计算机图形学第1章 ppt课件
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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……
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2020/11/6
3
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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
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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
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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
计算机图形学第一章PPT课件
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
50年代末期,MIT的林肯实验室在“旋风” 计算机上开发SAGE空中防御体系
17
60年代
1962年,MIT林肯实验室的I. E. 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
20
80年代
1980年Whitted提出了一个光透视模型Whitted模型,并第一次给出光线跟踪算法 的范例,实现Whitted模型
1984年,美国Cornell大学和日本广岛大学 的学者分别将热辐射工程中的辐射度方法 引入到计算机图形学中
图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发 展
21
90年代
计算机图形技术
yuli110@ 1205
整体概述
概述一
点击此处输入
相关文本内容
概述二
点击此处输入
相关文本内容
概述三
点击此处输入
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教材和参考书
主要参考书:
吴宾、段海波、薛凤武译,《OpenGL编程权威指 南》,中国电力出版社,2001.8
NeHe的OpenGL教程 /default.asp 周炜的NeHe中文教程 /DancingWind/
OpenGL(SGI) Direct3D (Microsoft) Xlib(X-Window系统) Adobe公司Postscript
23
计算机图形学的应用及研究前沿
计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 可视化(Visualization) 真实感图形实时绘制与自然景物仿真 计算机动画 用户接口(User Interface) 计算机艺术
50年代末期,MIT的林肯实验室在“旋风” 计算机上开发SAGE空中防御体系
17
60年代
1962年,MIT林肯实验室的I. E. 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
20
80年代
1980年Whitted提出了一个光透视模型Whitted模型,并第一次给出光线跟踪算法 的范例,实现Whitted模型
1984年,美国Cornell大学和日本广岛大学 的学者分别将热辐射工程中的辐射度方法 引入到计算机图形学中
图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发 展
21
90年代
计算机图形技术
yuli110@ 1205
整体概述
概述一
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概述二
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教材和参考书
主要参考书:
吴宾、段海波、薛凤武译,《OpenGL编程权威指 南》,中国电力出版社,2001.8
NeHe的OpenGL教程 /default.asp 周炜的NeHe中文教程 /DancingWind/
OpenGL(SGI) Direct3D (Microsoft) Xlib(X-Window系统) Adobe公司Postscript
23
计算机图形学的应用及研究前沿
计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 可视化(Visualization) 真实感图形实时绘制与自然景物仿真 计算机动画 用户接口(User Interface) 计算机艺术
《计算机图形学》课件
04
