第一章 计算机图形学基本知识
计算机图形学ppt课件 第一章计算机图形学基础知识-精选文档
● Quake III，“古墓丽影”，“侏罗纪公
园”、“皇帝的新衣”、完美风暴………
● MAYA, 3D-MAX, SOFTIMAGE
游戏
当前研究热点
当前研究热点
• 真实感图形实时绘制
物体网格模型的面片简化：对网格面片表示的模型， 在一定误差的精度范围内，删除点、边、面，从而 简化所绘制场景的复杂层度，加快图形绘制速度 基于图象的绘制(IBR，Image Based Rendering)：完全摒弃传统的先建模，然后确定光 源的绘制的方法。它直接从一系列已知的图象中生 成未知视角的图象，适用于野外极其复杂场景的生 成和漫游
奥迪效果图和线框图
地形地貌和自然资源图 科学计算可视化(Scientific Visualization)
• 海量的数据使得人们对数据的分析和处理变得越来越 难，用图形来表示数据的迫切性与日俱增 • 1986年，美国科学基金会（NSF）专门召开了一次研 讨会，会上提出了“科学计算可视化（Visualization in Scientific Computing）” • 科学计算可视化广泛应用于医学、流体力学、有限元 分析、气象分析当中 • 在医学领域，可视化有着广阔的发展前途
什么是计算机图形学？ 定义：用计算机表示、生成、处理和显示图形对象的一门学科。 计算机图形学是计算机科学中，最为活跃、得到广泛应用的分支之一
图像处理：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。 —研究如何对一幅连续图像取样、量化以产生数字图像，如何对数字 图像做各种变换以方便处理， —如何滤去图像中的无用噪声，如何压缩图像数据以便存储和传输， 图像边缘提取，特征增强和提取。
计算机图形学基础知识重要资料汇总整编
计算机图形学复习资料第一章1 图形学定义ISO的定义：计算机图形学是研究怎样利用计算机表示、生成、处理和显示图形的原理、算法、方法和技术的一门学科。
通俗定义：计算机图形学以表达现实世界中的对象及景物为主要目标，其核心是解决如何用图形方式作为人和计算机之间传递信息的手段，即人机界面问题。
计算机图形学的研究对象——图形。
图形是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。
图形的构成要素：几何要素：点、线、面、体等描述对象的轮廓、形状。
非几何要素：描述对象的颜色、材质等。
图形的表示方法：点阵法：枚举出图形中所有点(简称图像)。
参数法：由图形的形状参数(简称图形)。
2 图形与图像图像：狭义上又称为点阵图或位图图像。
图像是指整个显示平面以二维矩阵表示，矩阵的每一点称为一个像素，由像素点所取亮度或颜色值不同所构成的二维画面。
特点：A文件所占的空间大。
B位图放大到一定的倍数后会产生锯齿。
C位图图像在表现色彩、色调方面的效果比矢量图更加优越。
图形：狭义上又称为矢量图形或参数图形。
按照数学方法定义的线条和曲线组成，含有几何属性。
或者说更强调场景的几何表示，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的。
特点：A文件小。
B可采取高分辨印刷。
C图形可以无限缩放。
3 图形学过程3D几何建模、3D动画设置、绘制（光照和纹理）、生成图像的存储和显示4 与图像处理计算机图形学：研究模型及数据的建立和由模型生成图像的过程和方法。
（模型到图像）图像处理：将客观景物数字化成图像，研究数字化图像的采集、去噪、压缩、增强、锐化、复原及重建等。
（图像到特征）对立统一的关系。
5 计算机图形信息的特点图形信息表达直观，易于理解。
图形信息表达精确、精炼。
图形信息能“实时”的反映事物的分布和变化规律6 计算机图形学的应用计算机辅助设计及计算机辅助制造科学计算可视化地图制图与地理信息系统计算机动画、游戏用户接口计算机艺术7 计算机图形系统作为一个图形系统，至少应具有计算、存储、输入、输出、对话等五个方面的基本功能。
计算机图形学基础教程
计算机图形学基础教程第一章：引言计算机图形学是研究计算机处理和生成图像的一门学科，它涵盖了从数学、计算机科学到视觉感知等多个领域。
本教程将介绍计算机图形学的基本原理和技术，并通过实例演示来帮助读者理解和应用这些知识。
