《计算机图形学教学资料》1共54页文档
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01.12.2020
什么是图形(Graphics)
广义范畴 能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象.
01.12.2020
图形的实例
➢ 人眼所看到的自然景物； ➢ 用摄影机、录象机等装置获得的照片、图片； ➢ 用绘图机或绘图工具绘制的工程图、设计图、
方框Βιβλιοθήκη Baidu； ➢ 各种人工美术绘画、雕塑品； ➢ 用数学方法描述的图形（包括几何图形、代
第二部分：接口部分
图形的输入、输出界面设计及功能实现
第三部分：软件部分
图形处理: 针对图形几何、非几何要素进行的处理
01.12.2020
相关学科
图象处理(image process)
图象（对象的图形、
图象）
计算机图形学 (computer graphics)
模式识别 (pattern recognition)
01.12.2020
几何数据和数学模型 （对象的描述）
计算几何学(computing geometry)
计算机图形学发展简史（1）
计算机图形学是伴随着电子计算机及其外围设备发 展而产生和发展起来的.
总体发展情况：
• 50年代：MIT—Whirlwind,平板和滚筒绘图仪,SAGE系统 • 60年代：1962,Sutherland博士学位论文(Sketchpad drawing
01.12.2020
章节安排
第一章：计算机图形学概述(ch1) 第二章：交互技术与用户接口(ch2) 第三章：基本图形生成算法(ch3) 第四章：图形几何变换(ch4) 第五章：三维观察(ch5) 第六章：光照明模型基础(ch6) *曲线生成基础 (ch7)
01.12.2020
本课程知识体系结构
第一部分：图形设备（ch1 & 2） 第二部分：介绍图形界面设计及接口技术（ch2） 第三部分：图形生成、显示及处理技术
光栅图形的生成（ch3） 图形处理（ch4 & 5） 光照明模型基础（ch6） 三维图形造型技术（ch7）
01.12.2020
绪言 Introduction to Computer Graphics
• 图形软件功能标准化
• 1974年ACM SIGGRAPH举办“与机器无关的图形技术会议” • 成立了一个图形标准化委员会，开始标准的制定 • ISO和ANSI批准的第一个国际图形标准是：GKS（计算机图形学核心系统） 事实上是企业标准与国际标准并存，如：OpenGL,DirectX等
计算机图形学：是研究通过计算机将数据转换为图形， 并在专用的图形设备上进行显示的原理、方法和技术 的学科。
具体讲，计算机图形学是研究如何生成、存储、处理、 显示、输入和输出图形的学科。
01.12.2020
计算机图形学总体研究内容
第一部分：硬件部分
输入输出设备：与相应软件共同完成图形的输入输出
计算机图形学
Computer Graphics
01.12.2020
参考书目(reference book)
计算机图形学教程，孙正兴主编，机械工业出版社，2019 计算机图形学教程，王汝传，黄海平，人民邮电出版社，2009 孙家广，胡事民，计算机图形学，清华大学出版社，2019 计算机图形学，倪明田，吴良芝，北京大学出版社，2019 计算机图形学，孙家广，杨长贵等编，清华大学出版社，2019
数方程或分析表达式所确定的图形）；
01.12.2020
构成图形的两个要素：
几何要素（刻划形状)：点、线、面 非几何要素(反映物体表面属性或材质）：颜
色，灰度等
01.12.2020
几何（Geometry）信息
01.12.2020
非几何信息
光照(illumination) & 纹理(texture)
01.12.2020