光照模型与阴影生成算法的应用广泛,例如在游戏开发、虚拟现实和 电影制作等领域。
纹理映射算法
纹理映射算法用于将图像或纹理贴图映射到三维物体 的表面。
输标02入题
常用的纹理映射算法包括纹理坐标、纹理过滤和纹理 压缩等。
01
03
纹理映射算法的应用广泛,例如在游戏开发、虚拟现 实和数字艺术等领域。
04
工业设计
使用CAD等技术进行产品设计和原型制作 。
游戏开发
创建丰富的游戏场景和角色,提供沉浸式 的游戏体验。
科学可视化
将复杂数据以图形方式呈现,帮助人们理 解和分析数据。
虚拟现实与增强现实
构建虚拟环境,实现人机交互,增强现实 感知。
02
计算机图形学基础知识
图像与图形的关系
图像
由像素组成的二维或三维数据,通常 用于表示真实世界或模拟的视觉信息 。
全息投影技术
总结词
全息投影技术能够实现三维立体显示,为观众提供沉浸式的 观影体验。
详细描述
全息投影技术利用干涉和衍射原理,将三维物体以全息图像 的形式呈现出来,使观众能够从不同角度观察到物体的立体 形态。这种技术将为电影、游戏和其他娱乐领域带来革命性 的变化。
增强现实技术
总结词
增强现实技术能够将虚拟信息与现实世界相结合,提供更加丰富的交互体验。
HSL和HSV模型
基于色调、饱和度和亮度(或 明度)来描述颜色。
RGBA模型
在RGB基础上增加透明度通道 。
图像处理技术
滤波和锐化
通过改变图像的像素值 来减少噪声、突出边缘
或细节。
色彩调整
改变图像中颜色的分布 和强度,以达到特定的
视觉效果。
图像分割
光照模型与阴影生成算法的应用广泛,例如在游戏开发、虚拟现实和 电影制作等领域。
纹理映射算法
纹理映射算法用于将图像或纹理贴图映射到三维物体 的表面。
输标02入题
常用的纹理映射算法包括纹理坐标、纹理过滤和纹理 压缩等。
01
03
纹理映射算法的应用广泛,例如在游戏开发、虚拟现 实和数字艺术等领域。
04
工业设计
使用CAD等技术进行产品设计和原型制作 。
游戏开发
创建丰富的游戏场景和角色,提供沉浸式 的游戏体验。
科学可视化
将复杂数据以图形方式呈现,帮助人们理 解和分析数据。
虚拟现实与增强现实
构建虚拟环境,实现人机交互,增强现实 感知。
02
计算机图形学基础知识
图像与图形的关系
图像
由像素组成的二维或三维数据,通常 用于表示真实世界或模拟的视觉信息 。
全息投影技术
总结词
全息投影技术能够实现三维立体显示,为观众提供沉浸式的 观影体验。
详细描述
全息投影技术利用干涉和衍射原理,将三维物体以全息图像 的形式呈现出来,使观众能够从不同角度观察到物体的立体 形态。这种技术将为电影、游戏和其他娱乐领域带来革命性 的变化。
增强现实技术
总结词
增强现实技术能够将虚拟信息与现实世界相结合,提供更加丰富的交互体验。
HSL和HSV模型
基于色调、饱和度和亮度(或 明度)来描述颜色。
RGBA模型
在RGB基础上增加透明度通道 。
图像处理技术
滤波和锐化
通过改变图像的像素值 来减少噪声、突出边缘
或细节。
色彩调整
改变图像中颜色的分布 和强度,以达到特定的
视觉效果。
图像分割
计算机图形学ppt(共49张PPT)
实现自动化、智能化的 加工和生产。
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。
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_完整版 ppt课件
三维观察设备 虚拟现实系统的输出显示设备 ……
输入设备
键盘、鼠标 按钮盒、旋钮 跟踪球、空间球 操作杆 触觉反馈设备 数据手套、数据衣 数字化仪 扫描仪 触摸板 光笔 ……
硬拷贝设备
打印机 喷墨 激光 ……
绘图仪 台式 大型滚动传送式 ……
图形硬件系统组成模块示意图:
或称图形坐标系、用户坐标系、全局坐标系 如在世界坐标系中进行装配
观察坐标系(viewing coordinate)
对场景进行观察所对应的坐标系 对象经变换到该场景的一个二维投影——投影变换
规范化坐标系(normalized coordinate)
可使图形软件与特定输出设备的坐标范围无关 坐标范围:-1~1,或0 ~ 1 等等
在场景中对物体移动、旋转、缩 放、扭曲等,或转换模型坐标系
3D→2D,并对观察区域进行裁 剪和缩放
一种伪变换,对窗口上的最终输 出进行移动、缩放等
三维几何变换
可用4×4矩阵操作统一表示二维和三维几何变换
缩放、旋转、 对称、错切等
平移
投影
整体缩放
基本变换:平移、旋转、缩放
复合变换:可由平移、旋转、缩放和其他变换的矩阵乘积 (合并)形成。
图元的绘制、显示过程
顶点 法向量、颜色、纹理… 像素
图元操作、像素操作 光栅化(扫描转换)
像素信息 帧缓存 显示器
调用底层函数,如 setPixel (x,y);将当 前像素颜色设定值存 入帧缓存的整数坐标 位置(x,y)处。
图元描述与操作
几何图元由一组顶点(Vertex)描述 这一组顶点可以是一个或是多个。每个顶点信息二维或 三维,使用 2~4 个坐标。顶点信息由位置坐标、颜色 值、法向量、纹理坐标等组成。
