计算机图形学概述.
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。
计算机图形学发展与应用
计算机图形学发展与应用计算机图形学是计算机科学中的重要学科, 是通过计算机技术来生成、处理、表示和交互数字图像或动画的学科。
在现代社会的各个领域, 计算机图形学都起着不可替代的作用, 具有广泛的应用前景。
本文将对计算机图形学的发展和应用做一个概述, 以期给读者更深入的了解和认识。
一、计算机图形学的发展计算机图形学的发展可以追溯到20世纪50年代。
当时, 计算机已经开始出现, 并且学者们开始使用计算机来解决一些图形学问题。
到了1960年代末, 计算机图形学得以发展成为一个独立的学科, 并且开始应用于生产和娱乐行业。
70年代, 计算机图形学的应用范围进一步扩大, 开始用于卡通动画、影视特效等。
同时, 由于计算机技术的快速发展, 图形学硬件设备也随之进步, 如色彩显示器、图形加速卡等, 为图形学应用提供了更便捷和高效的工具。
80年代初, 计算机图形学的一系列成果开始被广泛应用于诸如汽车、飞机、船舶等工业制造中。
此外, 在建筑设计、室内设计、产品设计、CAD等领域中也得到广泛应用。
到了90年代, 计算机图形学的应用进一步扩大, 如3D电影、虚拟现实、游戏、数字艺术等领域中。
同时, 计算机图形学也在医学、航空航天、地质、气象等领域中起到了重要作用。
二、计算机图形学的应用1.工业制造领域计算机图形学在工业制造领域中的应用包括CAD.CAM、CAE等。
利用计算机辅助设计软件, 可以快速、准确地完成工业产品的设计、制造、测试等整个过程, 大大提高了生产效率和产品质量。
2.建筑设计领域计算机图形学在建筑设计领域中的应用包括CAD.BIM等。
利用计算机辅助设计软件, 可以生成清晰、准确的平面图、立面图、立体图等, 为建筑设计师、施工人员和资金方提供了更好的决策依据。
3.文化创意领域计算机图形学在文化创意领域中的应用包括3D电影、虚拟现实、游戏、数字艺术等。
它们给人们带来更真实、更丰富的视觉体验, 同时也对文化创意产业的发展起到了重要推动作用。
计算机图形学ppt(共49张PPT)
应用领域
广泛应用于机械、电子、建筑、汽车等制造业领域。
计算机游戏设计与开发
游戏引擎
基于计算机图形学技术构建游戏引擎， 实现游戏场景、角色、特效等的渲染 和交互。
应用领域
广泛应用于娱乐、教育、军事模拟等 领域。
游戏设计
利用计算机图形学技术进行游戏关卡、 任务、角色等的设计，提高游戏的可 玩性和趣味性。
纹理映射与表面细节处理
纹理坐标
定义物体表面上的点与纹理图像上的点之间 的映射关系。
Mipmapping
使用多级渐远纹理来减少纹理采样时的走样 现象。
Bump Mapping
通过扰动表面法线来模拟表面凹凸不平的细 节。
Displacement Mapping
根据高度图调整顶点位置，实现更真实的表 面细节。
透明度与半透明处理
Alpha Blending
通过混合像素的颜色和背景颜 色来实现透明度效果。
Order-Independent Transparency
一种解决透明物体渲染顺序问 题的方法，可以实现正确的透 明效果叠加。
Depth Peeling
通过多次渲染场景，每次剥离 一层深度，来实现半透明物体 的正确渲染。
如中点画圆算法，利用圆 的八对称性，通过计算决 策参数来生成圆。
多边形的生成算法
如扫描线填充算法，通过 扫描多边形并计算交点来 生成多边形。
二维图形的变换与裁剪
二维图形的变换
包括平移（Translation）、旋转（Rotation）、 缩放（Scaling）等变换，可以通过变换矩阵来实 现。
二维图形的裁剪
后期制作
在影视制作后期，利用计算机图形学技术进行颜色校正、合成、剪 辑等处理，提高影片质量。
计算机图形学知识点大全
