CG-7 图形交互技术
数控编程基础知识介绍PPT(22张)
数控技术
广东海洋大学工程训练中心
手工编程
优点
主要用于点位加工（如钻、铰孔）或几何形状 简单（如平面、方形槽）零件的加工，计算量小，程 序段数有限，编程直观易于实现的情况等。
缺点
对于具有空间自由曲面、复杂型腔的零件，刀 具轨迹数据计算相当繁琐，工作量大，极易出错，且 很难校对，有些甚至根本无法完成。
数控技术
广东海洋大学工程训练中心
UG
Unigraphics 是美国Unigraphics Solution公司开发 的一套集CAD、CAM、CAE 功能于一体的三维参数化 软件，是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造的 高端软件，用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和 电子等工业领域。
UG软件在CAM领域处于领先的地位，产生于美国 麦道飞机公司，是飞机零件数控加工首选编程工具。
N006 G80 X29300 Y5000
F600
走到C
N007
T02 M00 换刀
N008 G84 X19500 Y5000
F600 S170 M03 走到B
N009
Z-17400 R-14800 F297.5
攻丝B
N010
X8500 Y7200
F600
走到A
N011
Байду номын сангаасZ-17400 R-14800 F297.5
空行程600mm/min 攻丝1.75mm/r= 1.75 × 170=297.5mm/min
数控技术
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手工编程举例
数学计算 O（0，0），A（+85，+72） B（+195，+50），C（+293，+50）
cg贴合工艺
cg贴合工艺CG贴合工艺——打造逼真视觉效果的利器导语：随着科技的不断发展，计算机图形学（Computer Graphics, CG）在各个领域中的应用越来越广泛，其中一个重要的应用就是CG贴合工艺。
CG贴合工艺利用计算机生成的虚拟图像与真实场景进行融合，以达到逼真的视觉效果。
本文将为您介绍CG贴合工艺的原理、应用以及未来发展趋势。
一、CG贴合工艺的原理CG贴合工艺是通过将计算机生成的虚拟图像与真实场景进行融合，以达到逼真的视觉效果。
其原理主要包括以下几个方面：1.1 光照与阴影模拟CG贴合工艺通过模拟光照与阴影的效果，使得虚拟图像能够与真实场景完美融合。
通过对光照方向、光源亮度以及物体表面材质等参数的调整，可以使得虚拟图像在光照条件下呈现出真实感。
1.2 镜头模拟CG贴合工艺还需要对镜头进行模拟，以使得虚拟图像与真实场景在透视效果上保持一致。
通过调整镜头的焦距、景深等参数，可以使得虚拟图像与真实场景的透视效果更加统一。
1.3 色彩校正由于真实场景与计算机生成的虚拟图像在色彩上存在差异，因此需要对虚拟图像进行色彩校正，以使得其与真实场景的色彩更加一致。
通过调整色彩的亮度、饱和度以及色调等参数，可以实现虚拟图像与真实场景的色彩平衡。
二、CG贴合工艺的应用CG贴合工艺在影视制作、游戏开发、虚拟现实等领域具有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例：2.1 影视制作在影视制作中，CG贴合工艺可以将虚拟人物或特效与真实场景进行融合，以达到逼真的视觉效果。
比如在《阿凡达》这部电影中，通过CG贴合工艺将虚拟人物与真实演员进行融合，使得虚拟角色栩栩如生。
2.2 游戏开发在游戏开发中，CG贴合工艺可以使得游戏场景更加逼真，增强游戏的沉浸感。
通过将计算机生成的虚拟图像与真实场景进行融合，可以使得玩家身临其境地体验游戏世界。
比如在《巫师3：狂猎》这款游戏中，CG贴合工艺的应用使得游戏的画面效果更加逼真，提升了玩家的游戏体验。
关于计算机图形学的期末论文
关于计算机图形学的期末论文计算机图形属于一门计算机技术，计算机图形学是一种使用数学算法把二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。
下面是店铺为大家整理的关于计算机图形学的论文，希望能对大家有所帮助计算机图形学的论文篇一：《关于计算机图形学的发展及应用探究》【摘要】计算机图形学经过三十多年的发展，在计算机艺术、计算机动画、自然景物仿真、图形实时绘制的方面都有很大程度的成就。
图形学发展速度很快，并且已经成为一门独立的学科，应用前景非常广阔，本文就计算机图形学的发展及应用研究探讨，希望能帮助有所需要的人。
