计算机图形学第一讲 课程介绍
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计算机图形学章节1PPT课件
60年代：MIT、Bell Lab、 通用汽车公司、剑 桥大学开展大规模的研究 。
60年代确立并得到发展
70年代进入技术实用化
但80年代初，图形学 依然是较小的学科，原 因是图形硬件设备十分昂贵，且基于图形的应用相 对较少。后来，情况发生了变化……
14
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
3
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
第一讲 计算机图形学概述
1.1 研究内容 1.2 发展历史 1.3 应用举例 1.4 当前研究动态
4
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
1.1 研究内容
?何谓图形 ?构成图形的要素 ?两种表示法 ?所研究的内容
5
Graphics Lab.PKU
图像生成（计算机图形学）
图像变换 （图像处理）
数
数
字
据
图
模
像
型
模型（特征）提取 （计算机视觉，模式识别）
模型变换 （计算几何）
.发展特点: 交叉、界线模糊、相互渗透
8
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
CAGD（Computer Aided Geometric Design）
几何形体在计算机中的表示，分析、研究怎样灵 活方便地建立几何形体的数学模型，提高算法效 率，在计算机内更好地存储和管理这些模型等。 研究曲线、曲面的表示、生成、拼接、数据拟合。
硬件发展
图形显示器的发展
图形显示器是计算机图形学中关键的设备
60年代中期：画线显示器（亦称矢量显示器） 需要刷新。设备昂贵，限制普及
60年代后期：存储管式显示器 不需刷新，价格较低，缺点是不具有动态修
60年代确立并得到发展
70年代进入技术实用化
但80年代初，图形学 依然是较小的学科，原 因是图形硬件设备十分昂贵，且基于图形的应用相 对较少。后来，情况发生了变化……
14
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
3
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
第一讲 计算机图形学概述
1.1 研究内容 1.2 发展历史 1.3 应用举例 1.4 当前研究动态
4
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
1.1 研究内容
?何谓图形 ?构成图形的要素 ?两种表示法 ?所研究的内容
5
Graphics Lab.PKU
图像生成（计算机图形学）
图像变换 （图像处理）
数
数
字
据
图
模
像
型
模型（特征）提取 （计算机视觉，模式识别）
模型变换 （计算几何）
.发展特点: 交叉、界线模糊、相互渗透
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2020/11/6
CAGD（Computer Aided Geometric Design）
几何形体在计算机中的表示，分析、研究怎样灵 活方便地建立几何形体的数学模型，提高算法效 率，在计算机内更好地存储和管理这些模型等。 研究曲线、曲面的表示、生成、拼接、数据拟合。
硬件发展
图形显示器的发展
图形显示器是计算机图形学中关键的设备
60年代中期：画线显示器（亦称矢量显示器） 需要刷新。设备昂贵，限制普及
60年代后期：存储管式显示器 不需刷新，价格较低，缺点是不具有动态修
《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。
计算机图形学教案
计算机图形学教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍计算机图形学的定义计算机图形学的发展历程计算机图形学的应用领域1.2 图形与图像的区别图像的定义图形的定义图形与图像的联系与区别1.3 计算机图形学的基本概念像素与分辨率矢量与栅格颜色模型图像文件格式第二章：二维图形基础2.1 基本绘图函数画点函数画线函数填充函数2.2 图形变换平移变换旋转变换缩放变换2.3 图形裁剪矩形裁剪贝塞尔曲线裁剪多边形裁剪第三章：三维图形基础3.1 基本三维绘图函数画点函数画线函数填充函数3.2 三维变换平移变换旋转变换缩放变换3.3 光照与材质基本光照模型材质的定义与属性光照与材质的实现第四章：图像处理基础4.1 图像处理基本概念像素的定义与操作图像的表示与存储图像的数字化4.2 图像增强对比度增强锐化滤波4.3 图像分割阈值分割区域生长边缘检测第五章：计算机动画基础5.1 动画基本概念动画的定义与分类动画的基本原理动画的制作流程5.2 关键帧动画关键帧的定义与作用关键帧动画的制作方法关键帧动画的插值算法5.3 骨骼动画骨骼的定义与作用骨骼动画的制作方法骨骼动画的插值算法第六章：虚拟现实与增强现实6.1 虚拟现实基本概念虚拟现实的定义与分类虚拟现实技术的关键组件虚拟现实技术的应用领域6.2 虚拟现实实现技术头戴式显示器（HMD）位置追踪与运动捕捉交互设备与手势识别6.3 增强现实基本概念与实现增强现实的定义与原理增强现实技术的应用领域增强现实设备的介绍第七章：计算机图形学与人类视觉7.1 