体
c．出错信息区。
错误信息
d．状态和提示行。
状态、提示行
②问答式屏幕设计
4、减少出错的可能性
5、提供改错能力
6、面向多种技术层次
第六章 交互式绘图技术
7、减少记忆量
6.2 交互式绘图系统
6.2.1 交互式绘图系统组成
6.2.2 交互式绘图系统交互任务
6.2.3 交互式绘图系统设计原则
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6.3 交互式绘图的交互技术
交互式绘图技术是一种处理用户输入图形数据的技术， 可分为三类：
第六章 交互式绘图技术 6.5 交互式绘图系统构造方法 6.5.1 界面布置 6.5.2 交互式工作方式 6.5.3 交互式用户接口的实现
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6.5.1 界面布置
界面布置包括屏幕划分、显示内容、颜色搭配等
1、屏幕划分：如图
菜单区 图形显示区
提示区
图形 显示区
提示区
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1 子程序库
选择某种交互语言（如c,c++）作为主语 言，用词语言扩展一系列的过程或函数， 用以实现有关的图形设计和处理。
子程序库功能：生成基本图素、图形变 换、设置非几何属性和显示方式、输入 输出、处理真实图形、设计用户界面
计算机图形学讲义用户接口和交互 技术应用
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3.1 人机交互的基本内容
语言 信息反馈 在线帮助 取消
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3.2人机交互的基本任务
1 定位：指应用程序制定一个点的坐标， 分为：
空间定位：用户需要知道确定的位置和空间 相邻元素间的关系。
语义定位：用户需要确定坐标系的准确数值
择 键入名字、名字缩写或排列的唯一序号
或标识号作选择 用功能键选择 语音选择或者笔画选择
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2 定位技术
指定一个坐标，涉及维数、分辨率及离散 两还是连续量，主要有：
图形输入板或鼠标光标定位 键入坐标定位 用光笔或其它设备定位
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使用子程序库步骤
编写源程序 编译原程序 连接图形程序库和系统库 运行可执行代码
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2 专用语言
专门为图形处理而开发的语言，主要有 解释型和编译型两种。
图形专用语言的开发要比高级语言的开 发复杂，因为其具备高级语言功能的同 时还要能进行图形处理和交互。目前比 较著名的如adobe公司的postscrip(ps).
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2 选择任务
选择任务：是指从一个选择集中挑选一个 元素，如命令。操作数选择，属性及对象 选择等。
根据可选选择的变化程度，选择集可分为： 定长选择和变长选择集两种。 定长：命令，属性及对象类型选择 变长：对象调用选择集一般是变长的
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定长选择采用的技术
功能键 命名技术 菜单技术
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菜单技术
菜单顺序 菜单层次 当前选择项的着重显示 菜单的位置 菜单的大小 菜单的命名
计算机图形学讲义用户接口取技术
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3 文字输入
文字输入：向应用程序输入一个字符串， 且此字符串不具有任何特殊意义（但是 若是输入命令则不属于文字输入，因为 有特殊意义）
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文字输入可采用的技术
键盘输入 菜单选择：把一些常用的文字作成菜单 字符扫描:用扫描仪输入 语音识别 手写输入
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8 徒手画技术
随意勾勒
7 三维交互任务
涉及定位、选择和旋转
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8 组合交互任务
上述几种的组合，主要有
对话框：如字体设置对话框 构造：如橡皮筋画线技术 控制：拖动一个符号或者图案到一个新位置
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3.3 用户接口的常用形式
子程序库 专用语言 交互命令
定位设备（locator）:输入一个点的坐标 笔画（stroke）设备：输入一系列点的坐标 字符串（string ）设备：输入一个字符串 数值（valuator）设备：输入一个整数或者实
数 选择（choice）设备：由一个非负整数得到某
种选择 拾取（pick）设备：识别一个显示着的图形
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数值输入：在最小值与最大值间确定一 个数值，常用交互技术有：
用键盘 用光标移动标尺 手写或语音识别 计数器选择值
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5 定向
定向：在制定坐标系中确定形体方向
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6 定路经
定位和定向的结合，用时间和空间有关
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第3章 人机交互与图形用户界 面技术
提出问题
如何设计一个好的用户接口 为什么要定义逻辑输入设备 交互式绘图技术有哪些？
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本章主要内容
3.1 人机交互的内容 3.2 人机交互的基本任务 3.3 交互设备 3.5 交互技术 3.6 输入控制（模式） 3.7 用户接口设计 3.8 人机交互新技术 3.9 人机交互的发展趋势
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6文本技术
确定字符集及字符串的长度。实现技术有: 键盘输入字符 菜单选择 语音识别 笔画识别
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7 橡皮筋技术
针对变形量的要求，动态的，连续的将 变形过程表现出来，直到产生用户满意 的效果，常用的有：橡皮筋线，带水平 或者垂直约束的橡皮筋线，橡皮筋圆， 橡皮筋多边形，橡皮筋棱锥等
3 定向技术
在一个坐标系中规定形体的一个方向。分 为两种：
用操纵杆或者其它设备控制方向角 键入角度角
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4 定路经技术
在一定的时间或者空间内确定一系列的 定位点和方向角
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5 定量技术
输入一个数值，指定一个数量，设备为 键盘或者定位计。
3.5 交互技术
针对不同的任务需要采用不同的交互技 术： 选择技术 定位技术 定向技术 定路经技术 定量技术
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文本技术 橡皮筋技术 拖动技术
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1 选择技术
光笔选择 图形输入板或者鼠标控制器控制光标选
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3 交互命令
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3.4 交互设备
交互有三个基本因素：交互设备、交互 任务、交互技术。交互设备实现交互技 术、完成交互任务的物质基础。交互技 术是完成交互任务的手段。
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交互设备分类（从逻辑上）