输入设备
键盘、鼠标 按钮盒、旋钮 跟踪球、空间球 操作杆 触觉反馈设备 数据手套、数据衣 数字化仪 扫描仪 触摸板 光笔 ……
硬拷贝设备
打印机 喷墨 激光 ……
绘图仪 台式 大型滚动传送式 ……
图形硬件系统组成模块示意图:
或称图形坐标系、用户坐标系、全局坐标系 如在世界坐标系中进行装配
观察坐标系(viewing coordinate)
对场景进行观察所对应的坐标系 对象经变换到该场景的一个二维投影——投影变换
规范化坐标系(normalized coordinate)
可使图形软件与特定输出设备的坐标范围无关 坐标范围:-1~1,或0 ~ 1 等等
在场景中对物体移动、旋转、缩 放、扭曲等,或转换模型坐标系
3D→2D,并对观察区域进行裁 剪和缩放
一种伪变换,对窗口上的最终输 出进行移动、缩放等
三维几何变换
可用4×4矩阵操作统一表示二维和三维几何变换
缩放、旋转、 对称、错切等
平移
投影
整体缩放
基本变换:平移、旋转、缩放
复合变换:可由平移、旋转、缩放和其他变换的矩阵乘积 (合并)形成。
图元的绘制、显示过程
顶点 法向量、颜色、纹理… 像素
图元操作、像素操作 光栅化(扫描转换)
像素信息 帧缓存 显示器
调用底层函数,如 setPixel (x,y);将当 前像素颜色设定值存 入帧缓存的整数坐标 位置(x,y)处。
图元描述与操作
几何图元由一组顶点(Vertex)描述 这一组顶点可以是一个或是多个。每个顶点信息二维或 三维,使用 2~4 个坐标。顶点信息由位置坐标、颜色 值、法向量、纹理坐标等组成。
计算机图形学基础 ppt课件
第二章 计算机图形学基础
机械CAD/CAM
虚拟现实(Virtual Reality
第二节 图形的几何变换
图形变换指对图形的几何信息经过几何变换后产生新 的图形,提出的构造或修改图形的方法。
除图形的位置变动外,可以将图形放大或缩小,或者对图形
作不同方向的拉伸来使其扭曲变形…
• 图形变换基本知识
• 二维图形基本几何变换
(4)图形编辑
如何对图形进行组合、分解、插入、裁剪等技术。
第二章 计算机图形学基础
三 计算机图形学的应用
(1)在机械设计中的应用
机械CAD/CAM
(a)工程图
(b)线框图 (c)实体图
第二章 计算机图形学基础
机械CAD/CAM
(2)科学计算可视化
广泛应用于医学、流体力学、有限元分析及气候分析中。
(3)计算机动画
第二章 计算机图形学基础
机械CAD/CAM
(4)过程监控
用曲线来模拟火箭发射的飞行轨迹,同时不断修正参数。
(5)计算机辅助教学
利用计算机图像可以清楚的表现数学曲线、几何曲面的形成。
(6)虚拟现实技术
用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、 触觉或嗅觉等感觉世界,让用户可以从自己的视点出发, 利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体 进行浏览和交互考察。
平移变换
图形的每一个点在给定的方向上移动相同距离所得的变换称为 平图移形变在换x轴。方向的平移量为l, 在y轴方向的平移量为m,
则坐标点的平移变换:
几何关系
x' x l
y
'
ym
矩阵形式
1 0 0
x y 1=x y 1 0
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
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
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
计算机图形学第一章基本知识 ppt课件
• 基于物理的造型技术 。模型及模型间的关系 相当复杂,不仅有静态的、而且有动态的 , 模型就可以由物体的运动规律自动产生
造型技术的发展
• 不规则形体是不能用欧氏几何加以定义的,例如、 山、水、树、草、云、烟、火以及自然界中丰富 多彩的物体
• 造型大多采用过程式模拟,即用一个简单的模型 及少量的易于调用的参数来表示一大类物体
1.1.2 计算机图形学的研究内容
•有关图形的算法:
(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、 封闭边界内的图案填充等。
(2) 图形元素的几何变换,即对图形的平移、放大、 缩小、旋转、镜像等操作。
(3) 自由曲线和曲面的插值、拟合、拼接、分解、 过渡、光顺、整体和局部修改等。
• 重点难点:图形、图像的区别,实际应用 • 学习指南:要充分理解图形图像的区别,
观摩典型的图形软件、图像处理软件。
1.1 概述
1.1.1计算机图形学的概念
• Computer Graphics • 国际标准化组织(ISO)定义为: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、应用数学及计 算机科学基础上的一门边缘学科。