人类视觉系统基本原理视觉感知的基本过程人类视觉的特性和局限性视觉注意和视觉习惯7.2 计算机图形学中的视觉感知视觉感知在计算机图形学中的应用视觉线索和视觉引导视觉感知与图形界面设计7.3 图形学中的视觉错误与解决方案常见视觉错误分析避免视觉错误的方法提高图形可读性与美观性第八章：计算机图形学与艺术8.1 计算机图形学在艺术创作中的应用数字艺术与计算机图形学的交融计算机图形学工具在艺术创作中的使用计算机图形学与艺术的创新实践8.2 计算机图形学与数字绘画数字绘画的基本概念与工具数字绘画技巧与风格数字绘画作品的创作与展示8.3 计算机图形学与动画电影动画电影制作中的计算机图形学技术3D动画技术与特效制作动画电影的视觉艺术表现第九章：计算机图形学的未来发展9.1 新兴图形学技术的发展趋势实时图形渲染技术基于物理的渲染动态图形设计9.2 计算机图形学与其他领域的融合计算机图形学与的结合计算机图形学与物联网的结合计算机图形学与生物医学的结合9.3 计算机图形学教育的未来发展图形学教育的重要性图形学教育的发展方向图形学教育资源的整合与创新第十章：综合项目实践10.1 项目设计概述项目目标与需求分析项目实施流程与时间规划项目团队组织与管理10.2 项目实施与技术细节项目技术选型与工具使用项目开发过程中的关键技术项目测试与优化10.3 项目成果展示与评价项目成果的展示与推广项目成果的评价与反馈重点和难点解析一、图像的定义与图像的定义，图形与图像的联系与区别1. 学生是否能够理解并区分图像和图形的概念。
计算机图形学第一讲
计算机图形学
计算机图形学概述
1.1 研究内容
1.2 发展历史 1.3 应用举例 1.4 当前研究动态
计算机图形学
1.1 研究内容
• 什么是图形？ • 构成图形的要素是什么？ • 图形有哪两种表示法？
• 图形学所研究的内容是什么？
计算机图形学
计算机图形学的研究内容涉及到用计算机对图形 数据进行处理的硬件和软件两方面的技术，以及与 图形生成、显示密切相关的基础算法： 1、二维图形元素的生成算法 点、直线、圆、弧、规则曲线、自由曲线、文 本等图元的生成。 2、二维图形的基本操作和图形处理算法 对图形的平移、缩放、旋转、镜像、错切等操 作，此外还包括二维图形的裁剪、多边形填充以及 二维图形的布尔运算（并、交、差）等。
计算机图形学
60年代 1963年，MIT林肯实验室的I. 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--确定了交互图形学作为一个学科分支 （提出基本交互技术、图元分层表示概念及数据结 构 )。 同时，雷诺汽车公司的工程师Pierre Bé zier 提出 Bé zier曲线、曲面的理论。 MIT的教授Steven A. Coons提出了超限插值的新思想， 通过插值四条任意的边界曲线来构造曲面。
计算机图形学
（3）用并行处理技术提高真实感图像的生成速 度 如采用多处理器，将一幅光栅图像的 512×512或更多个象素用几十个甚至几百个处 理器并行计算，可以明显提高图像的生成速度。 （4）探讨自然景象的模拟方法 采用纹理映射、分维技术、粒子系统等方法 再现景物表面的色彩和纹理细节，体现山峦的粗 糙岩面，重现云、火、水等飘忽不定的景色。 （5）科学可视化
计算机图形学
在医学领域，可视化有着广阔的发展前途
计算机图形学基础教程PPT课件
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。
经典的真实感图形学
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
加速算法及其他
• 包围体树、自适应八叉树等 • 阴影算法、纹理合成
Xfrog3.0生成的挪威云杉
1974年，在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH 年会， 并取得了巨大的成功
图形学的杂志和会议
会议：Siggraph， Eurograph， Pacific Graphics
Computer Graphics International，
Graphics Interface
杂志: ACM Transaction on Graphics
基于多层阴影翼的软影绘制
研究热点
真实感图形实时绘制
• 物体网格模型的面片简化，LOD, Occlusion culling
• 吴建华的牛头ห้องสมุดไป่ตู้
• 基于图象的绘制、基于Vedio绘制 • 画中游
画中游
Video from HKUST:
野外自然景物的模拟：山、水、云、树、草、火等
清 华 山 水
1999
1964年MIT的教授Steven A. Coons提出了超限插值的 新思想，通过插值四条任意的边界曲线来构造曲面。
• 58年提出“CAD”概念 • 图形学最高奖以他名字命名。
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
图形软件标准化
• 1974年，ACM SIGGRAPH的与ACM成立图形标准化委 员会，制定“核心图形系统”（Core Graphics System）
经典的真实感图形学
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
加速算法及其他
• 包围体树、自适应八叉树等 • 阴影算法、纹理合成
Xfrog3.0生成的挪威云杉
1974年，在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH 年会， 并取得了巨大的成功
