计算机图形学
计算机图形学教案
计算机图形学教案一、课程简介计算机图形学是一门涉及计算机图形、图像处理和计算机视觉等领域的重要课程。
本课程将介绍计算机图形学的基本概念、原理和应用，帮助学生掌握计算机图形学的基础知识，并提升他们在图形学领域的技能。
二、课程结构1. 计算机图形学基础- 介绍计算机图形学的历史发展和基本概念- 讨论计算机图形学的应用领域和未来发展趋势- 熟悉图像处理、图形学渲染和动画等基本技术2. 图形系统建模- 学习三维图形对象的建模和表示方法- 掌握光栅化和矢量化图形处理技术- 讨论图形系统的设计和实现3. 计算机视觉- 理解视觉系统的基本原理和功能- 学习计算机视觉的算法和应用- 探讨计算机视觉在人工智能领域的应用4. 图形学编程实践- 深入学习图形学编程语言和库- 完成实际项目，提升图形学编程能力- 探索图形学在多领域的应用案例三、教学目标1. 帮助学生全面了解计算机图形学的基本知识和技术2. 培养学生分析和解决计算机图形学问题的能力3. 提升学生在图形学领域的实际操作和应用能力4. 激发学生对计算机图形学研究的兴趣和热情四、教学方法1. 理论讲解：通过课堂讲解、案例分析等方式，向学生介绍计算机图形学的基本概念和原理2. 实践操作：组织学生参与实验、项目等实际操作，巩固理论知识并提升实践能力3. 课堂互动：鼓励学生提问、讨论，促进师生间的互动和交流4. 作业考核：布置不同形式的作业，检测学生对知识的掌握情况，促进学习效果的提升五、教材参考1. 《计算机图形学导论》2. 《OpenGL图形与游戏开发实践》3. 《计算机视觉：算法与应用》4. 《经典图形学算法实例详解》六、学习评价1. 课堂表现：出勤情况、课堂参与度等2. 作业考核：课后作业、实验报告等3. 期末考核：闭卷考试、项目实践等4. 综合评价：综合考虑以上因素，对学生进行综合评定七、总结计算机图形学作为一门新兴的学科，正逐渐成为信息技术领域的热门专业之一。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学基础知识重点整理一、图形学的概念计算机图形学简单来说，就是让计算机去生成、处理和显示图形的学科。
它就像是一个魔法世界，把一堆枯燥的数字和代码变成我们眼睛能看到的超酷图形。
你看那些超炫的3D游戏里的场景、超逼真的动画电影，那可都是计算机图形学的功劳。
这个学科就是想办法让计算机理解图形，然后把图形按照我们想要的样子呈现出来。
二、图形的表示1. 点点是图形里最基本的元素啦。
就像盖房子的小砖头一样，很多个点组合起来就能变成各种图形。
一个点在计算机里就是用坐标来表示的，就像我们在地图上找一个地方，用经度和纬度一样，计算机里的点就是用x和y坐标（如果是3D图形的话，还有z坐标呢）来确定它在空间里的位置。
2. 线有了点，就能连成线啦。
线有各种各样的类型，直线是最简单的，它的方程可以用我们学过的数学知识来表示。
比如说斜截式y = kx + b，这里的k就是斜率，b就是截距。
还有曲线呢，像抛物线、双曲线之类的，在图形学里也经常用到。
这些曲线的表示方法可能会复杂一点，但也很有趣哦。
3. 面好多线围起来就形成了面啦。
面在3D图形里特别重要，因为很多3D物体都是由好多面组成的。
比如说一个正方体，就有六个面。
面的表示方法也有不少，像多边形表示法，就是用好多条边来围成一个面。
三、图形变换1. 平移平移就是把图形在空间里挪个位置。
这就像我们把桌子从房间的这头搬到那头一样。
在计算机里，平移一个图形就是把它每个点的坐标都加上或者减去一个固定的值。
比如说把一个点(x,y)向右平移3个单位，向上平移2个单位，那这个点就变成(x + 3,y + 2)啦。
2. 旋转旋转就更有意思啦。
想象一下把一个图形像陀螺一样转起来。
在计算机里旋转图形，需要根据旋转的角度和旋转中心来计算每个点新的坐标。
这就得用到一些三角函数的知识啦，不过也不难理解。
比如说以原点为中心，把一个点(x,y)逆时针旋转θ度，新的坐标就可以通过一些公式计算出来。
3. 缩放缩放就是把图形变大或者变小。
计算机图形学
计算机图形学1. 简介计算机图形学是研究如何使用计算机来生成、处理和显示图像的一门学科。
它主要涉及图像的几何和物理特性的建模，以及图像的渲染和表示。
计算机图形学在各个领域中都有广泛的应用，包括游戏开发、电影制作、虚拟现实、医学成像等。