第二章：矢量图形矢量图形是计算机图形学中重要的概念之一。
本章将介绍矢量图形的定义、特点以及其在计算机图形学中的应用。
我们将学习如何使用数学表示矢量图形，如何进行矢量图形的变换和组合等。
第三章：三维图形的表示与变换三维图形的表示与变换是计算机图形学中的核心问题之一。
本章将介绍三维图形的表示方法，包括顶点表示和多边形表示，并讨论如何进行三维图形的变换，如旋转、平移、缩放等。
第四章：光照模型与渲染技术光照模型和渲染技术是实现真实感图形的重要手段。
本章将介绍光照模型的基本原理，如漫反射、镜面反射等，并讨论如何利用光照模型和渲染技术来实现真实感图形的效果。
第五章：图形管线与渲染流程图形管线是计算机图形学中的一个重要概念，它描述了图形数据如何从输入到输出的过程。
本章将介绍图形管线的基本原理和流程，并讨论图形数据的处理过程，如顶点处理、光栅化、片元处理等。
第六章：纹理映射与贴图技术纹理映射和贴图技术是计算机图形学中常用的技术之一。
本章将介绍纹理映射的原理和方法，包括纹理坐标的计算、纹理过滤、纹理混合等，并讨论如何利用纹理映射和贴图技术来增强图形的真实感。
第七章：几何建模与曲面设计几何建模和曲面设计是计算机图形学中用于创建和编辑三维模型的技术。
本章将介绍几何建模的基本原理和方法，包括点、线、面的描述，以及曲线和曲面的表示与构造等。
第八章：动画与模拟动画和模拟是计算机图形学中用于呈现动态场景的重要手段。
本章将介绍动画和模拟的基本原理和技术，包括关键帧动画、插值动画、物理模拟等，并讨论如何利用动画和模拟来实现逼真的动态效果。
第九章：图形学应用与未来发展计算机图形学的应用广泛，涵盖了游戏、电影、虚拟现实、计算机辅助设计等多个领域。
计算机图形学【笔记】
第一章计算机图形学简介1、什么是计算机图形学（定义）：计算机图形学是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。
计算机图形学一个主要的目的就是要利用计算机生成图形。
2、研究内容－－图形○研究计算机生成的图形○到处是计算机生成的图形：电视、书籍、杂志○当前的屏幕3、图形系统的基本构成4、光栅图形：也称为图像，以像素数组的形式贮存在帧缓冲区中。
利用光栅图形既可以绘制直线与曲线以及线框图，也可以生成填充的多边形。
5、应用领域：○科学可视化○计算机辅助设计○显示模拟○流程控制○图像处理○艺术、娱乐、出版业计算机图形学应用举例：※计算机辅助设计应用领域：飞机、轮船、汽车外形，大规模集成电路，建筑，服装，玩具优点：设计周期短，成本低，质量高※科学计算可视化–必要性：直接分析大量的测量数据或统计数据有困难–目标：用图形表现抽象的数据–应用领域：医学，遥感，流场等等※信息可视化：信息流量，商业统计数据，股市行情……※科技、教育、商业领域的交互式绘图※计算机艺术–书法、艺术图片–输入工具：键盘、鼠标、手写笔等等–软件工具：PhotoShop、CorelDraw、PaintBrush等等–优点：功能多、创作轻松、调色方便等等–缺点：目前难以容入人的灵感（未来的研究课题）※地理信息系统–建立在地理图形之上的关于各种资源的综合信息管理系统※计算机动画及广告影视创作–传统动画：费时费力，质量差，–例子：《大闹天宫》，90*60*24=129，600张胶片，几十位动画工作者近两年的时间–计算机动画（Computer Animation):效率高，质量高–例子：《侏罗纪公园》–计算机动画创作工具：3D MAX,MAYA等等※电脑游戏–逼实性–实时性–蕴含了先进的图形处理技术※多媒体系统-在计算机控制下，对多种媒体信息进行生成、操作、表现、存储、通信、或集成的信息系统，其中媒体至少应包括一种“连续媒体”及一种“离散媒体”-计算机处理的常见媒体：文本、图形、图像、语音、音频、视频、动画-特点：媒体的多样性、操作的交互性、系统的集成性※增强虚拟现实系统–Virtual Reality或称虚拟环境（Virtual Environment)–是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。
计算机图形学讲义课件第一章
Electronic Publication
随着微型计算机及桌上印刷设备的发展， 计算机图形学及人机交互技术在办公自 动化及电子出版系统中得到广泛的应用。 昔日需要提交给专门的印刷机构出版的 资料，现在可以在办公室内印刷了，办 公自动化及电子出版系统可以产生传统 的硬拷贝文本，也可以产生电子文本， 包括正文、表格、图形及图象等内容。