【关键词】计算机图形学;发展状况;应用什么是计算机图形学?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。
计算机图形学又称CG，计算机图形学研究的是如何在计算机环境下生成图形、处理图形、显示生成图形的一门学科，其基本构成是逐步实现对图形的处理和设计工作。
计算机图形学研究的内容极其繁多，如曲线曲面建模、图像制作指标、人机交换系统、计算机的硬件系统、风景渲染、电子动画、图形交换技术、真实感图形显示算法、虚拟现实、图形硬件等。
随着该项技术的不断发展，它在计算机科学中最为活跃的分支之一，并得到广泛的应用。
现在介绍计算机图形学的研究内容、发展历史、应用和图形学前沿的方向。
一、计算机图形学的发展史20世纪50年代，第一台拥有图形显示技术的计算机在美国麻省理工学院诞生，该显示器只能显示一些简单的图形。
在50年代，只有电子管计算机，用机器语言编程，主要应用于科学计算，为这些计算机配置的图形设备仅具有输出功能。
1962年，MIT林肯实验室的I-van.E.Sutherland发表一篇博士论文，他在论文中首次使用了计算机图形学“ComputerGraphics”这个术语，确定了计算机交互图形学作为一个崭新的科学分支的独立地位。
到20世纪70年代，光栅图形学迅速发展，区域填充、裁剪、消隐等基本图形的概念及其相应算法纷纷诞生，使得图形学得到了广泛的应用。
interactive image warping 算法 原理
interactive image warping 算法原理Interactive Image Warping 算法原理介绍Interactive Image Warping（交互式图像变形）算法是一种常用于图像处理和计算机图形学领域的技术。
该算法可以对图像进行形变和扭曲，从而实现图像的变形、增强、修复等功能。
本文将从浅入深地解释Interactive Image Warping算法的原理。
什么是图像变形图像变形是指对图像进行形变和扭曲的操作。
通过改变图像的像素位置和颜色，可以达到对图像进行旋转、平移、缩放、扭曲等效果的目的。
Interactive Image Warping算法提供了一种交互式的方式来进行图像变形，使用户可以直观地操作图像。
原理概述Interactive Image Warping算法的原理基于以下几个关键步骤：1.控制点选择：用户通过输入将图像中一些关键点与其对应的目标位置进行匹配。
这些关键点被称为控制点，用于确定图像变形的基准。
2.变形网格生成：根据控制点的位置和分布，生成一个网格，该网格覆盖整个图像。
网格的形状和大小可以根据具体需求来调整。
3.映射函数计算：根据控制点和网格，计算每个像素点在变形后的位置。
这个计算过程需要使用到一些数学模型和插值算法。
4.图像变形：根据映射函数的计算结果，对图像中的每个像素点进行重新定位，并根据需要进行颜色插值，从而实现图像的变形效果。
5.交互操作：用户可以通过鼠标或触摸屏输入的方式，对控制点和网格进行移动、添加或删除，从而实时调整图像的变形效果。
映射函数计算映射函数是Interactive Image Warping算法中最核心的计算步骤之一。
它通过将原始图像的像素坐标映射到目标图像的坐标，实现图像的变形。
常用的映射函数有线性映射和非线性映射。
线性映射在简单的图像变换中得到广泛应用，而非线性映射则可以处理更加复杂的图像变形效果。
在计算映射函数时，通常会使用到插值算法。
国科发火〔2016〕32号---国家重点支持的高新技术领域
国科发火〔2016〕32号---国家重点支持的高新技术领域附件国家重点支持的高新技术领域一、电子信息二、生物与新医药三、航空航天四、新材料五、高技术服务六、新能源与节能七、资源与环境八、先进制造与自动化一、电子信息（一）软件1. 基础软件服务器/客户端操作系统；通用及专用数据库管理系统；软件生命周期的开发、测试、运行、运维等支撑技术，以及各种接口软件和工具包/组、软件生成、软件封装、软件系统管理、软件定义网络、虚拟化软件、云服务等支撑技术；中间件软件开发技术等。
2. 嵌入式软件嵌入式图形用户界面技术；嵌入式数据库管理技术；嵌入式网络技术；嵌入式软件平台技术；嵌入式软件开发环境构建技术；嵌入式支撑软件生成技术；嵌入式专用资源管理技术；嵌入式系统整体解决方案设计技术；嵌入式设备间互联技术；嵌入式应用软件开发技术等。