图形学的杂志和会议
会议：Siggraph， Eurograph， Pacific Graphics
Computer Graphics International，
Graphics Interface
杂志: ACM Transaction on Graphics
基于多层阴影翼的软影绘制
研究热点
真实感图形实时绘制
• 物体网格模型的面片简化，LOD, Occlusion culling
• 吴建华的牛头ห้องสมุดไป่ตู้
• 基于图象的绘制、基于Vedio绘制 • 画中游
画中游
Video from HKUST:
野外自然景物的模拟：山、水、云、树、草、火等
清 华 山 水
1999
1964年MIT的教授Steven A. Coons提出了超限插值的 新思想，通过插值四条任意的边界曲线来构造曲面。
• 58年提出“CAD”概念 • 图形学最高奖以他名字命名。
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
图形软件标准化
• 1974年，ACM SIGGRAPH的与ACM成立图形标准化委 员会，制定“核心图形系统”（Core Graphics System）
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-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
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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
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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
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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。
计算机图形学讲义
计算机图形学讲义一、概述计算机图形：由数据或几何模型，利用计算机产生，并可以进行修改的图形。
计算机图形学：是研究用计算机生成、处理和显示图形的一门学科。
从基本的处理技术看有两类，一类是线条，如工程图、地图、曲线图表等；另一类是明暗图，与照片相似。
本课程重点研究真实感图形显示二、相关学科几何造型：研究物体几何模型的计算机表示与构造（为了生成图形，首先要有原始数据或数学模型）。
计算几何：研究几何造型与图形处理的相关算法，达到方便、高效地对几何模型运算、存贮和管理。
图象处理：将客观世界中原来存在的物体影象处理成新的数字化图象。
模式识别：对所输入的图象进行分析和识别，找出其中蕴涵的内在联系或抽象模型。
三、本课程所要求的基础知识空间解析几何计算机图形学基础数据结构C++程序设计四、参考文献孙家广等，计算机图形学，清华大学出版社唐荣锡等，计算机图形学教程，科学出版社Computer GraphicsIEEE CG & A五、教学计划1．图形表示2．图形变换3. 三维观察4．隐藏线消除5．隐藏面消除6．真实感图形显示的基本概念7．光照模型8．光线跟踪算法9．光线跟踪的加速算法10．纹理映射和反走样11．辐射度算法12．计算机图形学的新发展六、课程目标掌握计算机产生图形的基本原理与理论具有图形渲染软件开发能力第一讲图形表示一、简单二维图形1．点、向量及其运算点、向量的表示：(x, y)点的运算：减法，单目减与向量的加减法数乘、除向量的运算：加、减、单目减数乘、除点乘、叉乘单位化点、向量的绘制2．直线段直线段的表示：两点式，点+向量，参数表示……直线的运算：求长度判点在线上或点所在的侧点到直线的距离(需要考虑容差)求参数为t的点两直线段的交直线的绘制3．折线集折线集的表示（p0, p1, p2, …）本征表示法折线集的运算求长度判点是否在线上求参数为t的点求两折线集的交点求折线集的偏移线(模型)带圆弧的折线集表示折线集的绘制4．多边形（三角形，四边形，N边形）多边形的表示多边形的运算求面积判点在多边形内外集合运算：并、交、差多边形的性质计算凸多边形多边形的凸包多边形的离散（凸划分，三角化）5．平面区域（环的方向，内环）平面区域的运算求面积判点在平面区域内外集合运算：并、交、差平面区域的离散（凸划分，三角化）平面区域的绘制二、平面曲线1．圆弧、椭圆等表示法求给定参数的点绘制2．Bezier曲线（从3次到n次）从直线，圆的启示（有限参数表示无穷点集）1 次Bezier2 次Bezier3 次BezierBezier 曲线的通用表示形式在空间给定n+1个点P0，P1，… Pn ，称下列参数曲线为n 次的Bezier 曲线。
计算机图形学完整课件
由于我们使用的只是d的符号，而且d的增量都是整数，只是其初始值包含小数。因此，我们可以用2d代替d，来摆脱小数，写出仅包含整数运算的算法：
void MidpointLine(x1,y1,x2,y2,color) int x1,y1,x2,y2,color; { int a,b,d1,d2,dx,y; a=y1-y2; b=x2-x1; d=2*a+b; d1=2*a; d2=2*(a+b); x=x1; y=y1;
setpixel(x,y,color); while(x<x2) { If(d<0) {x++;y++d+=d2;} else {x++;d+=d1;} setpixel(x,y,color); }