路径探索
数字地球图片
HCI
HCI是设计、评估和执行交互计算机系统以及研 究由此而发生的相关现象的 HCI是未来的计算机科学。我们已经花费了至少 50年的时间来学习如何制造计算机以及如何编 写计算机程序。下一个新领域自然是让计算机 服务并适应于人类的需要，而不是强迫人类去 适应计算机。 ----Dan R. Olsen(CMU)
断 路 器 操 作 盘
远 程 控 制 界 面
医疗卫生方面
图形用户界面
介于人与计算机之间，人与机器的通信，人机界面 （HCI）：软件＋硬件 发展：由指示灯和机械开关组成的操纵界面→由终端 和键盘组成的字符界面（80年代）→由多种输入设备 和光栅图形显示设备构成的图形用户界面（GUI）， （90年代）PC，工作站，WIMP(W-windows、I-icons、 M-menu、P-pointing devices)界面，所见即所得→VR 技术（发展方向）
CAD/CAM
图形学的主要应用领域之一 建筑、机械结构和产品设计（结构分析和外形设计）、布局（各 种管道，电子线路） AutoCAD, SolidWorks, Pro/E, UG, CATIA 实例 需要用户绘制出对象的精确图形
计算机辅助设计软件
由计算机构造对象的线框图模型
实例：已绘制的图形如下
小结：概念与术语
计算机图形学-第一章--概述资料
它已经并将进一步给人类带来巨大的影响和
利益。现在，CAD技术的水平已成为衡量一
个国家工业技术水平的重要标志。
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1.3 计算机图形学的应用领域
• 二、科学计算可视化
• 用图形来表示大量数据计算的结果或中 间过程。例如：
科技工作者需要认真分析大量的计算结
果以确定一个系统的描述；
商业主管需要分析大量的统计数据以做
出对未来商业行为的决策；
医生需要面对大量的CT数据以确定病人
体内是否发生病变及何处发生病变；
气象人员需要处理气象卫星传回的大批
数据以绘出未来一段时间内的天气变化趋势
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1.3 计算机图形学的应用领域
• 分析处理这些大批数据是艰难和枯燥的， 但如果应用计算机图形处理技术建立数据与 图形之间的关系并将它们以图形的形式在屏 幕上显示出来，则使用者很容易观察其中的 各种现象并找出变化规律。
的确立和发展也经历了从矢量显示器、存
储管显示器到光栅显示器的发展过程。
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1.2 计算机图形学的发展历史
• 图形输入设备也在发展，出现了：拇指 轮、操作杆、跟踪球、光笔、鼠标、触摸 屏、数据手套、数字化仪、扫描仪等输入 设备。
• 和图形硬件一样，图形软件也得到很 大的发展，各种图形算法、图形标准、图 形数据结构等逐渐成熟并投入使用，使计 算机图形学成为一门成熟的学科。
本自动阅读装置、还有地图符号的识别，都
是先由扫描得到图像，然后经识别还原为图
形或字符。
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ห้องสมุดไป่ตู้
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第一章 概述
• 3、计算几何（Computational Geometry） • 计算几何则着重讨论几何形体在计算机
计算机图形学内容总结