2. 图形学的基本概念图形学的基本概念包括点、线、多边形和曲线等基本元素，以及相应的数学方法和算法。
这些方法和算法用于描述和处理图像的几何特性，包括位置、方向、大小和形状等。
2.1 点和线在计算机图形学中，点是图像中最基本的元素，可以通过坐标系来表示。
线是由两个点之间的连接所形成的，可以通过直线方程或参数方程来描述。
2.2 多边形和曲线多边形是由多个线段连接而成的封闭图形，可以通过顶点的集合来描述。
曲线是由多个点按照一定规律连接而成的，可以通过控制点和插值方法来表示。
3. 图形的几何建模图形的几何建模是计算机图形学中的一个重要研究方向，它涉及如何使用数学模型来表示和描述物体的几何特性。
常用的几何建模方法包括点、线、面、体和曲面等。
3.1 点云和网格模型点云模型是一组离散的点的集合，它可以用于表示不规则形状的物体。
网格模型是一组由三角形或四边形面片组成的表面模型，它可以用于表示规则形状的物体。
3.2 曲面建模曲面建模是基于数学曲面的建模方法，它将物体表面抽象为由曲线和曲面组成的，可以通过控制点和插值方法来表示。
常用的曲面建模方法包括贝塞尔曲线和贝塞尔曲面等。
4. 图形的渲染和表示图形的渲染和表示是计算机图形学中的另一个重要研究方向，它涉及如何将图像的几何信息转化为可视的图像。
常用的渲染和表示方法包括光栅化、光线追踪和纹理映射等。
4.1 光栅化光栅化是将几何对象转化为像素的过程，它涉及将线段或多边形映射到屏幕上的像素点，并进行相应的着色和填充。
常用的光栅化算法包括Bresenham算法和扫描线算法等。
4.2 光线追踪光线追踪是一种以物理光线为基础的渲染方法，它从观察者的视角出发，沿着光线的路径跟踪物体的相交和反射，最终得到图像。
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。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学基础知识重点整理一、图形学基础知识1、图形学的定义：图形学是一门研究图形的计算机科学，它研究如何使用计算机来生成、处理和显示图形。
2、图形学的应用：图形学的应用非常广泛，它可以用于计算机游戏、虚拟现实、图形用户界面、图形设计、图形处理、图形建模、图形分析等。
3、图形学的基本概念：图形学的基本概念包括图形、坐标系、变换、光照、纹理、投影、深度缓冲、抗锯齿等。
4、图形学的基本算法：图形学的基本算法包括几何变换、光照计算、纹理映射、投影变换、深度缓冲、抗锯齿等。
5、图形学的基本技术：图形学的基本技术包括OpenGL、DirectX、OpenCL、CUDA、OpenGL ES等。
二、图形学的基本原理1、坐标系：坐标系是图形学中最基本的概念，它是一种用来表示空间位置的系统，它由一系列的坐标轴组成，每个坐标轴都有一个坐标值，这些坐标值可以用来表示一个点在空间中的位置。
2、变换：变换是图形学中最重要的概念，它指的是将一个图形从一个坐标系变换到另一个坐标系的过程。
变换可以分为几何变换和光照变换，几何变换包括平移、旋转、缩放等，光照变换包括颜色变换、照明变换等。
3、光照：光照是图形学中最重要的概念，它指的是将光照投射到物体表面，从而产生颜色和纹理的过程。
光照可以分为环境光照、漫反射光照和镜面反射光照。
4、纹理：纹理是图形学中最重要的概念，它指的是将一张图片映射到物体表面，从而产生纹理的过程。
纹理可以分为纹理映射、纹理坐标变换、纹理过滤等。
5、投影：投影是图形学中最重要的概念，它指的是将一个三维图形投射到二维屏幕上的过程。
投影可以分为正交投影和透视投影，正交投影是将三维图形投射到二维屏幕上的过程，而透视投影是将三维图形投射到二维屏幕上，从而产生透视效果的过程。
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。
计算机图形学与计算机视觉
计算机图形学与计算机视觉计算机图形学和计算机视觉是计算机科学中的两个重要分支，分别涉及数字图像处理、计算机图像生成和视觉感知等方面。
虽然两者都是处理数字图像的技术，但是却有着不同的应用场景和目的。
计算机图形学是用于创建、处理和显示二维和三维图像的技术。
它主要关注计算机生成的图像、图形和动画的研究和开发。
计算机图形学的主要任务是将人类想象出来的视觉元素转换成计算机可以处理的数字形式。