图形工作站(Apollo,Sun,Hp)
九十年代至今
微机,交叉学科(多媒体等)
计算机图形学的发展动向之一
造型技术的发展
• 构造几何模型的理论、方法和技术 ,是计算 机辅助设计的核心技术之一,非均匀有理B样 条,规则形体造型和不规则形体造型
• 特征造型技术 ,它将特征作为产品描述的基 本单元,并将产品描述成特征的集合
• 也称为数据放大技术
造型技术的发展
• 不规则形体是不能用欧氏几何加以定义的,例如、 山、水、树、草、云、烟、火以及自然界中丰富 多彩的物体
• 造型大多采用过程式模拟,即用一个简单的模型 及少量的易于调用的参数来表示一大类物体
1.1.2 计算机图形学的研究内容
•有关图形的算法:
(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、 封闭边界内的图案填充等。
(2) 图形元素的几何变换,即对图形的平移、放大、 缩小、旋转、镜像等操作。
(3) 自由曲线和曲面的插值、拟合、拼接、分解、 过渡、光顺、整体和局部修改等。
• 重点难点:图形、图像的区别,实际应用 • 学习指南:要充分理解图形图像的区别,
观摩典型的图形软件、图像处理软件。
1.1 概述
1.1.1计算机图形学的概念
• Computer Graphics • 国际标准化组织(ISO)定义为: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、应用数学及计 算机科学基础上的一门边缘学科。
图形工作站(Apollo,Sun,Hp)
九十年代至今
微机,交叉学科(多媒体等)
计算机图形学的发展动向之一
造型技术的发展
• 构造几何模型的理论、方法和技术 ,是计算 机辅助设计的核心技术之一,非均匀有理B样 条,规则形体造型和不规则形体造型
• 特征造型技术 ,它将特征作为产品描述的基 本单元,并将产品描述成特征的集合
• 也称为数据放大技术
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。
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。
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把点阵法描述的图形叫做图象(Image)
2021/3/31
9
1.1计算机图形学的研究内容
▪ 计算机图形学(Computer Graphics) 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
2021/3/31
16
▪ 普及期(80年代):
光栅图形CRT, PC, WS; 大量基于图像形的应用软件 出现
– 出现了带光栅图形显示器的个人计算机和工作站。 – 光线跟踪算法和辐射度算法的提出,标志着计算
机真实感图形学的算法已经日渐成熟。
▪ 提高增强期(90年代):
性能价格比的极大提高;标准化,集成化,智能化
计算机图形学的主要研究对象 景物的几何建模方法(modeling)、对模型的处理 方法、几何模型的绘制技术(rendering)、图形 输入和控制的人机交互界面(user interface)。
2021/3/31
11
▪ 与计算机图形学相关的学科
特征数据、结构数据
研究用计算机来模 拟生物外显或宏观 视觉功能的科学和
计算机图形学的研究对象— —图形
计算机图形学中的图形概念: 是指由点、线、面、体等几何 要素和明暗、灰度(亮度)、 色彩等非几何要素构成的,从 现实世界中抽象出来的带有灰 度、色彩及形状的图或形。
2021/3/31
7
两类图形要素: 1.几何要素:点,线,面,体等; 2.非几何要素:明暗,灰度,色彩等
计算机图形学中所研究的图形: 从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信
息的图和形。
2021/3/31
8
▪ 图形的两种表示方法:
点阵法是用具有颜色信息的点阵来表示图形的一种方
法,它强调图形由哪些点组成,并具有什么灰度或 色彩。
参数法是以计算机中所记录图形的形状参数与属性参
数来表示图形的一种方法。
通常把参数法描述的图形叫做图形(Graphics)
(3学时) (3学时) (3学时) (12学时) (15学时) (12学时) (2学时) (2学时)
(2学时) (3学时)
2021/3/31
3
教材:
陆枫、何云峰,计算机图形学基础(第二版), 2008.10
主要参考书目:
▪ 孙家广,计算机图形学(第三版),清华大学出版社,1999。 ▪ 王汝传,计算机图形学,人民邮电出版社,2002。 ▪ 容观澳,计算机图像处理,清华大学出版社,2000。 ▪ Donald Hearn,M.Pauline Baker著, 蔡士杰等译,计算机图形学(第三
science of producing graphical images with the aid of computer.