3. 计算机辅助设计与辅助工程管理软件用于工程规划、工程管理/产品设计、开发、生产制造等的软件工作平台或软件工具支撑技术；面向行业的产品数据分析和管理软件；基于计算机协同工作的辅助设计软件；快速成型的产品设计和制造软件；专用计算机辅助工程管理/产品开发工具支撑技术；产品全生命周期管理（PLM）系统软件；计算机辅助工程（CAE）相关软件；分布式控制系统（DCS)、数据采集与监视控制系统（SCADA)、执行制造系统（MES）技术等。
4. 中文及多语种处理软件中文、外文及少数民族文字的识别、处理、编码转换与翻译技术；语音识别与合成技术；文字手写/语音应用技术；多语种应用支撑技术；字体设计与生成技术；字库管理技术；支撑古文字、少数民族文字研究的相关技术；支撑书法及绘画研究的相关技术；语言、音乐和电声信号的处理技术；支撑文物器物、文物建筑研究的相关技术；支撑文物基础资源的信息采集、转换、记录、保存的相关技术等。
5. 图形和图像处理软件基于内容的图形图像检索及管理软件；基于海量图像数据的服务软件；多通道用户界面技术；静态图像、动态图像、视频图像及影视画面的处理技术；人机交互技术；裸眼3D内容制作技术；3D图像处理技术；3D模型原创性鉴定技术；遥感图像处理与分析技术；虚拟现实与现实增强技术；复杂公式图表智能识别转换技术；位图矢量化技术和工程文件智能化分层管理技术；实现2D动画和3D动画的自主切换和交互技术等。
基于csg模型动态重构的快速显示算法
A QUICK VISIBLE ALGORITHMBASED ONDYNAMIC CSG RECONSTRUCTIONABSTRACTThe traditional Z buffer – scan line visible algorithm has the high performance. It is usually applied with the B-reps modeling. Because the procedural pipeline structure of this algorithm is very simple for hardware implementation, it has been widely merged into the 3D accelerating chip (GPU). B-reps modeling also has a shortcoming, that is, it is very poor in processing the B oolean operation between geometry objects. It is very hard and unreliable to get the B-reps definition of the new geometry object from the Boolean operative combination between objects[1]. This problem can be easily solved by CSG modeling. The CSG modeling doesn’t give out the explicit definition of an object directly. It uses a set of primitives and a Boolean operation structure to define a geometry object. The ray casting algorithm based on CSG can support the Boolean operation reliably by transforming the 3D space into 1D space[2].The new algorithm, proposed by this paper, use a mixed geometry definition combined the CSG modeling and B-reps modeling. The primitives have three styles: polyhedron, sweeping and curved surface solid. The polyhedron is defined by the B-reps modeling; the swept solid is defined by the primitives and the Boolean operations; the curved surface solid has another two sub styles. First