01-计算机图形学概论

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第1章 计算机图形学概述

第1章 计算机图形学概述

《计算机图形学》课程教案
课程名称计算机图形学
学时数34+10
本章名称计算机图形学概述
学时数2学时
授课对象03计1-3
授课学期2005-2006第2学期授课教研室计算机网络工程授课教师赵卿松
第一章计算机图形学概述
本章主要内容:
1 计算机图形学的概念、发展简史和应用领域
2 计算机图形硬件简介
3 计算机图形学研究内容
教学目的及要求:
1.了解计算机图形学的研究对象、研究内容,以及重要的应用
2.掌握阴极射线管(CRT)的结构(它有那几个部分组成)、工作原理。

掌握持续发光
时间、刷新、像素、分辨率等概念。

3. 了解随机扫描显示系统的结构与工作原理。

了解光栅扫描显示系统的结构与工作原
理。

教学重点:
阴极射线管的工作原理、随机扫描显示系统的工作原理、光栅扫描显示系统的工作原理
教学难点:
光栅扫描显示系统的工作原理
教学方法及手段:
1.课堂讲授
2.多媒体演示
3.课后练习
教学时间:100分钟
时间分配:
1. 开始部分(5 分钟)
2. 讲授课程(90 分钟)
3. 课堂讨论(0分钟)
4. 内容小结(5 分钟)
教学过程:
复习旧课,导入新课:
本门课程简介,教学用书及参考书,学时安排,成绩评定。

讲授新课:备注
1.课堂练习:提问:请同学复述刚才讲过的重点内容
2.难点措施:配合多媒体演示
3.小结:本章主要介绍了计算机图形学的基本概念和图形显示设备。

下一章将介绍《图形编程预备知识》。

4.作业:P19 2、4。

计算机图形学知识要点课件

计算机图形学知识要点课件

投影变换可以分为正交投影和透视投 影两种类型。
透视投影将三维图形按照透视的方式 投影到二维平面上,产生近大远小的 效果,使图形更加真实。
01
光照与材 质
光照模型
漫反射模型
光线在平滑表面以相同的方向散开,计算公式为 `I = kd * Ii`, 其中 `I` 是表面亮度,`kd` 是漫反射系数,`Ii` 是入射光亮度。
01基础知识颜色理论010203
颜色空间
描述颜色的不同方式,如 RGB、CMYK等。
颜色模型
用于描述和显示颜色的系 统,如RGB、HSV等。
颜色深度
表示图像中可用的颜色数 量的度量。
图像处理基础
像素
构成数字图像的最小单位。
位深
描述像素值的范围或精度。
图像分辨率
描述图像的细节程度。
图形渲染基础
颜色空间
用于表示颜色的数据结构,如RGB、 HSV等。
04
01
计算机图形学前沿 技术
实时渲染技术
实时渲染技术
实时渲染技术是计算机图形学中的一 项重要技术,它能够在实时生成逼真 的图像。这种技术广泛应用于游戏、 电影制作、建筑设计等领域。实时渲 染技术通过使用高级着色语言和高效 的图形处理算法,能够以极快的速度 生成高质量的图像。
虚拟现实与增强现实技术
虚拟现实技术
虚拟现实技术是一种能够创建和体验虚 拟世界的计算机技术。它通过模拟人的 视听和触觉等感官体验,使用户仿佛身 临其境地置身于一个由计算机生成的三 维虚拟环境中。虚拟现实技术广泛应用 于游戏、教育、医疗、军事等领域,为 用户提供沉浸式的体验。
VS
增强现实技术
增强现实技术是一种能够将虚拟信息融合 到真实世界中的技术。它通过在用户的视 野中叠加虚拟物体或信息,使用户能够在 现实世界中看到和交互虚拟对象。增强现 实技术广泛应用于游戏、教育、医疗、工 业等领域,能够提供更加丰富和多样化的 用户体验。