2.1.3 Bresenham 画线算法
算法分析
算法推导
可视化效果图
2.1.4 图形环境的设置
1.2 计算机图形学的发展
1.2.1 计算机图形学的发展简史 ５０年代准备阶段 ６０年代发展阶段 ７０年代推广应用阶段 ８０年代系统实用化阶段 ９０年代标准化智能化阶段
1.2.2 计算机图形学的发展方向 造型技术的发展 真实图形生成技术的发展 人—机交互技术的发展 模拟艺术的仿真 计算机动画
另外，为了方便起见，我们只考虑中心在原点，半径为整数R的圆x2+y2=R2。对于中心不在原点的圆，可先通过平移变换，化为中心在原点的圆，再进行扫描转换，把所得的像素坐标加上一个位移量即得所求像素坐标。
1.3 计算机图形学的应用
1.用户接口 2.计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） 3.地形地貌和自然资源图 4.计算机动画和艺术 5.件 计算机图形系统软件 计算机图形显示原理 光栅扫描式图形显示器
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
教学课件 《计算机图形学》
孔斯曲面。法国雷诺公司的贝赛尔（P.Bezier）也提出了Bezier曲
线和曲面，他们被称为计算机辅助几何设计的奠基人。
•
70年代是计算机图形学发展过程中一个重要的历史时
期，计算机图形技术的应用进入了实用化的阶段，交互式图形系
统在许多国家得到应用；许多新的更加完备的图形系统不断被研
制出来。除了在军事上和工业上的应用之外，计算机图形学还进
次使用了“计算机图形”（Computer Graphics）这
个术语。此论文指出交互式计算机图形学是一个
可行的、有用的研究领域，从而确立了计算机图
形学作为一个崭新的学科分支的独立地位。
•
1964年，孔斯（S.Coons）提出了用小块曲面片组合表
示自由曲面，使曲面片边界上达到任意高阶连续的理论方法，称
•
1．以大型机为基础的图形系统
•
2．以中型或小型机为基础的图形系统
•
3．以工作站为基础的图形系统
•
4．以微机为基础的图形系统
2.2 图形硬件设备
•2.2.1图形显示设备
•1．阴极射线管（CRT）
• 最大偏转角 • 余辉时间 • 刷新 • 刷新频率
• 2．彩色阴极射线管（彩色CRT）
• 电子束穿透法 • 荫罩法
• 常用概念：
• 图像刷新 • 行频、帧频 • 逐行扫描、隔行扫描 • 像素 • 分辨率 • 点距 • 显示速度 • 帧缓冲存储器（帧缓存、显示存储器） • 色彩与灰度等级 • 颜色查找表
• 6．液晶显示器（Liquid-Crystal Display）
• 可视角度 • 点距和分辨率
• 7．等离子显示器
•
6．科学计算可视化
第2章 图形系统
计算机图形学第一讲课程介绍精品PPT课件
课程内容介绍
1 Graphics Systems and Models - Overview of the field - Image formation as cameras - Modeling-Rendering Paradigm
2 Graphics Programming - Introduction to programming with OpenGL
如何查找资料Βιβλιοθήκη • 北大图书馆数据库 • IEEE • Web of Science • ACM
计算机图形学讲义－1
计算机图形学
更新时间*
计算机图形学讲义－1
课程介绍
计算机图形学：用计算机构造和显示图形。 计算机图形学研究利用计算机产生图形和 显示图形，它包括对要产生图形的物体的 描述（建模或几何描述），对图形数据的 管理和操作（数据结构和图形变换），图 形的生成，显示和输出。在交互式的图形 系统中，还包括研究图形的输入和图形操 作的人机接口。 [HB]
计算机图形学讲义－1
• 编程技能：Ｃ，或C＋＋语言，或其它语 言。以C语言为主。
• 本课程将使用OpenGL图形库，同学可使 用任何语言来调用OpenGL的函数完成作 业。例子均采用glut，将讲解如何使用 glut来编写OpenGL的程序以及在 Windows环境下如何编译程序。
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[EA] 为教材和参考文献索引，以下同此。
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参考书
• [F1] J. D. Foley, A. van Dam: Introduction to Computer Graphics，机械工业出版社，2004年影 印版。
• [F2] J. D. Foley, A. van Dam, S. K. Feiner and J. F. Hughes, Computer Graphics, principles and practice.机械工业出版社，2002年影印版。
1 Graphics Systems and Models - Overview of the field - Image formation as cameras - Modeling-Rendering Paradigm
2 Graphics Programming - Introduction to programming with OpenGL
如何查找资料Βιβλιοθήκη • 北大图书馆数据库 • IEEE • Web of Science • ACM