2021/3/31
10
计算机图形学(computer graphics,CG)用计算机 生成景物的数字模型,并将它显示在计算机屏 幕上,或者绘制在纸张或胶片上。它是研究如 何在计算机环境下生成、处理和显示图形的一 门学科。
版),电子工业出版社,2005。 ▪ Dave Shreiner等著,邓郑祥译,OpenGL编程指南(第四版),人民邮
电出版社,2005。
2021/3/31
4
第1章 概论
提出问题
•什么是计算机图形学? •计算机图形学研究的对象是什么? •计算机图形学的应用
2021/3/31
5
1.1 计算机图形学及其相关概念
技术
计算机图 形学
计算机 视觉
试图从非图象形式 的数据描述来生成
(逼真的)图象
2021/3/31
图象信号
数字图象处理
旨在对图象进行各 种加工以改善图象
的视觉效果
12
1.2 计算机图形学的发展
1.2.1计算机图形学的确立
▪酝酿期(50年代)
1946年,第一台电子计算机的问世推动了许 多学科的发展和新学科的建立,其中就包括 现代图形学技术。
计算机图形学的研究对象——图形
通常意义下的图形:能够在人的视觉 系统中成视觉印象的客观对象都称 为图形。如:
(1)自然景物
(2)照片和图片
(3)工程图、设计图和方框图
(4)人工美术绘画、雕塑品
(5)用数学方法描述的图形(包括几 何图形、代数方程、分析表达式或列表 所确定的图形)
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6
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13
1950年,美国MIT用于空中防御系统研究的旋风1 号(Whirlwind I)计算机配备了阴极射线管(CRT)来显 示一些简单的图形,它标志着交互式图形技术的诞
生。
2021/3/31
14
▪萌芽期(60年代)
1962年,美国MIT林肯实验室的Ivan.E.Sutherland发 表了一篇题为"Sketchpad:第一个人-机通信的图形系 统 " 的 博 士 论 文 , 其 中 首 次 使 用 了 “ Computer Graphics”术语。
▪ 第1章 绪论 ▪ 第2章 计算机图形系统与图形硬件 ▪ 第3章 用户接口与交互式技术 ▪ 第4章 图形的表示与数据结构 ▪ 第5章 基本图形生成算法* ▪ 第6章 二维图形变换及二维观察* ▪ 第7章 三维图形变换及三维观察 ▪ 第8章 曲线和曲面 ▪ 第9、10章 消隐及真实感图形显示 ▪ OpenGL图形编程
2021/3/31
总体特征:技术发展、需求驱动
他提出的计算机图形学、交互技术、分层存储符号的 数据结构等新思想已被公认为对交互图形生成技术的 发展奠定了基础。这些基本理论和技术至今仍是现代 图形技术的基础。
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15
▪ 发展期(70年代):
IC技术、计算机硬件性价比提高、廉价图形IO设 备 及 大 容 量 磁 盘 等 出 现 ; CADCAM; 实 用 化 ; Lockheed,.. – 计算机图形处理技术进入实用化阶段; – 区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念及算法; – 真实感图形学和实体造型技术;
计算机图形学第1章 ppt课件
教学要求
▪ 了解图形系统的框架及其涉及的软件、硬件技术; ▪ 了解图形学的基本问题,掌握图形学的基本概念、
方法与算法; ▪ 对与图形相关的应用及当前的研究热点有一个初步
认识; ▪ 具有一定实践体会和相关的编程能力(OpenGL).
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课程内容(共51学时)
2021/3/31
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1.1计算机图形学的研究内容
▪ 计算机图形学(Computer Graphics) 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
2021/3/31
16
▪ 普及期(80年代):
光栅图形CRT, PC, WS; 大量基于图像形的应用软件 出现
– 出现了带光栅图形显示器的个人计算机和工作站。 – 光线跟踪算法和辐射度算法的提出,标志着计算
机真实感图形学的算法已经日渐成熟。
▪ 提高增强期(90年代):
性能价格比的极大提高;标准化,集成化,智能化
计算机图形学的主要研究对象 景物的几何建模方法(modeling)、对模型的处理 方法、几何模型的绘制技术(rendering)、图形 输入和控制的人机交互界面(user interface)。
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▪ 与计算机图形学相关的学科
特征数据、结构数据
研究用计算机来模 拟生物外显或宏观 视觉功能的科学和
计算机图形学的研究对象— —图形
计算机图形学中的图形概念: 是指由点、线、面、体等几何 要素和明暗、灰度(亮度)、 色彩等非几何要素构成的,从 现实世界中抽象出来的带有灰 度、色彩及形状的图或形。
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两类图形要素: 1.几何要素:点,线,面,体等; 2.非几何要素:明暗,灰度,色彩等
计算机图形学中所研究的图形: 从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信
息的图和形。
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▪ 图形的两种表示方法:
点阵法是用具有颜色信息的点阵来表示图形的一种方
法,它强调图形由哪些点组成,并具有什么灰度或 色彩。
参数法是以计算机中所记录图形的形状参数与属性参
数来表示图形的一种方法。
通常把参数法描述的图形叫做图形(Graphics)
(3学时) (3学时) (3学时) (12学时) (15学时) (12学时) (2学时) (2学时)
(2学时) (3学时)
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教材:
陆枫、何云峰,计算机图形学基础(第二版), 2008.10
主要参考书目:
▪ 孙家广,计算机图形学(第三版),清华大学出版社,1999。 ▪ 王汝传,计算机图形学,人民邮电出版社,2002。 ▪ 容观澳,计算机图像处理,清华大学出版社,2000。 ▪ Donald Hearn,M.Pauline Baker著, 蔡士杰等译,计算机图形学(第三
science of producing graphical images with the aid of computer.
