计算机图形学与虚拟现实(PPT 31张)

计算机中表示图形的方法
点阵表示
枚举出图形中所有的点(强调图形由点构成) 简称为图像（数字图像）

参数表示
由图形的形状参数(方程或分析表达式的系数，线段的端点
坐标等)+属性参数(颜色、线型等)来表示图形

简称为图形
C ( t ) P ( t ) iB i , n
i 0
n
0 t 1
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图形信息与文字信息相比具有直观、形象、含义丰富等优 点，有着广泛的应用前景。但是图形的生成、表示、处理、 存储和管理却比文字信息复杂得多。
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味觉 、触觉、嗅觉 20%
听觉信息 20%
视觉信息 60%
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计算机图形学（Computer Graphics）是研 究怎样用计算机生成、处理和显示图形的 一门新兴学科. 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。
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计算机图形学的研究内容


图形：计算机图形学的研究对象 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 构成图形的要素
几何要素：刻画对象的轮廓、形状等 非几何要素：刻画对象的颜色、材质等
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结 束
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图形软件发展及软件标准形成
三种类型的计算机图形软件系统： (1)用某种语言写成的子程序包 GKS (Graphics Kernel System) PHIGS(Programmer’sHerarchical Iuteractive Graphics system ) 便于移植和推广、但执行速度相对较慢，效率低 (2）扩充计算机语言，使其具有图形生成和处理的功能 如：Turbo Pascal、Turbo C，AutoLisp, VC等。 简练、紧凑、执行速度快，但不可移植 （3）专用图形系统：效率高，但系统开发量大，可移植性差。 (4) MATLAB, Math Works 公司,一种交互式面向对象的程 序设计语言,工程计算领域中重要应用软件.
计算机图形学是计算机技术、电视显示技 术和图形信息处理技术相结合的一门学科。 它研究有关对象的图形的计算机 表示、生 成、处理、视觉真实性实现 的基本原理和 基本技术。它是计算机领域中发展最迅速 的学科之一，已广泛用于科学研究、工业 和建筑设计、医学研究、文化教育、地理 地质，益智娱乐、商业广告和军事等领域
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（ 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、 放大和缩小、旋转、镜像等操作。
（3）样条曲线和样条曲面的插值、拟合、拼 接、光顺、整体和局部修改等。 （4）三维几何造型技术，对基本体素的定义、 输入及它们之间的布尔运算方法。
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数字图象处理是将图像信号转换为数字格式并 利用计算机进行处理的过程:图像获取、图像变换、 图像增强、图像复原、图像编码、图像分析、图 像识别、图像理解。 与计算机图形学的概念容易混淆的是图像处 理。计算机图形学的基本含义是使用计算机通过 算法和程序在显示设备上构造出图形来。与此相 反，图像处理是将客观世界中原来存在的物体的 影像处理成新的数字化图像的相关技术，并研究 如何从图像中提取二维或三维物体的模型。它所 研究的是计算机图形学的逆过程。
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通用的、与设备无关的图形包，图形标准 CGS (Core Graphics System, 核心图形系统, 1977年ACM 提出) GKS (Graphics Kernel System,) (第一个官方标准，ISO,1977) PHIGS (Programmer’s Herarchical Iuteractive Graphics system,程序员 层次交互式图形系统) 一些非官方图形软件，广泛应用于工业界，成为事实上的标准 DirectX (MS) Xlib(X-Window系统) OpenGL(SGI) Adobe公司Postscript 开放式、高效率的发展趋势
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计算机图形学的研究内容
.与相关学科的关系
图像生成（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）
.发展特点:
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交叉、界线模糊、相互渗透
DIGITAL IMAGING：
Байду номын сангаас
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计算机图形学
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计算机视觉和模式识别: 对所输入的图象进行分析和识别，找出 其中蕴涵的内在联系或抽象模型；如邮政 分检设备、地形地貌识别等； 图形学的逆过程，分析和识别输入的 图像,并从中提取二维或三维的数据模型 （特征）。手写体识别、机器视觉
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计算机图形学的研究内容涉及到用计算机对图形 数据进行处理的硬件和软件两方面的技术，主要是围 绕着生成、表示物体的图形图像的准确性、真实性和 实时性的基础算法，大致可分为以下几类：
用计算机生成、处理和显 示图形的学科；由几何数据和 几何模型，利用计算机进行显 示并存储，并可以进行修改、 完善以及有关操作的过程.
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计算几何
研究几何模型和数据处理的学科， 讨论几何形体的计算机表示、分析和 综合，研究如何方便灵活、有效地建 立几何形体的数学模型以及在计算机 中更好地存贮和管理这些模型数据；
（5）三维形体的实时显示，包括投影变换、坐 2019/2/27 14 标变换等。
（6）真实感图形的生成算法，包括三维图形的 消隐、光照、色彩、阴影、纹理及彩色浓淡图的生 成算法。 （7）山、水、花、草、烟、云等自然景物的 模拟生成算法等。 （8）科学计算可视化和三维数据场的可视化， 将科学计算中大量难以理解的数据通过计算机图形 显示出来，从而加深人们对科学过程的理解。例如 有限元分析的结果等；应力场、磁场的分布等；各 种复杂的运动学和动力学问题的图形仿真等。
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计算机图形学的研究内容
•图形的输入
如何开发利用图形输入设备及软件将图形输入到计算机中 去，以便作各种处理。
•图形的处理
包括对图形进行变换(几何变换，投影变换)和运算（集合 运算）,着色，形变等……
•图形的输出
如何将图形特定的表示形式转换成图形输出系统便于接 受的表示形式，并将图形在显示屏或打印机等输出设备上 输出。