计算机图形学复习题及答案

计算机图形学复习题及答案

第一章计算机图形学概论1.计算机图形学研究的主要内容有哪些?研究图形图像的计算机生成、处理和显示2 .图形学中的图形特点是什么?图形图像有什么区别?图形主要是用矢量表示,图像则是由点阵表示3.计算机图形学发展的主要阶段包括哪些?字符显示->矢量显示->2D光栅显示->3D显示->新的计算机形式4.计算机图形学主要应用哪些方面?你对哪些领域比较熟悉?计算机辅助设计、可视化技术、虚拟现实、地理信息系统、计算机动画与艺术5.颜色模型分为面向用户和__面向设备__两种类型,分别是什么含义?颜色模型是一种在某种特定的上下文中对颜色的特性和行为解释方法。

6.解释三基色原理。

三基色:任意互不相关(任意两种的组合不能产生三种的另一种颜色)的三种颜色构成颜色空间的一组基,三基色通过适当的混合能产生所有颜色。

7.解释加色模型和减色模型的概念。

加色模型:若颜色模型在颜色匹配时只需要将光谱光线直接组合而产生新的颜色类型这种颜色模型称为加色模型,形成的颜色空间称为加色空间减色模型:若颜色模型在匹配是某些可见光会被吸收而产生新的颜色类型,这种颜色模型称为减色模型,形成的颜色空间称为减色空间。

8.RGB表示模型中(1,0,0)(1,1,1)(0,0,0)(0.5,0.5,0.5)分别表示什么颜色?红白黑灰第二章计算机图形的显示与生成1.有哪两种主流的扫描显示方式?光栅扫描随机扫描2.解释屏幕分辩率的概念。

荧光屏在水平方向和垂直方向单位长度上能识别的最大光点数称为分辨率3.CRT产生色彩显示有哪两种技术?分别进行解释。

电子束穿透法:用红—绿两层荧光层涂覆在CRT荧光屏的内层,而不同速度的电子束能穿透不同的荧光粉层而发出不同颜色的光。

荫罩法:在荧光屏每个光点处呈三角形排列着红绿蓝三种颜色的荧光点,三支电子枪分别对应三个荧光点,调节各电子枪发出的电子束强度,即可控制各光点中三个荧光点所发出的红绿蓝三色光的强度。

计算机图形学-第一章--概述资料

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
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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。
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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
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

精品课件-计算机图形学-第1章 计算机图形学概述

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
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
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。
第 1 章 计算机图形学概述
4) 图形信息的信息量较大 “一幅图胜过千言万语”, 这从另外一个角 度也说明图形中包含的信息量较大, 因此, 图形如何在 计算机中表示, 也是计算机图形学研究的内容之一。
第 1 章 计算机图形学概述
3. 图形在计算机中的表示 计算机中表示带有颜色及形状信息的图形常 用以下两种方法: 1) 点阵法 点阵法通过枚举出图形中所有的点来表示图 形, 它强调图形由哪些点构成, 这些点具有什么样的颜 色, 即点阵法是用具有灰度或色彩的点阵来表示图形的 一种方法。 在计算机中表示图形最常用的是点阵法。
1. 图形 计算机图形学的研究对象是图形。 广义的说, 能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象都可称 为图形。 它既包括了各种几何图形以及由函数式、 代 数方程和表达式所描述的图形, 也包括了来自各种输入 媒体的图景、 图片、 图案、 图像以及形体实体等。
第 1 章 计算机图形学概述
2. 图形信息的特点 图形信息是一种重要的信息类型, 它直接明 了, 含义丰富, 具有以下特点: 1) 图形信息表达直观, 易于理解 在科学技术高度发达的今天, 图形信息显示 出任何语言无法比拟的优越性, 它能直接反映出客观世 界变幻无穷的图像, 供全人类所共享, 不受语言限制。