计算机图形学知识点大全计算机图形学是计算机科学中的一个重要分支，涵盖了图像处理、计算机视觉、图形渲染等多个领域。
本文将介绍计算机图形学的一些重要知识点，帮助读者更好地理解和应用这些知识。
一、基础概念1. 图形学概述：介绍计算机图形学的定义、发展历史以及应用领域。
2. 图像表示：探讨图像的表示方法，包括光栅图像和矢量图像，并介绍它们的特点和应用场景。
3. 坐标系统：详细介绍二维坐标系和三维坐标系，并解释坐标变换的原理和应用。
二、图像处理1. 图像获取与预处理：介绍数字图像的获取方式和常见的预处理方法，如去噪、增强和平滑等。
2. 图像特征提取：讲解图像特征提取的基本概念和方法，例如边缘检测、角点检测和纹理特征提取等。
3. 图像分割与目标识别：介绍常见的图像分割算法，如阈值分割、基于区域的分割和基于边缘的分割等，以及目标识别的原理和算法。
三、计算机视觉1. 相机模型：详细介绍透视投影模型和针孔相机模型，并解释摄像机矩阵的计算和相机标定的方法。
2. 特征点检测与匹配：讲解常用的特征点检测算法，如Harris 角点检测和SIFT特征点检测，并介绍特征点匹配的原理和算法。
3. 目标跟踪与立体视觉：介绍目标跟踪的方法，如卡尔曼滤波和粒子滤波，以及立体视觉的基本原理和三维重建方法。
四、图形渲染1. 光栅化：详细介绍光栅化的原理和算法，包括三角形光栅化和线段光栅化等。
2. 着色模型：介绍常见的着色模型，如平面着色、高光反射和阴影等，并解释经典的光照模型和材质属性。
3. 可视化技术：讲解常用的可视化技术，如体数据可视化、流场可视化和虚拟现实等，以及它们在医学、工程等领域的应用。
五、图形学算法与应用1. 几何变换：介绍图形学中的几何变换，包括平移、旋转、缩放和矩阵变换等，并解释它们在图形处理和动画中的应用。
2. 贝塞尔曲线与B样条曲线：详细介绍贝塞尔曲线和B样条曲线的定义、性质和应用，以及它们在曲线建模和动画设计中的重要作用。
计算机图形学第一章基本知识
课程内容
• 第二篇 实用图形编程技术 第八章 基于MFC的图形编程基础 第九章 基于MFC的交互绘图 第十章 OpenGL基础知识和实验框架的建立 第十一章 OpenGL的基本图形 第十二章 OpenGL的组合图形及光照和贴图 第十三章 摄像漫游与OpenGL的坐标变换
1.2 计算机图形学的发展历史
时间 五十年代 特 征 MIT 旋风一号，计算机驱动CRT+照相机， SAGE(交互式图形技术诞生)
六十年代
随机扫描显示器，图形学之父
六十年代至七十年代 存储管显示器，应用的软件包 初 七十年代至八十年代 光栅扫描显示器，新型的图形输入设备，图 初 形语言标准 八十年代至九十年代 图形工作站(Apollo,Sun,Hp) 初 九十年代至今 微机，交叉学科（多媒体等）
计算机图形学 郑州大学信息工程学院
•按工作原理分为：1、阴极射线管(CRT)
1.4.3 显 示 器
控制栅
聚焦系统
荧 光 粉 涂 层
灯丝
阴极 加速系统 偏转系统
计算机图形学 郑州大学信息工程学院
2、 等离子屏幕显示器
• 由一个细小氖泡矩阵组成，由于氖泡有两种状态：开 启(点燃)、关闭(熄灭)，且状态可保持。分为 1）前层：垂直导线 2）中层：细小氖泡 3）后层：水平导线
真实图形生成技术的发展
• 逼真地显示出该物体在现实世界中所观察到的 形象，就需要采用适当的光照模型，尽可能准 确地模拟物体在现实世界中受到各种光源照射 时的效果 • 局部光照模型模拟漫反射和镜面反射，而将许 多没有考虑到的因素用一个环境光来表示。 • 光线跟踪方法和辐射度方法为代表的全局光照 模型，使得图像的逼真程度大为提高
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。
计算机图形学完整ppt课件
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。