为此，它需要使用各种算法和技术，包括3D建模、渲染、光照和投影等。
计算机图形学的应用非常广泛，其中最常见的应用之一是视频游戏和电影制作。
计算机视觉则主要用于分析和理解现实世界中的图像和视频。
计算机视觉可以通过算法和模型来分离出图像中的不同元素，比如人、车、建筑物和道路等。
计算机视觉的应用范围也非常广泛，如无人驾驶、人脸识别、物体识别、图像搜索和医学影像分析等。
计算机图形学和计算机视觉在实践中经常相互补充。
比如在游戏中，计算机图形学可以用来创建游戏场景和角色，而计算机视觉则可以用来识别玩家面部表情和动作。
此外，计算机图形学还可以用于虚拟现实和增强现实的开发，让人们可以通过计算机生成的图像和场景来感受更加真实的体验。
对于计算机视觉和计算机图形学的研究来说，机器学习和深度学习技术也成为了不可或缺的一部分。
通过这些技术，计算机可以自主地学习和理解图像和视频中的信息，并自行调整算法来实现更好的结果。
这些技术的应用领域非常广泛，如人脸识别、自然语言处理、语音识别、文本分类等。
总的来说，计算机图形学和计算机视觉是计算机科学中不可或缺的两个分支。
虽然它们在应用场景和目的上有所不同，但都对我们的生活产生了重要的影响。
随着技术的不断进步，计算机图形学和计算机视觉的应用也将不断延伸和发展，为我们带来更加便捷和丰富的数字世界。
计算机图形学名词解释
*计算机图形学是指用计算机产生对象图形的输出的技术。
更确切的说，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。
*图形学的主要研究内容：图形的生成和表示技术；图形的操作和处理方法；图形输出设备与输出技术的研究；图形输入设备、交互技术和用户接口技术的研究；图形信息的数据结构及存储、检索方法；几何模型构造技术；动画技术；图形软硬件的系列化、模块化和标准化的研究；科学计算的可视化*能够正确地表达出一个对象性质、结构和行为的描述信息，成为这个对象的模型。
*图像处理是指用计算机来改善图像质量的数字技术。
*模式识别是指用计算机对输入图形进行识别的技术。
*计算几何学是研究几何模型和数据处理的学科。
*交互式计算机图形学是指用计算机交互式地产生图形的技术。
*计算机图形系统的硬件包括五部分：计算机、显示处理器、图形显示器、输入设备、硬拷贝设备。
*CRT图形显示器工作方式有两种：随机扫描方式和光栅扫描方式。
*随机扫描方式的图形显示器通过画出一系列线段来画出图形。
*一帧：扫描过程所产生的图像。
*像素：在光栅扫描图形显示器中，屏幕上可以点亮或熄灭的最小单位。
*分辨率：显示屏上像素的总数。
*帧存储器：二维矩阵，帧存储大小=分辨率*单元字节，存储屏幕上每个像素对应的颜色或亮度值。
*屏幕上每个像素对应的颜色或亮度值要存储在帧存储器中。
*将图形描述转换成用像素矩阵表示的过程称为扫描转换。
*在光栅扫描显示方式中像素坐标是行和列的位置值，只能取整数。
*图形基元（输出图形元素）：图形系统能产生的最基本图形。
*区域是指光栅网络上的一组像素。
*区域填充是把某确定的像素值送入到区域内部的所有像素中。
*区域填充方法：一类方法是把区域看做是由多边形围成的，区域事实上由多边形的顶点序列来定义，相应的技术称为是以多边形为基础的；另一类方法是通过像素的值来定义区域的内部，这时可以定义出任意复杂形状的区域。
计算机图像学基础
计算机图像学基础——图形图像图素象素位图的概念一、计算机图形学（Computer Graphics）1、什么是计算机图形学？计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。
IEEE定义：Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer.2、计算机图形学的研究内容计算机图形学的研究内容非常广泛，如图形硬件、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、非真实感绘制，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。
简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究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。