1 ．计算机图形学及其相关概念2 ．学科发展历史3 ．计算机图形学的应用用户接口、计算机辅助设计与制造、娱乐、计算机辅助绘图、计算机辅助教学、科学计算可视化、计算机艺术4 ．计算机图形系统(硬件部分)计算机图形系统:计算机图形系统的五大功能：六种逻辑输入设备：CRT 基本部件：屏幕分辨率及光点的定义；帧缓冲区容量的计算6 ．图形工作站与虚拟现实系统1 ．图形软件类型通用编程软件包和专用应用软件包、通用图形软件包的功能：属性描述、几何变换、观察变换、交互输入、控制操作2．坐标表示建模坐标、世界坐标系、规范化坐标系和设备坐标系的定义和关系；3．图形标准ISO&ANSI 定义的图形标准：GKS、PHIGS、CGI、CGM 4．窗口系统1．用户接口的常用形式子程序库、专用语言、交互命令2．交互设备、交互任务和交互技术：基本的交互任务有哪些3．交互设备有六种；交互设备、交互任务和交互技术之间的关系；4．输入控制输入模式:请求模式、取样模式、事件模式5．如何构造一个交互系统用户接口设计的手段：显示屏幕的有效利用、反馈、一致性原则、减少记忆量、回退和出错处理、联机帮助、视觉效果设计、适应不同的用户；基本交互绘图技术：回显、约束、网格、引力域、橡皮筋技术、草拟技术、拖动、旋转、变形1 ．图形扫描转换的定义；2 ．直线的扫描转换：DDA 画线法、中点画线法、Bresenham画线法；3 ．圆的扫描转换：中点画圆法、Bresenham 画圆法；4 ．椭圆的扫描转换：中点画椭圆法;5 ．多边形的扫描转换与区域填充： (1) 扫描线填充算法:扫描线多边形填充算法；(2)递归填充:边界填充算法、泛填充算法； (4-连通/8—连通)6 ．2D 裁剪：(1)直线段：Cohen—Sutherland 算法、Liang-Barsky算法； (2)多边形:Sutherland-Hodgeman 多边形裁剪算法;7 ．字符的处理字库分为点阵式/矢量式线形处理、线宽处理、线帽：方帽、突方帽、圆帽8 ．属性处理9 ．反走样走样：用离散量表示连续量引起的失真常见的走样现象:(1)光栅图形产生的阶梯形边界;(2)图形细节失真；(3) 狭小图形的遗失与动态图形的闪烁：在动画序列中时隐时现,产生闪烁。
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(1-3章讲义汇总整理)
图形显示系统是计算机图形处理系统中极其重要的部分。图形显示系统负责实时显示图 形处理的中间或最终结果，为用户提供可视的工作界面等。PC 机的图形显示系统逻辑上是 由监视器(Monitor，又称显示器)和显示卡(又称显示适配器)两大部分组成。目前显示器中主 要包括阴极射线管(CRT)，液晶显示器(LCD)和等离子显示器(PDP)。
图形输入板与坐标数字化仪
图形输入板与坐标数字化仪两者的工作原理与功能完全相同，它们都是将图形转变成计 算机能接收的数字量的专用设备。它们按工作原理的不同分为电磁式、超声波式、电位梯度 式、机械式等多种。数字化仪往往具在定位、拾取、选择的功能，其主要性能指标有分辨率、 精度和幅面。许多数字化仪提供多种压感。现在非常流行的汉字手写系统就是一种数字化仪。
光笔
光笔是一种手持检测光的装置，它直接在屏幕上操作，拾取位置。光笔原理简单，操作 直观，但荧光屏的分辨率、电子束扫描速度、荧光粉的特性、笔尖与荧光粉的距离和角度等 诸多因素都会影响光笔的分辨率与灵敏度。另外，光笔对于荧光屏上不发光的区域无法检测， 也不能用于液晶、等离子体等类型的显示器。
触摸屏
触摸屏利用手指等对屏幕的触摸位置进行定位。按工作原理可以分为：电阻式、电容式、 红外线式和声波表面波式。
计算机图形学的研究内容 计算机图形学的定义
计算机图形学是利用计算机来建立、处理、传输和存储从某个客观对象抽象得到的几何 和物理模型，并根据模型产生该对象图形输出的有关理论、方法和技术。1982 年，国际标 准化组织 ISO 将计算机图形学定义为：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。
CRT 显示器
CRT 显示器由于分辨率和可靠性高、速度快、成本低等优点，多年来一直是图形显示系 统中最重要的设备。CRT 显示器的工作方式分为随机扫描和光栅扫描两种方式，目前以光栅 扫描方式为主，这是因为，虽然随机扫描图形显示器具有画线速度快、分辨率高等优点，但 难以生成具有多种灰度和颜色且色调能连续变化的图形，而光栅扫描图形显示器却可以生成 有高度真实感的图形，因而已成为 PC 机和 Macintosh 计算机以及各种工作站所使用的最重 要的信息显示设备。
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
第一章计算机图形学简介
第五节 计算机图形标准
计算机图形的标准是指图形系 统及其相关应用系统中各界面之间 进行数据传送和通信的接口标准， 以及供图形应用程序调用的子程序 功能及其格式标准，前者为数据及 文件格式标准，后者为子程序界面 标准.