计算机图形学概述分析课件

计算机图形学概述分析课件

电影特效中的计算机图形学
3D建模与贴图
利用计算机图形学,电影制作人员可以 创建逼真的3D场景和角色模型,为电 影添加视觉效果。
合成与渲染
利用计算机图形学技术,电影中的多 个特效和场景可以合成在一起,并通
过渲染得到最终的视觉效果。
特效制作
通过计算机图形学,电影中的特效如 火、水、烟雾等得以实现,增强电影 的视觉冲击力。
计算机图形学概述分析 课件
目录
Contents
• 计算机图形学简介 • 计算机图形学基础知识 • 计算机图形学关键技术 • 计算机图形学应用案例 • 计算机图形学未来发展
01 计算机图形学简介
定义与概念
定义
计算机图形学是研究使用计算机生成 和操作图形的科学。
概念
通过编程技术,将数据转化为图像并 在屏幕上显示。
发展历程
起步阶段
20世纪50年代,计算机图形学开始起步,主要应用于科学可视化 。
发展阶段
20世纪80年代,随着个人电脑的普及,计算机图形学在娱乐、广 告等行业得到广泛应用。
成熟阶段
21世纪初,随着计算机硬件和软件技术的飞速发展,计算机图形 学在电影制作、游戏设计等领域达到高峰。
应用领域
电影与游戏制作
增强。
02 计算机图形学基础知识
图像表示与处理
01
02
03
图像数字化
将连续的图像转换为离散 的像素集合,便于计算机 处理。
图像编码与压缩
通过特定的算法对图像数 据进行压缩,以减少存储 空间和传输时间。
图像增强
通过各种技术改善图像的 视觉效果,如对比度增强 、噪声去除等。
颜色理论与空间
RGB颜色模型
将三维场景转换到二维屏幕上的过程 ,涉及到颜色、光照和纹理等细节的 处理。

计算机图形学完整ppt课件

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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。

计算机图形学PPT课件

计算机图形学PPT课件

三维图形投影方法
正投影
平行光线垂直投射到投影面上 ,形成物体的正投影。
斜投影
平行光线与投影面成一定角度 投射,形成物体的斜投影。
透视投影
从视点出发,通过透视变换将 三维物体投影到二维平面上。
阴影生成
根据光源位置和物体形状,计 算阴影的位置和形状。
05
真实感图形绘制技术
Chapter
消隐技术
消隐算法分类
计算机图形学PPT课件
目录
• 引言 • 图形系统基础 • 基本图形生成算法 • 三维图形变换与观察 • 真实感图形绘制技术 • 曲线与曲面绘制技术 • 计算机动画技术 • 计算机图形学前沿技术
01
引言
Chapter
计算机图形学概述
01
02
03
计算机图形学定义
研究计算机生成、处理和 显示图形的一门科学。
平移变换 旋转变换 缩放变换 镜像变换
将三维图形沿x、y、z方向移动一 定距离,不改变图形形状和大小 。
在x、y、z方向分别进行缩放,可 改变图形的大小和形状。
三维图形复合变换
变换顺序
先进行缩放、旋转,再进行平移,注意变换顺序对结果的影响。
变换矩阵
将各种基本变换表示为矩阵形式,便于进行复合变换的计算。
医学诊断
通过计算机图形学技术,医生可以更 直观地了解病人病情,进行更准确的 诊断和治疗。
军事模拟
计算机图形学在军事模拟和训练中发 挥重要作用,提高训练效果和作战能 力。
THANKS
感谢观看
通过模拟自然现象或物理过程,生成具有真实感的动画效 果。
过程动画制作流程
建立自然现象或物理过程的数学模型,利用计算机图形学 技术模拟模型的运动和变化过程,生成具有真实感的动画 效果。

计算机图形学完整课件

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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