计算机图形学发展简史（3）
• 图形软件及算法的发展
• 图形软件系统分类
1. 用现有的某种计算机高级语言写成的子程序包。如OPENGL软件包。 2. 为语言扩充出图形功能：以某种计算机高级语言为基础，扩充了处理图形
的语句和数据类型，使其具有图形生成和处理功能。如Turbo C 3. 专用的图形系统
60年代：矢量(vector)显示器（刷新能力非常有限） 60年代末期：存储管式显示器（使用金属网构造靶像）
70年代，开花结果的时期，进入这种技术的实用阶段
70年代初期：刷新式光栅(raster)扫描显示器 输入设备：二维：鼠标，跟踪球，光笔，触摸屏，操纵杆：三维：
空间球，数据手套。形式多样、推陈出新，向着使人能够更自然、 更方便地与计算机进行交互的方向发展
2) 参数法-----参数图（简称图形graphics ） 用形状参数（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）和属性参数（颜色、 线型等）来表示图形。
01.12.2020
概念辨异: “图形graphics”与“图象image”
描述方法不一样：
•图象：只有非几何信息，没有几何（轮廓）信息，用点阵来描述。 •图形：有几何和非几何信息，用参数法来描述。如轮廓：x2＋y2=r2， 颜色为红色；描述一个半径为r的红色圆。
处理方法不一样：
•图形处理常用各种几何变换：投影，平移，旋转等； •图象常用增强，还原等方法。
表示精度不一样：
图形用参数方程描述，放大显示时精度不变；
图象用象素点阵描述，放大时象素个数不变，线度变大，图象变粗糙。
01.12.2020
什么是计算机图形学(Computer Graphics)
ISO在其数据处理词典中给出如下定义：
system) 。60年代后期，一些大公司、著名实验室开展相关研 究
• 70年代：开始进入实用阶段 • 80年代：软硬件技术的快速发展使图形学得到广泛应用 • 90年代：进入标准化、集成化、智能化研究阶段
01.12.2020
计算机图形学发展简史（2）
图形学发展的三个阶段(图形硬件的发展水平)：
50年代,准备和酝酿的时期,“被动”的图形学 60年代,蓬勃发展的时期
01.12.2020
图形的概念
定义：从客观世界的物体（对象）中抽象 出来的，具有灰度、颜色（色彩） 和形状的图或形 。。
01.12.2020
图形的表示方法
1）点阵法-----象素图（简称图象image） 用具有灰度或色彩的点阵来表示图形。强调图
形由那些点组成，并具有什么灰度或色彩。二维数字 图象用矩阵Pij(i=0,1,2,…m,j=0,1,2,…n)表示，其 中Pij 表示图象在(i,j)点的颜色值。
什么是图形(Graphics)
广义范畴 能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象.
01.12.2020
图形的实例
➢ 人眼所看到的自然景物； ➢ 用摄影机、录象机等装置获得的照片、图片； ➢ 用绘图机或绘图工具绘制的工程图、设计图、
方框Βιβλιοθήκη Baidu； ➢ 各种人工美术绘画、雕塑品； ➢ 用数学方法描述的图形（包括几何图形、代
第二部分：接口部分
图形的输入、输出界面设计及功能实现
第三部分：软件部分
图形处理: 针对图形几何、非几何要素进行的处理
01.12.2020
相关学科
图象处理(image process)
图象（对象的图形、
图象）
计算机图形学 (computer graphics)
模式识别 (pattern recognition)
01.12.2020
几何数据和数学模型 （对象的描述）
计算几何学(computing geometry)
计算机图形学发展简史（1）
计算机图形学是伴随着电子计算机及其外围设备发 展而产生和发展起来的.