• CGI(Computer Graphics Interface) 为用户提供控制图形硬件的一种与设 备无关的方法，使得用户能够灵活方 便地直接控制图形设备，它是面向图 形设备的接口标准
第三节 计算机图形学
的应用及发展动向
• 图示图形学 • 制图学 • 计算机辅助设计和计算机辅助制造 • 计算机仿真与动画 • 计算机艺术与娱乐 • 可视化 科学计算可视化、商用可视化 • 教学与培训 • 图形用户界面 窗口、菜单和图标
图形学主要研究内容
• 图形的生成和表示技术 • 图形的操作与处理方法 • 图形输出设备与输出技术的研究 • 图形输入设备、交互技术及用户接
第一节 计算机图形学
计算机图形学 指用计算机产 生对象图形的输出的技术。
更确切地说，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。
模型：能够正确地表达出一个对象性质、 结构和行为的描述信息。
图形最终表示是由点和如何显示这些点 的绘图算法表示的。
图形软件：通用编程软件包－开发
专用应用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件包－应用
通用图形编程软件包提供一 个可用于高级程序语言的图形功 能扩展集。其包括生成图形元素、 设置颜色和亮度值、选择视图和 应用转换功能。
专用图形应用软件包－CAD、
CoreDraw
成交互任务的基础。 交互设备有定位、键盘、选择、
取值和拾取。 交互任务是用户输入到计算机
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。
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真实感图形实时绘制与自然景物仿真
计算机中重现真实世界的场景叫做真实感 绘制. 真实感绘制的主要任务是模拟真实物体的 物理属性，简单的说就是物体的形状，光 学性质，表面的纹理和粗糙程度，以及物 体间的相对位置，遮挡关系等等.
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真实感图形实时绘制与自然景物仿真
光照模型:简单光照模型;局部光照模型;
●电视广告，节目片头，科教演示（CAI） ● “古墓丽影”，“侏罗纪公园图形学在电影中的应用（1/4）
1977 Star Wars 因其特殊效果获得了oscar.
1978
•Superman因其特殊效果获得了oscar.
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图形学在电影中的应用（2/4） 1995
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1.2 计算机图形学的发展---在中国
从20世纪60年代中后期，我国开始了计算机图形设备和 计算机辅助几何设计方面的研究工作。
（1）1970年我国研制成功了黑白光笔图形显示器。
（2）1976年研制成功了彩色光笔图形显示器。
（3）计算机图形学在我国应用从20世纪70年代起步， 经过多年的发展，已在电子、机械、航空航天、建筑、 造船、轻纺和影视等多个领域中得到了广泛的应用。
graphical images with the aid of computer（ IEEE定义）
特点：新兴学科 边缘性学科 与传统理论密切联系
9
IEEE 协议的概念
IEEE是Institute of Electrical and Electronics Engineers的英文缩写，它的 中文含义是“电器与电子工程师协会”， IEEE是国际工程界非常有名的一个组织。
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1.3 计算机图形学的应用及研究前沿
图形用户界面
介于人与计算机之间，人与机器的通信，人机界面 （HCI）：软件＋硬件 发展：由指示灯和机械开关组成的操纵界面 →由终 端和键盘组成的字符界面（80年代）→由多种输入 设备和光栅图形显示设备构成的图形用户界面 （ GUI ） （ 90 年代） → PC ，工作站， WIMP(Wwindows 、 I-icons 、 M-menu 、 P-pointing devices) 界面，所见即所得→VR技术（发展方向）
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1.2 计算机图形学的发展
first CAD system (IBM 1959)
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20世纪70年代
1.2 计算机图形学的发展
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）。 ISO发布GKS、PHIGS等。
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。
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20世纪80年代
1.2 计算机图形学的发展
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。
4.计算几何 ：研究几何模型和数据处理的
学科，探讨几何形体的计算机表示、分析
和综合 。
计算几何 计算机图形
数 据 模 型
模式识别
数 字 图 像
图像处理
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1.2 计算机图形学的发展
计算机图形学的研究起源于美国麻省理工学院。
1950年，在该校诞生了世界上第一台图形显示 器，作为旋风1号计算机的输出设备。 1959年，美国CALCOMP公司根据打印机原理 研制出世界上第一台滚筒式绘图仪。
整体光照模型
绘制方法:光线跟踪;辐射度
加速算法:包围体树、自适应八叉树等等
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地理信息系统（GIS）
建立在地理图形之上的关于各种资源的综合 信息管理系统
数字地球，地形数据作为载体，（70％）全
球信息化.