计算机图形学概论课件

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计算机图形学的发展历程
1960年代
出现了基于图形的计算机绘图 系统,如Sketchpad。
1980年代
随着个人电脑的普及,计算机 图形学进入家庭和商业领域。
1950年代
计算机图形学的萌芽期,出现 了基于文本的简单绘图程序。
1970年代
出现了三维图形系统和光线追 踪渲染技术。
1990年代至今
计算机图形学在游戏、电影、 虚拟现实等领域得到广泛应用 和发展。
工业设计实践
3D建模与渲染
学习使用工业设计软件(如SolidWorks、 Autodesk Inventor等)进行3D建模和渲染。
设计可视化
学习将工业设计成果进行可视化展示,提高设计 表现力。
ABCD
工程分析与优化
运用工程分析工具对设计进行仿真和优化,提高 产品性能。
产品发布与推广
了解产品发布与推广流程,将设计成果推向市场 。
计算机图形学涉及的领域包括几何建 模、渲染、图像处理、动画和人机交 互等。
计算机图形学的应用领域
游戏开发
游戏中的图形效果和动画需要计算机图形学 的支持。
电影和动画制作
电影特效和动画制作中,计算机图形学用于 创建逼真的场景和角色。
建筑设计
计算机图形学用于创建建筑模型和可视化效 果图。
科学可视化
计算机图形学用于将复杂的数据以可视化的 形式呈现,如气象数据、医学图像等。
颜色模型与空间
总结词
颜色模型与空间是计算机图形学中用于描述和表示颜色的重要工具,不同的颜色模型适用于不同的应用场景。
详细描述
常见的颜色模型包括RGB、CMYK、HSV等。RGB模型基于红、绿、蓝三种基本颜色,适用于屏幕显示和数字图 像。CMYK模型基于青、品、黄、黑四种颜色,适用于印刷和出版。HSV模型则基于色调、饱和度和亮度三个维 度,更接近人眼对颜色的感知。

计算机图形学知识要点课件

计算机图形学知识要点课件

Unity
一款跨平台的游戏开发引 擎,支持实时3D渲染和物 理模拟等功能。
图形硬件加速技术
DirectX
微软开发的图形应用程序编程接口,用于加速三维图形渲染和音 频处理等功能。
OpenGL
跨平台的图形应用程序编程接口,提供了一套标准的绘图函数接口 ,支持多种操作系统和硬件平台。
Vulkan
新一代的跨平台图形应用程序编程接口,旨在提供高性能的图形渲 染和并行计算能力。
06
案例分析
游戏中的计算机图形学应用
游戏画面渲染
计算机图形学技术用于实现游戏 中的画面渲染,包括光照计算、 纹理映射、阴影处理等,以提供
逼真的视觉效果。
角色与场景建模
利用三维建模技术,创建游戏中的 角色和场景,通过骨骼动画等技术 实现角色的动态效果。
游戏物理引擎
基于物理模拟的计算机图形学技术 ,用于实现游戏中的物理效果,如 碰撞检测、物体运动轨迹等。
03
高级技术
纹理映射
纹理映射是一种将图像或纹理贴图应用到三维模型表面的技术。通过纹理映射, 可以在不改变模型几何形状的情况下,为其添加更丰富的细节和质感,从而提高 模型的视觉效果。
纹理映射的关键技术包括纹理坐标、纹理采样、纹理过滤和纹理合成等。纹理坐 标用于确定纹理在模型表面的位置,纹理采样用于从纹理图像中获取颜色信息, 纹理过滤用于平滑颜色过渡和减少纹理细节的失真,而纹理合成则可以创建新的 纹理。
准确性。
04
图形硬件与软件
GPU的工作原理
渲染管线
GPU的渲染管线包括顶点着色器、几何着 色器、光栅化、片段着色器和输出合并等 阶段,用于将三维场景转换为二维图像。
纹理采样器
纹理采样器用于从纹理中采样像素颜色, 并将其应用到几何形状上,以实现纹理贴