计算机图形学讲义－1
计算机图形学
更新时间*
计算机图形学讲义－1
课程介绍
计算机图形学：用计算机构造和显示图形。 计算机图形学研究利用计算机产生图形和 显示图形，它包括对要产生图形的物体的 描述（建模或几何描述），对图形数据的 管理和操作（数据结构和图形变换），图 形的生成，显示和输出。在交互式的图形 系统中，还包括研究图形的输入和图形操 作的人机接口。 [HB]
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• 编程技能：Ｃ，或C＋＋语言，或其它语 言。以C语言为主。
• 本课程将使用OpenGL图形库，同学可使 用任何语言来调用OpenGL的函数完成作 业。例子均采用glut，将讲解如何使用 glut来编写OpenGL的程序以及在 Windows环境下如何编译程序。
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[EA] 为教材和参考文献索引，以下同此。
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参考书
• [F1] J. D. Foley, A. van Dam: Introduction to Computer Graphics，机械工业出版社，2004年影 印版。
• [F2] J. D. Foley, A. van Dam, S. K. Feiner and J. F. Hughes, Computer Graphics, principles and practice.机械工业出版社，2002年影印版。
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网络资源
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如何查找资料
• • • • 北大图书馆数据库 IEEE Web of Science ACM
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7 Implementation of a Renderer - Bottom of computer graphics - Algorithms for primitives, transformations, etc. - Scan conversions. 8 Curves and Surfaces - Modeling curves and surfaces - Splines - Curves and surfaces in OpenGL
计算机图形学讲义－1
计算机图形学
姜明 北京大学数学科学学院
更新时间2012年12月5日星期三10时4分12秒
计算机图形学讲义－1
课程介绍
计算机图形学：用计算机构造和显示图形。 计算机图形学研究利用计算机产生图形和 显示图形，它包括对要产生图形的物体的 描述（建模或几何描述），对图形数据的 管理和操作（数据结构和图形变换），图 形的生成，显示和输出。在交互式的图形 系统中，还包括研究图形的输入和图形操 作的人机接口。 [HB]
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课程资源介绍
• 课程主页
/CG/ • 请随时访问。 • 有关习题和其它的通知均在此发布。 • 有关的电子资源均可在此下载。
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• OpenGL的标准及有关手册 /CG/Resources/openGL/ • glut的标准及有关手册 /CG/Resources/glut/ • Mesa-6.0 /CG/Resources/Mesa/
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5 Viewing - Camera model - Viewing and projections - Hidden-surface removal - OpenGL projections 6 Shading - Light-material interaction - Reflection models - OpenGL Light and material functions
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• 编程技能：Ｃ，或C＋＋语言，或其它语 言。以C语言为主。 • 本课程将使用OpenGL图形库，同学可使 用任何语言来调用OpenGL的函数完成作 业。例子均采用glut，将讲解如何使用 glut来编写OpenGL的程序以及在 Windows环境下如何编译程序。
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参考书
• • • [F1] J. D. Foley, A. van Dam: Introduction to Computer Graphics，机械工业出版社，2004年影 印版。 [F2] J. D. Foley, A. van Dam, S. K. Feiner and J. F. Hughes, Computer Graphics, principles and practice.机械工业出版社，2002年影印版。 [HB] D. Hearn, M. P. Baker: Computer Graphics, 清华大学出版社，1997年影印版。 [SY] 孙家广，杨长贵编著: 计算机图形学，清华大学 出版社，1998年第三版。 [LL] 罗振东，廖关裕编著：计算机图示学原理和方 法，复旦大学出版社，1993年。 [DS] D. Shreiner, OpenGL编程指南(原书第6版), 译 者:徐波，机械工业出版社， 2008。（红宝书）