one, which is an airtight curved surface solid, is defined by a unique formulation. This style includes sphere, ellipsoid and so on. Another style of curved surface solid, which isn’t airtight, is defined by a union combination of a curved surface and several half-infinite planes. This style includes cone, cylinder, Bézier surface and so on. The Boolean operation structure (CSG structure) is defined by using the binary tree. The new algorithm based on this mixed geometry definition is a combination of the traditional span scan line and ray casting. It can not only maintain the high performance of the scan line, but also support the Boolean operation well.By using the projected silhouette of every primitive that combines the object,every scan line is divided into several spans, which is similar with the general span scan line algorithm. For every span, the CSG structure of the object will be simplified, which is called dynamic CSG reconstruction. It can ignore a lot of unnecessary intersection calculation between the ray and the primitive, and the Boolean operation calculation cost is also saved a lot.To speed up the algorithm further, some incremental calculations, such as 1/t linear technology and the forward difference technology will be used. And the pixel-sampling step will be used, too. The pixel-sampling step divides the image into grids and can tremendously enhance the performance by using a schema on every grid, which is similar with the Directional Coherence Map[3].This algorithm strongly supports the Boolean operation, and at the same time, still has the good performance, which can get the interactive speed. On the other hand, because every primitive, including the curved surface solid, is defined implicitly and accurately, the algorithm can satisfy some high qualified need for some CG and CAG system.KEY WORDS ray casting, span scan line, dynamic CSG reconstruction, pixel-sampling