军事，政府决策，旅游，资源调查。
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地形地貌和自然源图
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娱乐
●电脑游戏
实时性 逼实性 蕴含了先进的图形处理技术
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工程图及其三维重建结果1
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工程图及其三维重建结果2
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用AutoCAD软件制作 三维模型
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可视化
科学计算可视化(Scientific Visualization)
海量的数据使得人们对数据的分析和处理变得越来 越难，用图形来表示数据的迫切性与日俱增 1986年，美国科学基金会（NSF）专门召开了一次 研讨会，会上提出了“科学计算可视化 （Visualization in Scientific Computing）” 科学计算可视化广泛应用于医学、流体力学、有限 元分析、气象分析当中
聊城大学环境与规划学院
肖燕
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。
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教材与参考书
教材： 计算机图形学—原理、方法及应用 潘云鹤 等 高等教育出版社 参考书： 1.计算机图形学（第二版） [美]Donald Hearn/M. Pauline Baker著 蔡士杰等 译 电子工业出版社 2002年5月 2.计算机图形学 王汝传 著 人民邮电出版社 2002年7月 3.计算机图形学（第三版） 孙家广 等 清华大学出版社 1999年8月 4.计算机图形学基础教程 孙正兴 周良 郑宏源 著 清华大学出版社 2004年2月
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可视化
在医学领域，可视化有着广阔的发展前途 是机械手术和远程手术的基础 将医用CT扫描的数据转化为三维图象， 帮助医生判别病人体内的患处 由CT数据产生在人体内漫游的图象 可视化的前沿与难点 可视化硬件的研究 实时的三维体绘制 体内组织的识别分割——Segmentation
什么是计算机图形学？
计算机图形学研究的对象是什么？ 计算机图形学如何发展的？ 计算机图形学应用如何？
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1.1 计算机图形学及其相关概念
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。
Computer graphics is the art or science of producing
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1.2 计算机图形学的发展
在美国工业界，研制交互式图形显示器的工作也同时开展，其 中所起作用最重要的是IBM公司 。
1964年秋， IBM公司推出了IBM 2250显示器。 洛克希德飞机公司利用IBM 2250施行开发的CADAM绘图加工系 统，成为目前IBM主机上应用最广的CAD/CAM软件。 IBM 2250在 1978年前后改型为IBM 3250，1984年又改型为IBM 5080，采用 光栅扫描技术 。 20世纪60年代末和70年代初，美国Tektronix公司发展了存储管技术。 由于大规模集成电路技术的发展和专用图形处理芯片的出现，光栅扫描 型显示器的质量越来越好，价格越来越低，已成为图形显示器的常规 形式。
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1.2 计算机图形学的发展
Whirlwind 1: early graphics using VectorScope (1951)旋风1号计算机 输出设备
SketchPad: first interactive graphics (1962)
第一台光笔交互式图形显示器
第一台图形显示器诞生，类似示波器的图形显示设备，用它可以显示简单的图形
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计算机辅助设计与制造 （CAD/CAM）
-CAD/CAM是计算机图形学在工业界最广泛、最活 跃的应用领域
飞机、汽车、船舶的外形的设计
发电厂、化工厂等的布局 土木工程、建筑物的设计 电子线路、电子器件的设计 设计结果直接送至后续工艺进行加工处理，如波
音777飞机的设计和加工过程
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课程内容
第1章 计算机图形学基本知识（教材第1章和第
11章） 第2章 基本图形的生成与计算 第3章 图形变换与输出 第4章 图形输入与交互技术
第5章 真实感图形显示（教材第7章）
第6章 基本造型方法（教材第9章和第10章）
第7章 自由曲线曲面（教材第8章）
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第一章 基本知识 提出问题：
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3、与计算机图形学相关的概念？
1.计算机图形 ：用计算机表示、生成、处理和 显示的对象。由几何数据和几何模型利用计
算机进行存储、显示，并修改、完善后形成。
2.图像处理 ：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。
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3.模式识别 ：对所输入的图像进行分析和 识别，找出其中蕴涵的内在联系或抽象模 型，如邮政分拣、地形地貌识别等。
Quake Released by Id Software
Toy Story 成为第一部 全三维计算机动画特点 的电影；
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2000
图形学在电影中的应用（3/4）
Sony Playstation II