计算机图形学基本知识PPT课件

计算机图形学基本知识PPT课件
仿射变换
通过仿射变换矩阵对图像进行变换,可以处理更复杂的几何变换。
04 计算机图形学高级技术
光照模型与材质贴图
光照模型
描述物体表面如何反射光线的数 学模型,包括漫反射、镜面反射 和环境光等。
材质贴图
通过贴图技术将纹理映射到物体 表面,增强物体的真实感和细节 表现。
纹理映射
纹理映射技术
将图像或纹理图案映射到三维物体表 面,增强物体的表面细节和质感。
总结
计算机图形学在游戏设计、电影与动 画制作、虚拟现实与仿真等领域有着 广泛的应用。
计算机图形学的发展历程
起步阶段
20世纪50年代,计算机图形 学开始起步,主要应用于几 何形状的生成和简单图形的 处理。
发展阶段
20世纪80年代,随着计算机 性能的提高,计算机图形学 开始广泛应用于电影、游戏 等领域。
总结
计算机图形学利用计算机 技术生成、处理和显示图 形,实现真实世界的模拟 和再现。
计算机图形学的应用领域
游戏设计
游戏中的角色、场景和特效都需要用 到计算机图形学技术。
电影与动画制作
电影特效、角色建模和动画制作都离 不开计算机图形学。
虚拟现实与仿真
虚拟现实技术、军事仿真、工业设计 等领域都广泛应用计算机图形学。
向量图
向量图是矢量图的一种,通常用于描 述二维图形,如几何图形和图表。
图像的分辨率与质量
分辨率
分辨率是指图像中像素的数量, 通常以像素每英寸(PPI)或像素
每厘米(PPC)为单位。
质量
图像质量取决于分辨率、颜色深度 和压缩等因素。
压缩
图像压缩是一种减少图像文件大小 的方法,常见的图像压缩格式有 JPEG和PNG等。