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
Python与计算机图形学
Matplotlib库介绍及使用
Matplotlib是Python中一个用 于绘制二维图形的库，可以生成 各种静态、动态、交互式的图表
。
Matplotlib支持多种操作系统和 图形后端，可以输出多种格式的
图形文件。
使用Matplotlib可以绘制线图、 散点图、柱状图、饼图、箱线图 等多种图表，还可以自定义图表
01 PyQt5概述
02 创建主窗口
03 添加组件
04 布局管理
05 信号与槽
PyQt5是一套Python绑定 ，用于开发Qt5应用程序。 它提供了一套完整的GUI组 件和工具，可用于创建复 杂的桌面应用程序和移动 应用。
使用QApplication和 QWidget类创建一个主窗 口，并设置窗口标题和大 小。
在主窗口中添加各种Qt组 件，如按钮（ QPushButton）、标签（ QLabel）、文本框（ QLineEdit）等，并设置其 属性和信号槽机制。
使用布局管理器（如 QHBoxLayout、 QVBoxLayout、 QGridLayout）来管理组 件的位置和大小。
通过信号与槽机制实现组 件之间的通信和用户交互 。
函数定义与调用
使用def关键字定义函数，通过函数名调用 函数，实现代码复用。
局部变量与全局变量
函数内部定义的变量为局部变量，函数外部 定义的变量为全局变量。
参数传递
函数可以接受任意数量的参数，包括位置参 数、默认参数、可变参数等。
模块导入与使用
使用import关键字导入模块，通过模块名访 问模块中定义的函数、类和变量等。
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影视特效
利用计算机图形学技术可以制 作出逼真的特效，如爆炸、火
第二章计算机图形学和计算机辅助设计技术概述
1975年Phong提出了著名的简单光照模型Phong 模型。
80年代：高分辨率，大尺寸，彩色显示设备 ，各种输入设备，软件标准化趋势；与设备无关的 驱动程序，各种图形软件包。
Whitted光透视模型，第一次给出光线跟踪算 法的范例；
图像处理
图像
计 算
模
机
式
图 形 学
识 别
特征数据 几何模型
计算几何
CAD/CAM 计算机艺术 计算机动画 计算机视觉
计算机图形学的研究内容
图形的输入：研究如何把要处理的图形输入到计算机 内，以便让计算机进行各种处理。
图形的生成、显示和输出：如何利用计算机生成图形 并在显示屏上显示或在绘图机等输出设 备上输出图形。
图像(Image)
图像处理-------将客观世界中原来存在的物 体映象处理成新的数字化图像。
例如: 卫星遥感中的资源勘测 气象预报中的云图和海图处理 人体的CT扫描 工业中的射线探伤 金相图谱分析
图像处理中关心的问题： 滤去噪声、压缩图像数据、对比度增强、图
像复原、三维图像重建。
计算机图形学与图象处理的重叠与交叉
计算机图形学所涉及的算法可分为以下几类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填色填图案反走样等2基本图形元素的几何变换投影变换窗口裁剪2基本图形元素的几何变换投影变换窗口裁剪3自由曲线和曲面的插值拟合拼接分解过渡光顺整体修改局部修改等4图形元素点线环面体的求交与分类以及集合运算5隐藏线隐藏面消除以及具有光照颜色效果的真实图形显示6不同字体的点阵表示矢量中西文字符的生成及变换7山水花草烟云等模糊景物的生成8三维或高维数据场的可视化9三维形体的实时显示和图形的并行处理10虚拟现实环境的生成及其控制算法等2
计算机图形学报告
2. 图像分析：计算机图 形学提供了各种图像分 析工具，如阈值分割、 边缘检测和区域提取等 ，以帮助医生进行病灶 定位和性质评估。