step学位论文原创性声明本人郑重声明是本人在导师的指导下除文中已经注明引用的内容外对本文的研究做出重要贡献的个人和集体本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担傅迪勇日期学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于不保密请在以上方框内打学位论文作者签名何援军日期2005年1月25日第一章 绪论1.1 计算机图形学发展简史1950年号(Whirlwind 1)计算机的附件诞生了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到50 年代末期旋风第一次使用了具有指挥和控制功能的CRT 显示器这预示着交互式计算机图形学的诞生MIT林肯实验室的Ivan E. Sutherland发表了一篇题为的博士论文Computer Graphics È·¶¨Á˼ÆËã»úͼÐÎѧ×÷Ϊһ¸öոеĿÆѧ·ÖÖ§µÄ¶ÀÁ¢µØλͨ¹ý²åÖµ4条任意的边界曲线来构造曲面法国雷诺汽车公司的工程师Pierre Bézier发展了1套被后人称为Bézier曲线并成功地开发出一套用于汽车外形设计的UNISURF系统20世纪70年代是计算机图形学发展过程中一个重要的历史时期在60年代就已萌芽的各种光栅化算法迅速发展起来裁剪图形学进入了第一个兴盛的时期1974年与机器无关的图形技术提出了制定有关标准的基本规则开始制定有关标准１９７９年先后制定和修改了 (Core Graphics System)计算机图形元文件标准CGM(Computer Graphics Metafile)面向程序员的层次交互图形标准PHIGS( Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics Standard)等为计算机图形学的推广资源信息共享等计算机图形学的另外两个重要进展是真实感图形学和实体造型技术的产生1971年Gourand提出的思想1975年Phong提出了著名的简单光照模型Phong模型从1973年开始美国罗彻斯特大学的PADL21系统等实体造型系统并第一次给出了一种光线跟踪算法的范例来实现这个模型美国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光线跟踪算法和辐射度算法的提出从20世纪80年代中期以来计算机的运算能力的提高使得图形学的各个研究方向得到充分发展科学计算可视化影视娱乐等领域[4]¼¸Ê®ÄêÀ´ÔڿɼûÃæÅбðËã·¨ÒÔϼòÒª»Ø¹ËһϼÆËã»úͼÐÎѧÔÚÕâЩ·½ÃæµÄÑо¿¹¤×÷»ù±¾ÊµÌå¾ÙÀý·¨±ß½ç±íʾ·¨CSG在基本实体举例法中这些基本实体一般用典型的参数形式来表示一些相对复杂的对象扫掠体表示法通过一个二维图形沿空间路径做扫掠运动来定义形体因为路径和形状的选择都可能使得扫掠体产生自交比如两个简单的扫掠体的布尔并运算一般不太可能是一个扫掠体边一般而言对于这种表示法来说带孔洞的多连通域形体和几何形体布尔集合运算将是几个较难解决的问题[1]ÕâЩ·½ÃæµÄ´¦Àí¼¼ÊõÒÀÈ»´¦ÓÚÑо¿½×¶ÎʵÌå±»·Ö½â³ÉÏàÁ¬µÄµ«²»ÏཻµÄʵÌå×éºÏ¿Õ¼äλÖÃö¾Ù·¨ÕâЩ·½·¨¶Ô´øÇúÃæµÄÐÎÌåÒ»°ãÖ»ÄܲúÉú½üËƵıíʾͬʱ´æ´¢¿ªÏú½Ï´óCSGÊý¾ÝÒÔ¶þ²æÊ÷µÄÐÎʽ´æ´¢ÁíһЩÔò±íʾ»ù±¾ÊµÌå实际系统一般都同时使用以上几种形体表示方法GMSOLID[5]在存储时使用CSG 表示而使用边界表示法来完成对所需数据的快速查询如PM八叉树[6]/PM四叉树[7]采用的就是八叉树/四叉树和边界表示法的混合表示1.2.2消隐算法简介对于场景中每个几何形体的可见性的判别过程亦称消隐图像精度算法基于显示设备的分辨率对象精度算法有Roberts算法它们都是基于可见线的消隐显示的图像精度算法以显示设备上的像素为单位进行可见面的判别深度排序算法BSP扫描线算法八叉树算法1.2.3照明处理算法简介根据物体表面的位置又称渲染著名的局部照明算法有Gouraud算法和Phong算法后者则对物体表面的法向量进行线性插值所以需要利用一些特定的技术来生成阴影Apple[8],Bouk[9]等人最早通过对扫描线算法的改造来实现阴影效果Corw[11]使用几何形体的阴影体来实现造影另外Kay和Greenberg[14]实现了一种生成薄曲面轮廓边上光亮衰减效果的方法光线跟踪算法和辐射度算法是两种主要的全局光照算法辐射度算法最早由Goral