计算机图形学课件

计算机图形学课件

具体操作
裁剪和交叠的实现需要用到裁剪面和 视景体等概念,裁剪面是指与图形相 交的面,视景体是指观察者所能看到 的区域。在进行裁剪时,需要判断图 形的各个部分是否在裁剪面内,并根 据情况对图形进行裁剪;在进行交叠 时,需要将图形按照一定的顺序排列 ,以避免重叠遮挡。
应用
裁剪和交叠广泛应用于计算机图形学 中的图形绘制和渲染等领域,它们能 够提高绘制的效率和效果。
04
计算机图形学高级技术
真实感图形渲染
总结词
通过复杂的算法和计算,将图形渲染为具有高度真实感的图像。
详细描述
真实感图形渲染技术包括对光线的模拟、阴影的处理、反射和折射的效果等 ,以产生具有真实感的图像。
纹理映射和环境贴图
总结词
将纹理和环境贴图映射到三维模型上,增加模型的细节和视觉效果。
详细描述
个基本属性。
光照和阴影
环境光
来自周围环境的均匀照射光。
点光源
从一个点发出的光,可以产生阴影效果。
方向光
纹理映射
来自一个特定方向的光,可以产生阴影效果 。
将纹理图像映射到三维模型表面,增加视觉 效果的真实感。
纹理和材质
纹理贴图
将纹理图像映射到三维模型表面,增加视 觉效果的真实感。
纹理坐标
指定纹理贴图在三维模型表面的位置和方 向。
分类
视图变换分为固定视角和自由视 角两种,固定视角是指观察者视 角固定,只能观察到场景的某一 个固定方向,而自由视角则允许 观察者在场景中自由移动,观察 到场景的任意方向。
应用
视图变换广泛应用于三维游戏、 虚拟现实等领域,它能够提供更 加真实的观察体验。
裁剪和交叠
定义
裁剪是指在绘制图形时,将图形的一 部分隐藏在视景体之外,以避免不必 要的绘制;交叠是指在绘制多个图形 时,将它们按照一定的顺序排列,以 避免重叠遮挡。
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第一章 计算机图形学概论
主要介绍计算机图形学的基本概念、图形学发展的历史、 图形学应用领域和一些相关的硬件知识等。
一、计算机图形学概述
1、图形是传递信息最主要的媒体之一。 2、人们使用图形来表达与交流思想有着悠久的历史,工程 领域和各个科学分支都离不开图。它能使人们通观全 局,一目了然。 3、人的眼睛从一张图纸中吸收信息比从一张数据表格吸收 信息快得多。 4、若图形和数字互为补充,则可使人们更深刻地认识事物 的本质及其内在联系。
-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 光栅显示器出现了。光栅显示器屏幕是由像素组成的,在 这样一个基本的前提下,必须发展大量、配套的图形算法 来帮助在光栅显示器上显示、处理图形。在这个期间,很 多大量的算法就诞生了。如区域填充、裁剪、消隐等基本 图形概念、及其相应算法。 区域填充是在多边形里填上颜色。实际上卡通片就是这样做 的,不管唐老鸭多么复杂,实际上就是用直线和多边形做成 一个封闭的区域,然后再填充上颜色。 裁剪:简单地说把跑出显示区域以外的部分去掉的过程叫 裁剪。 消隐:简单地说看不见的面不画它。裁剪、消隐等大量的 算法在70年代出现。
曲线曲面造型:建模造型。要刻画描述一个场景,首先要对这 个场景有一个几何描述。比如教室里有桌子、椅子、墙等,这 些模型可以用圆柱啊、平面等表示出来;如果是一幅自然界的 风景画,如何刻画?需要用一些非规则的造型工具表示这些山、 林、树、草等。 真实感图形计算与显示算法:包括大量真实感的算法,如光 照模型、纹理影射、辐射度算法等等。 除了这些图形学基本的研究内容以外,图形学还有许多 应用,如科学计算可视化、动画、虚拟现实等。
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等一系列图形标准。 70年代对图形学来说是个非常了不起的年代,大量的概 念、算法出现了。
主要参考书目和杂志
• 孙家广、胡事民,计算机图形学基础教程,清华出版社 • 蔡士杰等译,计算机图形学,电子工业出版社 • 计算机辅助设计与图形学学报 • 计算机学报 • 计算机研究与发展 • 中国图形图像学报 • 遥感学报 • 测绘学报 • 武汉大学学报(信息科学版)
• Computer Graphics • ACM Transaction on Graphics • IEEE Computer Graphics and Application • IEEE Visualization and Computer Graphics • Graphical Models • International Journal of Remote Sensing • International Journal of Geographical Information Science • International Journal of Geographical Information • Environment of Remote Sensing • Computers, Environment and Urban Systems
1、CG has been widely used in movie industry
2、Video game is a major driven of innovations in Computer Graphics
3、Next application of Graphics is Simulation,a key example is Flight simulation
二、计算机图形学及其相关概念
计算机图形学的定义(Computer Graphics) 1、计算机图形学的定义
计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理 、显示的学科。是计算机科学中最为活跃、得到广泛应用的 分支之一。 IEEE定义:Computer graphics is the art or science Computer of producing graphical images with the aid of computer