3. 虚拟手术：通过计算 机图形学技术，医生可 以在虚拟环境中进行手 术模拟和训练，提高手 术技能和操作水平。
案例四：地理信息系统的计算机图形学应用
总结词：地理信息系 统（GIS）与计算机 图形学结合，为地理 数据可视化提供了强 大的支持，使得地理 信息更加直观和易于 理解。
计算机图形学具有以下 特点
用户可以通过输入设备 与计算机图形环境进行 交互，实现动态修改和 操作。
计算机图形学技术可以 生成高质量的图像和动 画，使图形更具逼真感 。
计算机图形学可以实现 实时渲染，使得图形能 够根据用户的交互动态 更新。
计算机图形学的发展历程
1 2 3
1950年代
计算机图形学开始起步，主要应用于科学可视 化领域，如天气预报、地理信息系统等。
图形变换技术
图形变换是计算机图形学中的基本技术之一，它涉及到 如何对图形进行平移、旋转、缩放等操作。
变换矩阵是实现图形变换的关键，通过对图形坐标点应 用变换矩阵，可以实现图形的平移、旋转和缩放等操作 。
图形变换通常包括齐次坐标变换和仿射变换等，其中齐 次坐标变换可以表示任意形状的变换，而仿射变换只能 表示线性变换。
04
计算机图形学高级技术
真实感图形渲染技术
基于物理的渲染
光线追踪
使用物理模拟技术来计算光线在物体表面的 反射、折射、散射等效果，以实现更逼真的 图像渲染。
通过模拟光线的传播路径来生成逼真的阴影 和反射效果，增强图像的视觉效果。
纹理映射
光照模型
将纹理贴图映射到三维模型表面，以实现更 丰富的细节和质感。
公共基础知识计算机图形学基础知识概述
《计算机图形学基础知识概述》一、引言计算机图形学是一门研究如何利用计算机生成、处理和显示图形的学科。
它涉及到数学、物理学、计算机科学等多个领域，广泛应用于游戏开发、电影制作、工程设计、虚拟现实等众多领域。
随着计算机技术的不断发展，计算机图形学也在不断进步，为人们带来了更加逼真、生动的视觉体验。
二、基本概念1. 图形：图形是指由点、线、面等几何元素组成的二维或三维图像。
在计算机图形学中，图形可以分为矢量图形和光栅图形两种类型。
矢量图形是由数学公式描述的图形，具有无限放大不失真的特点；光栅图形则是由像素点组成的图形，在放大时会出现锯齿现象。
2. 像素：像素是构成光栅图形的最小单位，它是一个带有颜色和亮度信息的小方块。
在计算机图形学中，像素的颜色和亮度通常由红、绿、蓝三个颜色通道的值来决定。
3. 分辨率：分辨率是指图像中像素的数量，通常用水平像素数×垂直像素数来表示。
分辨率越高，图像越清晰，但同时也需要更多的存储空间和计算资源。
三、发展历程1. 早期阶段（20 世纪 50 年代 - 60 年代）：计算机图形学的起源可以追溯到 20 世纪 50 年代，当时计算机主要用于科学计算和工程设计。
随着计算机技术的发展，人们开始尝试利用计算机生成简单的图形，如线条图和流程图。
2. 发展阶段（20 世纪 70 年代 - 80 年代）：在这个阶段，计算机图形学得到了快速发展。
出现了许多重要的图形算法和技术，如扫描线算法、区域填充算法、隐藏面消除算法等。
同时，图形硬件也得到了不断改进，出现了专门的图形处理器（GPU），大大提高了图形处理的速度和质量。
3. 成熟阶段（20 世纪 90 年代 - 21 世纪初）：在这个阶段，计算机图形学已经成为一个成熟的学科，广泛应用于各个领域。
出现了许多先进的图形技术，如真实感图形渲染、虚拟现实、动画制作等。
同时，图形软件也得到了极大的发展，出现了许多功能强大的图形软件包，如 3D Studio Max、Maya 等。
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。
计算机图形学基本知识PPT课件
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。
2024版计算机图形学孙家广
优点
可以生成更为真实和自然的动画效果；且可以模拟复 杂的物理现象，如流体、烟雾等。