图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。
从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是明暗图，也就是通常所说的真实感图形。
计算机图形学主要目的就是要利用计算机表达的真实感图形。
为此，必须建立图形描述的场景的几何表示，运用某种光照模型，计算出假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。
所以计算机图形学与计算机辅助几何设计有着密切的关系。
图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。
同时，真实感图形计算的结果是以数字图象的方式提供的，计算机图形学和图形图象处理有着密切的联系3、计算机图形学的主要应用领域1）.计算机辅助设计与制造（Computer Aided Design / Computer Aided Manufacture）机械结构、零部件、土木建筑工程、集成电路等的设计等，利用计算机图形学不仅可提高设计效率、缩短设计周期、改善设计质量、降低设计成本，而且可以为后续的计算机辅助制造建立起数据库，CAD/CAM一体化，生产的自动化奠定基础。
计算机图形学
计算机图形学计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图像的学科领域。
它是计算机科学的一个重要分支，与计算机视觉和图像处理相关。
计算机图形学的发展促进了许多领域的进步，包括动画、游戏开发、虚拟现实等。
一、引言计算机图形学是指通过计算机技术实现图像的生成、处理和显示。
它利用算法和数学模型来模拟和渲染图像，以生成逼真的图像或动画。
计算机图形学在多个领域有着广泛的应用，如电影、游戏、建筑设计等。
二、图形学的基本原理1. 坐标系统图形学中常用的坐标系统是笛卡尔坐标系，它由横轴X、纵轴Y和垂直于二者的Z轴组成。
通过坐标系统，可以定位和描述图像中的点、线和面。
2. 图形的表示图形可以通过几何图元来表示，常见的几何图元有点、线和面。
点由坐标表示，线由两个端点的坐标表示，面由多个点或线组成。
3. 变换和投影变换是指对图像进行平移、旋转和缩放等操作，通过变换可以改变图像的形状和位置。
投影是将三维图像映射到二维平面上的过程，常见的投影方式有平行投影和透视投影。
4. 着色模型着色模型用于为图像添加颜色和材质信息，常见的着色模型有平均着色模型和Phong着色模型。
平均着色模型通过计算图像的平均颜色来实现简单的着色效果，Phong着色模型考虑了光照的影响，能够产生更加逼真的效果。
三、图形学的应用1. 电影和动画计算机图形学在电影和动画领域有着广泛的应用。
通过计算机图形学技术，电影制作人能够创建逼真的特效，包括爆炸、碰撞和飞行等场景。
动画片的制作也离不开计算机图形学的技术支持，它能够实现角色的自由移动、表情的变化等特效效果。
2. 游戏开发计算机图形学是游戏开发中不可或缺的一部分。
游戏中的人物、场景和特效都是通过计算机图形学技术来实现的。
游戏开发人员利用图形学算法和引擎来创建游戏中的3D场景和角色，并通过渲染技术使其看起来逼真。
3. 虚拟现实虚拟现实是一种模拟真实世界的计算机生成环境。
计算机图形学在虚拟现实领域的应用可以让用户身临其境地感受到虚拟环境的存在。
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。
计算机图形学的基础和应用
计算机图形学的基础和应用计算机图形学是指利用计算机来处理和生成图像的学科。
它是计算机科学的一个重要分支领域，也是多个行业的重要应用之一。
计算机图形学的基础点主要包括: 算法、数据结构、线性代数和几何基础、图形学渲染、计算机视觉等。
而计算机图形学的应用范围却非常广泛，主要包括电影、游戏、建筑、逆向工程、医学等领域。
一、计算机图形学的基础1. 算法计算机图形学的算法主要分为两个方面：在计算机内部绘制图像的算法以及从外部数据得到模型的算法。
前者有数据结构、扫描线算法、射线追踪、阴影、光照、纹理映射等，后者包括骨骼动画、目标追踪和形状重建等算法。
这些算法的基本原理来源于大量的数学和物理学知识，同时需要基于计算机技术进行优化实现。