计算机图形处理使计算机在处理复杂问题后输出离散数 据的同时,有可能以图形的形式输出其连续模型。 计算机图形学的发展和应用在某种意义上已成为计算机 软、硬件发展水平的标志。 它已成为一门成熟的学科,是信息技术中不可缺少的重 要内容和发展基石。计算机图形学课程也已成为大学许多 相关学科尤其是理工科专业的一门主干课程。 在美国,图形学、数据库、计算机网络是被计算机界公 认为最热门的5、6个专业之一。图形学是计算机领域中20 多年来对人类生活影响最大的一个学科之一。
随着对图形概念认识的深入,图形图象处理技术也逐步出 现分支。
图形生成(计算机图形学)
图像变换 (图像处理)
数 字 图 像
模型(特征)提取 (计算机视觉,模式识别)
数 据 模 型
模型变换 (计算几何)
计算几何--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
2、计算机图形学的研究内容
如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、 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。 包括图形硬件、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、真实感图形计算与显示算 法,以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚 拟现实等。 图形硬件:研究图形要有基本的支撑硬件,包括图形加速 卡,显示器、图形输出设备等等。
4、Design and analysis results have to be displayed by using Computer graphics
5、Graphics is also widely used in architecture design
6、Visualization can be regarded as extension of Computer Graphics
I.E.Sutherlan 传奇经历:38年生,美国人,CMU学士、Catech硕士、MIT 博士,59年博士毕业,参军,26岁担任国防部高级研究计 划署(DARPA)信息处理技术局局长(中尉衔),该局曾组 织Internet前身ARPANet等重大项目。 1964年起,先后在哈佛、Utah、Catch工作,并创办 Evan&Sutherland公司。
计算机图形学 (Computer Graphics) )
课程目的和基本要求
计算机图形学为专业学位课,是许多后续课程(如图像处 理,模式识别,多媒体技术,计算机视觉等)的基础,在 CAD/CAM、外形设计、计算机动画、系统环境模拟、地理信息 系统、计算机艺术、科学计算的可视化等领域都有重要的应 用。 要求在学完本课以后,能对计算机图形学的研究内容及其 应用方向有一个比较全面的认识和了解,了解计算机图形学 的研究内容及其与相关学科的关系,掌握一些基本的图形生 成算法(直线生成、区域填充、线段裁剪、几何变换消隐等) 和图形显示的基本原理,了解常用自由型曲线的生成原理和 应用以及三维真实感图形显示方法等内容,为以后深入研究 和从事相关领域的科研奠定基础。
图形标准:由于图形学的不断成熟,出现了大量的图形系统, 这些系统之间需要互相通信,因此需要制定一些图形标准。 图形交互技术:许多应用需要人和计算机之间进行交互,如 可以用鼠标来控制你的程序。现代的交互技术变的越来越复 杂,如可以用数据手套,虚拟现实的头盔等。 光栅图形生成算法:为什么光栅图形学生成算法也是研究的 主要内容?显示屏幕是由像素构成的,电子枪是把电子束打 到这些像素上产生亮点,由这些像素作为图形的基本单位构 成图形。如果要在屏幕上表示、显示一幅图形,就必须要研 究在哪些像素上来生成图形。所以必须要有一整套针对光栅 显示器的算法。这些算法开始于70年代,80年代成熟,是图 形学最基本的部分。
三、计算机图形学的发展历史
• 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。 – 1958年,美国Calcomp公司由联机的数字记录仪发展成滚筒 式绘图仪,GerBer公司把数控机床发展成为平板式绘图仪。
• 60年代 –1962年,MIT林肯实验室的I. E. Sutherland发表 了一篇题为《Sketchpad: "A Man Machine Graphical Communication System”》 “Sketchpad:一个人机 交互通信的图形系统”的博士论文。 Sutherland提出了图形学的概念,成就“图形学之父” 的英名。 Sutherland博士论文的答辩委员会:信息论和计算机理论 的创始人香农(Claude E.Shanon),人工智能之父明斯基 (M.Minsky ),MIT教授孔斯。Sutherland的博士论文被评 为优。后来他获得了图灵奖,也是唯一一个在图形学领域获 得该奖的人。他也获得了图形学的最高奖—COONS奖。
• ACM SIGGRAPH会议小知识 –全称 “the Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques” ACM-美国计 算机协会(Association for Computing Machinery ) –60年代中期,由Brown 大学的教授Andries van Dam (Andy) 和IBM公司的Sam Matsa发起 –1974年,在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH 年会, 并取得了巨大的成功 –因为每年只录取大约50篇论文,在Computer Graphics 杂志上发表,因此论文的学术水平较高,基本上代表 了图形学的主流方向。 –
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