缺点
需要对物理现象进行精确的建模和计算，技术 难度较大；且计算量较大，需要高性能的计算 机硬件支持。
07
计算机图形学前沿技术
虚拟现实技术
VR技术的应用领域：广泛应用于游戏、影视、教育、 医疗、军事、航空航天等领域，为用户带来沉浸式的交 互体验。
增强图形的立体感和层次感。
03
图形变换与裁剪
二维图形变换
平移变换
将图形在二维平面内沿某个方向移动一定 的距离，不改变图形的形状和大小。
旋转变换
以二维平面内某一点为旋转中心，将图形 旋转一定的角度，改变图形的方向。
缩放变换
将图形在二维平面内按一定比例进行放大 或缩小，改变图形的大小。
反射变换
以二维平面内某一条直线为对称轴，将图 形进行对称变换。
3
三维打印技术的发展趋势 随着材料科学的不断发展和打印技术的持续创新， 三维打印技术将实现更加高精度、高效率的制造。
计算机视觉与图形学结合
计算机视觉与图形学的结合
计算机视觉是研究如何让计算机从图像或视频中获取信息、理解内容并作出决策的科学；而 计算机图形学则是研究计算机生成和操作图形的科学。将两者结合可以实现更加智能化、自 然化的图形处理和交互方式。
GUI提供了直观、易用的操作界面， 使用户能够更轻松地与计算机进 行交互，提高了用户的使用体验。
窗口系统与事件驱动机制
窗口系统的概念
窗口系统是GUI的核心组成部分，它负责管理屏幕上的多个窗口以 及窗口之间的交互。
事件驱动机制
在窗口系统中，用户的操作被抽象为一系列事件，如鼠标点击、键 盘输入等。事件驱动机制允许程序根据用户的事件进行相应的处理。
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计算机图形学是以图形为研究对象，从图形的几何 信息和拓扑关系来研究图形的生成、显示、修改 和存储，以及图形之间的运算和处理技术。
4. 图形与图像之间的关系
图形处理 交互设备 图形 图形 识别 图像
程序和数据 图像 转换
摄像或扫描
图像处理
图像显示或输出
1．2 计算机图形学的起源与发展
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公司发明了滚筒式绘图仪， GerBer公司研制出了平板式绘图仪 1962年，MIT林肯实验室的I.E.萨瑟兰德 (I.E.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，首次使用 了计算机图形学（Computer Graphics）这个术 语
2. 计算机图形学的研究领域和目标
计算机图形学的研究领域包括以下几个方面： (1) 图形系统的硬件设备，如图形处理器、图形输入 输出设备，特别是图形显示和打印设备； (2) 基本图元的生成技术，如直线、园狐、曲线和曲 面等； (3) 图形变换技术，包括二维几何变换、三维几何变 换和投影变换等； (4) 人机交互绘图技术，如窗口技术、橡皮筋技术等； (5) 图形运算和处理技术，如图形的裁剪、填充等； (6) 实体造型技术和真实图形的表示，如消隐技术、 色彩技术等
60年代中期，美国的MIT、通用汽车公司、贝尔 实验室和洛克希德等众多的公司纷纷开展了计算 机图形学的应用和研究 70年代是计算机图形学技术进入实用化阶段，美 国苹果公司的Macintosh、IBM公司的PC， Apollo、SUN公司的工作站都配备了图形系统 ； 在80年代，配备有光栅图形显示器的个人计算机 和工作站已相当普及，不仅在工业、管理、艺术 领域发挥巨大的作用，而且图形系统已进入了家 庭，如计算机家庭教育和游戏 ； 90年代至今，计算机图形学朝着标准化、集成化 和智能化的方向发展 。丰富多彩的Web网页更加 激励了计算机图形学的应用，科学计算的可视化、 虚拟现实技术等新兴课题又向计算机图形学提出 了更新更高的要求
计算机图形学在我国的发展