2. 数据结构计算机图形学中的数据结构主要包括树、网格结构和点云三种。
其中网格结构和点云通常是三维多边形模型的数据承载方式，树则主要用于建立场景图等数据结构。
每种数据结构都具有自己的优势和局限性，这需要根据具体应用场景进行选择。
3. 线性代数和几何基础计算机图形学中，线性代数和几何基础是非常重要的理论基础。
在图形学的应用中，通常需要进行向量和矩阵的计算，并利用几何理论去解决许多问题。
例如，在渲染过程中需要对于光线和交点进行计算，采用线性代数方法可以快速实现。
4. 图形学渲染图形学渲染是计算机图形学的重要子领域，常被用在电影和游戏制作中。
计算机图形学的渲染方式分为四类：光线追踪、栅格化绘制、体绘制和可编程渲染管线。
光线追踪渲染可以模拟光线的传播过程，且能够计算真实的光照效果。
实际上，这种渲染方式是一种“暴力”的方式，需要在计算机上运行庞大的计算量。
栅格化绘制则是采用直接面绘制，常被用于二维和三维场景的渲染。
可编程管线渲染则是当前最流行的渲染方式，其开发程度非常高。
而体绘制则尚处于发展初期，其主要应用于医学成像领域。
5. 计算机视觉计算机视觉是计算机图形学的重要子领域之一，主要研究计算机能够通过图像或视频获取和识别包括物体、人物、场景在内的视觉信息。
学习计算机图形学
学习计算机图形学计算机图形学是一门涉及计算机图像处理和图像生成的学科。
它的研究范围广泛，包括图像渲染、三维建模、动画技术等等。
学习计算机图形学是很重要的，无论从事哪个领域，都会受益匪浅。
一、背景介绍计算机图形学是一门综合性较强的学科，它需要掌握数学、物理、计算机科学等多方面的知识。
在这个信息时代，计算机图形学的应用越来越广泛。
比如电影、游戏、工业设计等行业都会用到计算机图形学的技术。
因此，学习计算机图形学有许多好处。
二、学习计算机图形学的好处1.提高审美能力学习计算机图形学能够培养我们对美的敏感度。
通过学习图像处理与生成，我们可以更好地理解图像的构成原理，从而提高我们的审美能力。
这对于从事设计行业或精细艺术创作的人来说，尤其重要。
2.拓宽职业选择计算机图形学是一个非常有前景的领域。
掌握计算机图形学的知识，可以使我们在职业选择上有更多的机会。
比如，我们可以从事游戏开发、动画制作、虚拟现实等方面的工作。
这些职业不仅有较高的收入，而且有很大的发展潜力。
3.提高计算机科学素养学习计算机图形学需要我们掌握一定的计算机科学基础知识，比如算法、数据结构、编程等。
这些基础知识对于我们的学习和工作有很大帮助。
它们可以提高我们的编程能力和解决问题的能力，同时也有助于我们更好地理解计算机科学的其他方面。
4.丰富个人爱好学习计算机图形学不仅可以成为我们的职业，还可以成为我们的个人爱好。
通过学习计算机图形学，我们可以创造出自己的作品，比如漂亮的艺术图像、逼真的三维模型等等。
这些作品不仅有很高的技术含量，而且还能够展示我们的创造力和想象力。
三、学习计算机图形学的途径1.自学自学是学习计算机图形学的一种途径。
通过阅读相关的教材和参考书籍，我们可以学习到许多有关计算机图形学的知识。
同时，互联网上也有许多免费的教学资源，可以帮助我们更好地学习计算机图形学。
2.参加相关课程在大学或一些培训机构，我们也可以找到一些与计算机图形学相关的课程。
计算机图形学
1.2计算机图形系统的组成和功能
图形系统 形专
图形硬件 图形软件
基础设备：主机、内存、外存等 基本图形设备：图形显示器、 图形适器、键盘等
专用图形设备：数字化仪、绘图仪、图形打印机等
图形语言：程序设计语言、数据库管理语言、图
用语言 图形数据库：图形对象库、操作方法库、模型库
图形程序：图形系统程序、应用程序、图形工具
组网技术
计算机图形学
计算机的应用越来越广泛，应用计算机 进行复杂的科学计算、产品设计等，都需要计 算机能呈现出直观形象的图形来降低操作的复 杂性。
图形软件设计理论和应用技术成了计算 学科的重要课题，计算机图形学成为许多重要 应用领域的必备知识。
计算机图形学，就是研究怎样用计算机 生成、处理和显示图形的学科。
20世纪60年代中期 随机扫描的显示器 虽具有较高的分辨率、较高的对比度以及
良好的动态性能，但要有一个高速处理器。 20世纪70年代中期 光栅图形显示器 被显示的图形都按像素存放。图形处理
和图像处理相渗透，使得算机生成的图形逼 真、形象。