总体发展情况：
• 50年代：MIT—Whirlwind,平板和滚筒绘图仪,SAGE系统 • 60年代：1962,Sutherland博士学位论文(Sketchpad drawing
01.12.2020
章节安排
第一章：计算机图形学概述(ch1) 第二章：交互技术与用户接口(ch2) 第三章：基本图形生成算法(ch3) 第四章：图形几何变换(ch4) 第五章：三维观察(ch5) 第六章：光照明模型基础(ch6) *曲线生成基础 (ch7)
01.12.2020
本课程知识体系结构
第一部分：图形设备（ch1 & 2） 第二部分：介绍图形界面设计及接口技术（ch2） 第三部分：图形生成、显示及处理技术
光栅图形的生成（ch3） 图形处理（ch4 & 5） 光照明模型基础（ch6） 三维图形造型技术（ch7）
01.12.2020
绪言 Introduction to Computer Graphics
• 图形软件功能标准化
• 1974年ACM SIGGRAPH举办“与机器无关的图形技术会议” • 成立了一个图形标准化委员会，开始标准的制定 • ISO和ANSI批准的第一个国际图形标准是：GKS（计算机图形学核心系统） 事实上是企业标准与国际标准并存，如：OpenGL,DirectX等
计算机图形学：是研究通过计算机将数据转换为图形， 并在专用的图形设备上进行显示的原理、方法和技术 的学科。
具体讲，计算机图形学是研究如何生成、存储、处理、 显示、输入和输出图形的学科。
01.12.2020
计算机图形学总体研究内容
第一部分：硬件部分
输入输出设备：与相应软件共同完成图形的输入输出
计算机图形学
Computer Graphics
01.12.2020
参考书目(reference book)
计算机图形学教程，孙正兴主编，机械工业出版社，2019 计算机图形学教程，王汝传，黄海平，人民邮电出版社，2009 孙家广，胡事民，计算机图形学，清华大学出版社，2019 计算机图形学，倪明田，吴良芝，北京大学出版社，2019 计算机图形学，孙家广，杨长贵等编，清华大学出版社，2019
数方程或分析表达式所确定的图形）；
01.12.2020
构成图形的两个要素：
几何要素（刻划形状)：点、线、面 非几何要素(反映物体表面属性或材质）：颜
色，灰度等
01.12.2020
几何（Geometry）信息
01.12.2020
非几何信息
光照(illumination) & 纹理(texture)
01.12.2020
计算机图形学发展简史（3）
• 图形软件及算法的发展
• 图形软件系统分类
1. 用现有的某种计算机高级语言写成的子程序包。如OPENGL软件包。 2. 为语言扩充出图形功能：以某种计算机高级语言为基础，扩充了处理图形
的语句和数据类型，使其具有图形生成和处理功能。如Turbo C 3. 专用的图形系统
60年代：矢量(vector)显示器（刷新能力非常有限） 60年代末期：存储管式显示器（使用金属网构造靶像）
70年代，开花结果的时期，进入这种技术的实用阶段
70年代初期：刷新式光栅(raster)扫描显示器 输入设备：二维：鼠标，跟踪球，光笔，触摸屏，操纵杆：三维：
空间球，数据手套。形式多样、推陈出新，向着使人能够更自然、 更方便地与计算机进行交互的方向发展
2) 参数法-----参数图（简称图形graphics ） 用形状参数（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）和属性参数（颜色、 线型等）来表示图形。
01.12.2020
概念辨异: “图形graphics”与“图象image”
描述方法不一样：
•图象：只有非几何信息，没有几何（轮廓）信息，用点阵来描述。 •图形：有几何和非几何信息，用参数法来描述。如轮廓：x2＋y2=r2， 颜色为红色；描述一个半径为r的红色圆。
处理方法不一样：
•图形处理常用各种几何变换：投影，平移，旋转等； •图象常用增强，还原等方法。
表示精度不一样：
图形用参数方程描述，放大显示时精度不变；
图象用象素点阵描述，放大时象素个数不变，线度变大，图象变粗糙。
01.12.2020
什么是计算机图形学(Computer Graphics)
ISO在其数据处理词典中给出如下定义：
system) 。60年代后期，一些大公司、著名实验室开展相关研 究
• 70年代：开始进入实用阶段 • 80年代：软硬件技术的快速发展使图形学得到广泛应用 • 90年代：进入标准化、集成化、智能化研究阶段
01.12.2020
计算机图形学发展简史（2）
图形学发展的三个阶段(图形硬件的发展水平)：
50年代,准备和酝酿的时期,“被动”的图形学 60年代,蓬勃发展的时期
01.12.2020
图形的概念
定义：从客观世界的物体（对象）中抽象 出来的，具有灰度、颜色（色彩） 和形状的图或形 。。
01.12.2020
图形的表示方法
1）点阵法-----象素图（简称图象image） 用具有灰度或色彩的点阵来表示图形。强调图
形由那些点组成，并具有什么灰度或色彩。二维数字 图象用矩阵Pij(i=0,1,2,…m,j=0,1,2,…n)表示，其 中Pij 表示图象在(i,j)点的颜色值。