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3 Input and Interaction - Interactive computer graphics - Client-server (Graphic server) - Programming event-driven input 4 Geometric Objects and Transformations - Define and manipulate primitives/objects - Coordinate systems and transformations - OpenGL transformation matrices
为什么本课程主要使用C而不是C++?
• “OpenGL is not object-oriented, so using C++ or Java would not add significantly to the basic presentation, unless I were to insert an object-oriented geometric library between OpenGL and the user…. it would make the book less accessible....” • “…object –oriented approaches shield the user from what is going on inside (as they should), whereas, in an introduction to computer graphics, I want readers to be aware of what is happening at the lowest levels. Although the use of computer graphics is a wonderful way to introduce students to OO programming, an OO approach is not the most effective way to teach ….” [EA, p. 7]
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编译和安装glut
• • • • • 阅读glut-3.7/Readme.win 对glut-3.7/glutwin32.mak作必要修改 运行glut-3.7/glutmake.bat 检查编译结果 运行例子程序
必须保证Visual C/C++安装正确。
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课程内容介绍
1 Graphics Systems and Models - Overview of the field - Image formation as cameras - Modeling-Rendering Paradigm
2 Graphics Programming - Introduction to programming with OpenGL
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9 Procedural Methods - Limitation of polygon-model. - Physically based models - Recursive methods and fractals
This chapter is penቤተ መጻሕፍቲ ባይዱing.
10 Scientific Visualization - Visualizing large multi-dimensional data sets in scientific and medical applications - Data to geometric primitives - There are multiple ways - There are no good ways
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教材
• [EA] Edward Angel: Interactive Computer Graphics， A Top-Down Approach with Open GL, Addison-Wesley, 5th Edition. 电子工业出版 社，2008年影印版。
[EA] 为教材和参考文献索引，以下同此。
计算机图形学讲义－1
• 先修课程和知识：计算概论，数据结构， 线性代数，数学分析，解析几何。 • 课程要求：平时作业为40分，期末考试 成绩为30分，学期项目成绩为30分。平 时成绩一般每题为10分（视难度加分）， 总成绩累计后以总分40分按比例折合。 平时作业和上机作业每次未能按时完成 并交给助教的以零分记。抄袭情况一经 发现，抄袭者和提供抄袭者双方该次作 业以负分计算。