图形系统软件
▪ 最基本的图形系统软件是用某种计算机语言写成 的子程序包，如GKS、PHIGS、GL等，在这类程 序包基础上开发的图形程序便于移植和推广，但 相对来说执行速度慢、效率低。
坐标数字化仪（Dig，如跟踪球（Trackball）
图形输入设备还有键盘（Keyboard）和按键 （Button）。
常用的图形输出设备
除了图形显示器外，主要的图形输 出 设备是图形打印机和绘图仪。
绘图输出设备还有热转换打印机、 热 化染色转换打印机、摄像机和扫描仪等。
1.7计算机图形学的进展与展望
计算机图形学主要是研究图形（图像）的计算机生成， 在图形基础研究方面可归纳为两个主要方向，即建模 （Modeling）技术（又称“造型技术”）和绘制（Rendering） 技术。
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。
计算机图形学和可视化
计算机图形学和可视化计算机图形学和可视化是计算机科学的一个分支领域，主要研究计算机如何能够生成、处理和显示图像。
图形学主要关注于计算机生成的图像，而可视化主要关注于将数据可视化为图像的过程。
计算机图形学的发展可以追溯到20世纪60年代，在那时，计算机的显示和图形处理能力非常有限，主要用于科学计算和工程设计等领域。
然而，随着计算机硬件和软件技术的快速发展，计算机图形学已经成为了计算机科学中一个非常重要的领域。
计算机图形学主要涉及到以下几个方面：图像处理、计算机动画、虚拟现实、人机交互、三维建模和渲染等。
其中，三维建模和渲染是计算机图形学中最为重要的方面之一。
三维建模是指通过计算机生成三维物体的过程。
这种技术可以用于电影制作、游戏开发、工程设计等领域。
三维建模还可以用于制作虚拟现实和增强现实的应用，比如虚拟场景、虚拟现实游戏和航空模拟器等。
三维渲染是指将三维模型转换成二维图像的过程。
这个过程包括照明、纹理映射和阴影等技术。
计算机图形学的另一个重要应用是游戏制作。
通过使用计算机图形学技术，游戏制作可以在现实世界和虚拟世界之间建立联系，将玩家带入惊险刺激的虚拟世界。
可视化是指将数据可视化为图像的过程。
这种技术可以用于各种应用领域，比如科学研究、医学、金融和工程等。
通过使用可视化技术，人们可以更直观地理解数据，发现隐藏在数据背后的规律和趋势。
虽然计算机图形学和可视化技术已经成为了一种非常重要的技术，但是目前还存在一些挑战。
比如高保真度、逼真感和交互性等。
为了解决这些问题，研究人员们不断地进行着创新和探索。
总之，计算机图形学和可视化技术已经成为了现代计算机科学中一项非常重要的技术，它们的应用越来越广泛，带来的影响也越来越大。
未来，随着科技的不断发展，计算机图形学和可视化技术必将迎来更加美好的发展前景。
计算机图形学的基本概念与应用
计算机图形学的基本概念与应用计算机图形学是指利用计算机技术来生成和处理图像的学科。
它涉及到许多基本概念和技术，以及广泛的应用领域。
本文将详细介绍计算机图形学的基本概念和应用，并给出相应的步骤和例子。
一、基本概念：1. 图像表示：计算机图形学中的图像可以通过各种方式来表示，最常见的是使用像素矩阵来表示，其中每个像素包含一个或多个颜色值。
2. 图形处理：图形处理是指对图像进行各种操作和改变，如缩放、旋转、平移和变形等。
这些操作可以通过矩阵变换和数学运算等方式来实现。
3. 渲染技术：渲染是指将图像模型转换为最终可视化结果的过程。
渲染技术包括光照模型、材质模型和纹理映射等。
二、基本步骤：1. 图像生成：图像生成是指利用计算机生成图像的过程。
这可以通过手绘、绘图软件或计算机辅助设计（CAD）等方式来实现。
例如，设计师可以使用CAD软件来绘制建筑设计图。
2. 图像处理：图像处理是指对已生成的图像进行各种操作和改变的过程。
这可以通过图像处理软件来实现。
例如，摄影师可以使用Photoshop软件对照片进行调色、修饰和滤镜等处理。
3. 图像编辑：图像编辑是指对图像进行各种修改和调整的过程。
这可以通过图像编辑软件来实现。
例如，图形设计师可以使用Illustrator软件对图形进行创作和编辑。
4. 图像合成：图像合成是指将多个图像或图像元素合并成一个新的图像的过程。
这可以通过图像编辑软件和合成技术来实现。
例如，电影制作人可以使用特效软件将虚拟人物合成到真实场景中。