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计算机图形学(computer graphics,CG)用计算机 生成景物的数字模型,并将它显示在计算机屏 幕上,或者绘制在纸张或胶片上。它是研究如 何在计算机环境下生成、处理和显示图形的一 门学科。
版),电子工业出版社,2005。 ▪ Dave Shreiner等著,邓郑祥译,OpenGL编程指南(第四版),人民邮
电出版社,2005。
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第1章 概论
提出问题
•什么是计算机图形学? •计算机图形学研究的对象是什么? •计算机图形学的应用
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1.1 计算机图形学及其相关概念
技术
计算机图 形学
计算机 视觉
试图从非图象形式 的数据描述来生成
(逼真的)图象
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图象信号
数字图象处理
旨在对图象进行各 种加工以改善图象
的视觉效果
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1.2 计算机图形学的发展
1.2.1计算机图形学的确立
▪酝酿期(50年代)
1946年,第一台电子计算机的问世推动了许 多学科的发展和新学科的建立,其中就包括 现代图形学技术。
计算机图形学的研究对象——图形
通常意义下的图形:能够在人的视觉 系统中成视觉印象的客观对象都称 为图形。如:
(1)自然景物
(2)照片和图片
(3)工程图、设计图和方框图
(4)人工美术绘画、雕塑品
(5)用数学方法描述的图形(包括几 何图形、代数方程、分析表达式或列表 所确定的图形)
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1950年,美国MIT用于空中防御系统研究的旋风1 号(Whirlwind I)计算机配备了阴极射线管(CRT)来显 示一些简单的图形,它标志着交互式图形技术的诞
生。
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▪萌芽期(60年代)
1962年,美国MIT林肯实验室的Ivan.E.Sutherland发 表了一篇题为"Sketchpad:第一个人-机通信的图形系 统 " 的 博 士 论 文 , 其 中 首 次 使 用 了 “ Computer Graphics”术语。
▪ 第1章 绪论 ▪ 第2章 计算机图形系统与图形硬件 ▪ 第3章 用户接口与交互式技术 ▪ 第4章 图形的表示与数据结构 ▪ 第5章 基本图形生成算法* ▪ 第6章 二维图形变换及二维观察* ▪ 第7章 三维图形变换及三维观察 ▪ 第8章 曲线和曲面 ▪ 第9、10章 消隐及真实感图形显示 ▪ OpenGL图形编程
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总体特征:技术发展、需求驱动
他提出的计算机图形学、交互技术、分层存储符号的 数据结构等新思想已被公认为对交互图形生成技术的 发展奠定了基础。这些基本理论和技术至今仍是现代 图形技术的基础。
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15
▪ 发展期(70年代):
IC技术、计算机硬件性价比提高、廉价图形IO设 备 及 大 容 量 磁 盘 等 出 现 ; CADCAM; 实 用 化 ; Lockheed,.. – 计算机图形处理技术进入实用化阶段; – 区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念及算法; – 真实感图形学和实体造型技术;
计算机图形学第1章 ppt课件
教学要求
▪ 了解图形系统的框架及其涉及的软件、硬件技术; ▪ 了解图形学的基本问题,掌握图形学的基本概念、
方法与算法; ▪ 对与图形相关的应用及当前的研究热点有一个初步
认识; ▪ 具有一定实践体会和相关的编程能力(OpenGL).
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课程内容(共51学时)