但是，我们应当清醒地认识到国内的研 究和应用水平与国际上发达国家相比还相差 甚远，其主要原因是我国缺乏大量这方面高 水平的人才，精通计算机图形学的工程技术 人员不够，因而影响了计算机图形学这门学 科在我国的推广应用。要使计算机图形学在 我国国民经济中发挥应有的作用，培养计算 机图形学的研究、设计和应用等多方面的人 才是关键。
3. 学习计算机图形学的目标
根据用户和计算机图形系统的关系，可以把利用计算机图形 学的用户分为三组：一是图形系统的设计者，二是应用程 序员，三是图形系统的操作员
图形理论的研究与 软件包的实现者， 如GKS、Core 设计专业图形应用软件 者 ， 如 Photoshop 、 AutoCAD 产品设计者 利用专业图形软件 设计各种产品
1．3 计算机图形学的应用
计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） 用户界面 科学计算的可视化 工业模拟、控制和仿真 计算机动画、广告和影视艺术 地形地貌和自然资源的图形显示 办公自动化和电子出版系统 计算机辅助教学和Web网页
计算机图形学在我国的发展
我国开展计算机图形设备和计算机辅助设计方面的研究始于60年代 中后期。进入80年代以来，计算机图形学无论是在理论研究，还是在 实际应用的深度和广度方面，都取得了令人可喜的成果。 （1）在图形设备方面，我国陆续研制出各种型号的绘图机、坐标 数字化仪、图形显示器和图形工作站，并已批量生产投入市场。 （2）计算机图形系统的软件开发能力日益增强，应用范围日益广 泛和深入。其中二维交互式绘图软件已进入商品阶段，三维几何造型 在国内也有几个使用的版本，在图形学理论方面也取得了令人瞩目的 成绩。 （3）与计算机图形学有关的学术活动在我国也很活跃。在计算机 学会、工程图学学会、自动化学会、电子学会等国家一级学会下面都 设有与计算机图形学相关的二级分会，并定期举办全国的学术活动。 与计算机图形学有关的学术刊物有“计算机辅助设计与图形学学报”、 “工程图学学报”、“计算机辅助工程”、“计算机集成制造系统” 等。
理论研究与系统实现者
图形设计程序员
产品设计人员
计算机图形学的目标在于培养前两种人才，即理论研究 与系统实现者和图形设计程序员，研究图形学新的理论和技 术，编写各种专业图形处理软件，供产品设计人员使用。
4. 图形与图像
图形（Graphics）和图像（Image）
图形考虑的是几何信息及其拓扑关系，如图形的顶点坐标，图形 各边、面之间的连接关系以及各种属性信息等。图形系统的基本单位 是图元，任何复杂的图形都是由简单的图元组成的。图形文件保存的 是各个图元的几何信息和属性，当打开图形文件时，图形系统再实时 地生成图形。 图像一般是通过摄像机、数码相机或扫描仪等设备输入的图片， 图像处理的基本单位是像素（Pixel），通过每个像素的颜色的变化 从而显示出一幅美丽的图案。
第1章 计算机图形学概述
内容提要
计算机图形学的基本概念 计算机图形学的发展 计算机图形学的应用 计算机图形的发展趋势
1．1 计算机图形学的基本概念
1. 计算机图形学的定义：
计算机图形学（Computer Graphics，简称 CG）是利用计算机处理图形信息的一门学科，包 括图形信息的表示、输入输出与显示、图形的几 何变换、图形之间的运算以及人机交互绘图等方 面的技术。 计算机图形学既是一门科学，它包括一些数 学基础和理论，又是一门技术，包括一些技巧和 方法。掌握计算机图形学的理论和技术，有助于 编写界面更为优美的应用程序，设计出逼真的图 形或图案。
计算机图形学软件的发展
计算机图形软件系统概括起来主要有以下 三种： （1）用现有的某种计算机语言写成的图形子 程序包，如GKS，PHIGS，GL等； （2）扩充某一种计算机语言，使其具有图形 生成和处理功能； （3）专用的图形系统。对于某种类型的设备， 可以配备专用的图形生成语言，如HPPLOT图形语言。