5. 图像渲染：图像渲染是指将图像模型转换为最终可视化结果的过程。
这可以通过渲染软件和渲染技术来实现。
例如，动画制作人可以使用渲染引擎将3D模型渲染成逼真的动画。
三、应用领域：1. 建筑设计：计算机图形学在建筑设计中的应用广泛，可以用于绘制平面图、立体模型和渲染效果图等。
2. 游戏开发：计算机图形学在游戏开发中起到关键作用，可以用于生成虚拟场景、设计角色动画和实现物理效果等。
计算机图形学基础知识
计算机图形学基础知识计算机图形学是研究如何利用计算机生成和处理图形的学科。
它涵盖了许多领域，如计算机图像处理、计算机辅助设计和虚拟现实等。
掌握计算机图形学的基础知识对于理解和应用这些领域至关重要。
本文将为您介绍计算机图形学的基础知识，并分步详细列出相关内容。
1. 图形学的基础概念- 图形：在计算机图形学中，图形指的是一系列点、线和曲面等的集合。
- 图像：图像是图形学的一种特殊形式，它是由像素组成的二维数组。
- 基本元素：计算机图形学中的基本元素包括点、线和曲面等。
它们是构成图形的基本构件。
2. 图像表示与处理- 位图图像：位图图像是由像素组成的二维数组，每个像素保存着图像的颜色信息。
- 矢量图形：矢量图形使用几何形状表示图像，可以无损地进行放缩和旋转等操作。
- 图像处理：图像处理包括图像的增强、滤波、压缩和分割等操作，用于改善和优化图像。
3. 坐标系统和变换- 坐标系统：坐标系统用于描述和定位图形。
常见的坐标系统有笛卡尔坐标系统和极坐标系统等。
- 变换：变换是指将图形在坐标系统中进行移动、缩放和旋转等操作。
4. 二维图形学- 线性插值：线性插值是计算机图形学中常用的插值方法，用于在两点之间生成平滑的曲线。
- Bézier曲线：Bézier曲线是一种常用的数学曲线模型，可以用于生成平滑的曲线。
- 图形填充：图形填充是指将图形的内部区域用颜色填充，常用的填充算法有扫描线填充算法和边界填充算法。
5. 三维图形学- 三维坐标系统：三维坐标系统用于描述和定位三维空间中的点、线和曲面等。
- 三维变换：三维变换包括平移、缩放、旋转和投影等操作，用于改变和调整三维图形。
- 计算机动画：计算机动画是利用计算机生成连续变化的图像序列，用于呈现逼真的动态效果。
总结：计算机图形学是研究利用计算机生成和处理图形的学科。
它涵盖了图像表示与处理、坐标系统和变换等基础知识。
在二维图形学中，线性插值和Bézier曲线是常用的技术，图形填充则可以实现对图形内部区域的着色。
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1.3计算机图形学的应用领域
虚拟绘制工具：
通过虚拟画笔和虚拟画纸，画家可以用数字化输入设备代 替传统的纸和笔来创作美术作品
虚拟毛笔
1.3计算机图形学的应用领域
非真实感绘制技术
非真实绘制就是将图形绘制成各种手绘的艺术效果， 是80年代后期兴起的计算机图形学的一个研究热点。在艺 术、娱乐和工程领域得到了广泛的应用，非真实感绘制的 研究又有两个研究内容：一个是针对三维模型通过边缘检 测、光照处理等技术将三维模型输出为某种手绘或艺术风 格的图像；另一个是将一幅数字照片转化成某种艺术风格 的图像。
英国剑桥大学CAD小组的Build系统 美国罗彻斯特大学的PADL-1系统
1.2计算机图形学的起源与发展
在70年代，除了传统的军事和工业领域，计算 机图形学还被广泛的应用于教育、科研、艺术、 娱乐等行业。
➢ 80年代是计算机图形系统迅速推广应用的年代。 计算机图形软件功能开始部分地由硬件来实现， 微机的推广，更加进一步拓宽了图形学的应用和 研究。graphical user interface (GUI) 得到广泛的 应用。
1.2计算机图形学的起源与发展
➢70年代是图形学迅速发展并结出累累硕果 的年代。
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“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）
计算机图形学
讲：
计算机图形学概述
SurveyofComputerGrap hics
1.1什么计算机图形学
➢图形与图像
图像： 以像素点阵来表示图像信息
图形： 是矢量图，以图形的几何、物理属性来 表示图形。
➢计算机图形学
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。
生成（create ）：如何快速、有效的生成图形 的几何和物理信息。
处理（manipulate）：对现有的图形信息进行 存储、加工、处理以满足实际的需要。
显示（display)：根据图形的几何和物理信息， 如何将图形在图形设备上显示出来。
1.2计算机图形学的起源与发展
➢ 最早使用computer graphics 一词的是波音飞机公 司William Fetter，于1960年提出computer
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。
IBM迅速推出了IBM 2250 图形终端，成为第一 个商业图形计算机。
各种专门研究团体、学术会议、图形标准相继 诞生，69年，著名的SIGGRAPH （Special Interest Group in Graphics ）诞生
1.1什么计算机图形学
➢ 1982年，ISO给出的定义：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。
※计算机图形学是研究利用计算机来表示、生成、 处理、显示图形的学科。
➢计算机图形学是计算机科学中，最为活跃、应用 最广泛的分支之一。
1.1什么计算机图形学
表示（representation ）：如何利图形的几 何和物理信息来描述图形。
ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS
1.2计算机图形学的起源与发展
真实感图形学
1970年，Bouknight提出了第一个光反射模型 1971年Gourand提出“漫反射模型＋插值”的思想，
被称为Gourand明暗处理 1975年，Phong提出了著名的简单光照模型- Phong
模型
实体造型技术
➢ 50年代末，MIT的林肯实验室在Whirlwind计算机上 开发SAGE空中防御体系。第一次用光笔在屏幕上选 取图形。预示着交互式图形生成技术的诞生。
➢ MIT的TX-2计算机的研制成功，使交互计算成为可能， 使交互式图形学研究迈出了重要的一步。
➢ 60年代是计算机图形学确立和兴起的年代 1962年，MIT林肯实验室的I. E. Sutherland发表了
➢ 90年代3d图形学在游戏，动画，多媒体领域得到 了更广泛的应用，95年pixar制作了第一步完全有 计算机生成的三维动画大片-玩具总动员。
1.3计算机图形学的应用领域
➢1.3.1图形用户接口（GUI）
通过图标或代表一定意义的图形作为人们与机器 设备的接口，通过gui人们可以更加直观、更加简 单的实现人机交互。
90 80 70 60 50 40 30 20 10
0 第一季度 第二季度 第三季度 第四季度
东部 西部 北部
1.3计算机图形学的应用领域
➢1.3.4计算机美术（computer art )
计算机美术是计算机图形学最直接、最活跃、最 广泛的应用领域之一，计算机美术的研究主要有 两个方面：
虚拟绘画工具 非真实感绘制技术。
graphics 一词。他在研究人机工程学时利用计算
机生成最早的人体图形，被称为“Boeing Man”, Fetter称之为 "First Man". ➢ 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。
1.2计算机图形学的起源与发展
一篇题为“Sketchpad：A man-machine graphical communication system ”的博士论文。开始了图形
学研究的黄金年代。各大公司和高校迅速投入到计算 机图形学的研究领域之中。
1.2计算机图形学的起源与发展
1962年，雷诺汽车公司的工程师Pierre Bézier 提出Bézier曲线、曲面的理论
1.3计算机图形学的应用领域
➢1.3.2 计算机辅助设计（CAD）
CAD是计算机图形学在工业界最广泛、最 活跃的 应用领域。
机械的结构设计
1.3计算机图形学的应用领域
汽车外形设计
1.3计算机图形学的应用领域
➢1.3.3示例图形（Presentation Graphics）
用于研究、管理报告或消费者信息发布或其他报 告中的有关金融、统计、数学、科学、经济等数据 的图形表示，