Greenberg和Battaile[16]以及Nishita和Nakamae[17]提出是一种更加精确的处理物体间漫反射的方法这里先简要介绍一下近年来图形学研究领域在光线投射/跟踪算法上的工作它的缺点是没有利用任何相关性来加速运算后人对它做了很多的优化和改进快速计算入射光线的首交点Bala[21]等人利用扫描线算法和光线投射算法的结合来提高计算效率Span Scan Lineͨ¹ý¶ÔÇøÓò¶ËµãÉϵÄÁ½¸öÏñËØʹÓô«Í³¹âÏßͶÉäËã·¨¼ÆËãÊ×½»µãʹ֧֮³Ö¼¸ºÎ¶ÔÏóµÄ²¼¶ûÔËËãÕâÖÖ·½·¨µÄʵÖÊÊÇÒ»ÖÖÀûÓùâÏ߸ú×ÙµÄÇøÓòɨÃèÏßËã·¨ÐèҪʹÓöà边形网格来代替曲面参与处理本文所讲述的算法也是一种区域扫描线算法和光线投射算法的结合能够直接支持一部分曲面实体另外它还可以生成带折射而Peter的方法对此却无能为力光线投射算法已被广泛应用于体绘制技术中陈礼民等人[24]利用数据场之间的相关性和不等步长采样法来快速生成体绘制图像胡英等[26]则给出了一种利用光线投射算法快速完成3维模型重建的方法使得研究光线投射/跟踪算法的实时交互应用变的非常热门Vlastimil[27]等人利用计算机动画中的前后帧相关性1998年Baining Guo[3]提出了方向相关性映射的概念并对方格中的像素进行方向性插值计算来快速完成渲染本文第4章中提出的像素采样步长技术也利用了类似的思想在2D光线投射算法的研究中Visibility Complex´Ëºó²»ÉÙÈËÓÅ»¯ºÍ¸Ä½øÁËÆäµÄÏë·¨徐智渊等[30]则在入射光线与三角形网格的求交运算中提出了一种有效的剔除算法并针对由稠密三角形网格组成的复杂场景最后使得如何利用并行算法来实现光线跟踪的研究也很多 1.3.2硬件实现方面的研究基于Z Buffer算法的硬件实现技术目前已经非常成熟ＰＣＩ２．０数据的传输率已经发展到Gigabyte / sec的级别一些令人激动的功能造影动感模糊和环境映射等都已经陆续被上述两个图形软件包所支持几乎已经可以和CG动画媲美相比之下上世纪80年代Osaka大学建造的LINKS-1系统[36]²»¹ýÕâЩÌåϵ½á¹¹´ó¶à±È½Ï¸´ÔÓÇÒÔÚÐÔÄÜÉÏÃæµÄ±íÏÖ²¢²»Ê®·ÖÀíÏëÕâÖÖÇé¿öÒѾ-ÓÐËù¸Ä±äPurcell[38]第二章 基于CSG动态显示模型的消隐算法传统扫描线算法在处理曲面形体时这种方法虽然运行效率高但是它很有局限性图像的质量会变的非常糟糕但这会大大增加存储所需的内存开销多边形拟合法也会失效一个长方体中间有一个圆柱形空洞如果系统支持碰撞检测将出现问题插入其中的圆柱体都没有办法以水平坐标轴旋转而是用很多线段拟合的多边形使用B-reps表示法依然存在以下4个问题[1]如何有效的处理各种自由曲面23Éú³ÉеÄʹÓÃB-reps定义的形体 修改几何形体的操作比较困难至今为止还未有十分可靠和成熟的技术出现虽然在处理自由曲面时的效率会很低它可以说是非常有效基于CSG造型的光线投射算法可以很好的支持几何形体的布尔集合运算如图2－2所示的一个砂锅而在基本实体只使用长方体和球体的情况下在形体存储的紧凑性上图2-2 使用CSG造型生成的砂锅Figure 2-2 a boiler constructed by CSG modeling此外利用光线投射算法天生的特性还可以生成带反射这一点对于普通的可见面判别算法来说很难2.1 算法概述为支持几何形体间的布尔运算就需要在B-reps表示法和CSG 造型之间找到一个平衡点本文所论述的算法正是这样一种将区域扫描线算法引入光线投射算法的结合算法以下先简要回顾一下光线投射算法和区域扫描线算法是一种典型的图像精度消隐算法将窗口划分为规则网格对窗口中的每个像素来说穿过像素中心到达场景中算法2.1 光线投射算法在视图平面上选择投影中心和窗口for (场景中的每个对象){ if (对象被交并且最近) 记录交点和对象名}}2.1.2传统区域扫描线算法区域扫描线算法最早由Watkins[41]提出span²»Í¬ÓÚÒ»°ãɨÃèÏßËã·¨ÔÚÿ¸öÏñËØÉ϶¼½øÐÐÉî¶È¼ÆËã¾Í¿ÉÍê³É¶ÔÕâ¸öÇøÓòÄÚËùÓÐÏñËصĿɼûÐÔµÄÅжϴÓͼ2－3（ａ）中可以看出spanÈçͼ2－3（ａ）中的区域1区域只包含一条线段 如图2－3（ａ）中的区域3a存在重端点的区域c¿ÕÇøÓòÉèΪ±³¾°¶ÔÓÚ´æÔÚ¶àÌõÏ߶εÄÇøÓòÒ»°ã»áͨ¹ý±È½ÏÕâЩÏ߶εÄÖеãÀëÊÓµãµÄ¾àÀëÀ´ÅжÏÄÄÌõÏ߶ÎΪ¿É¼ûÏ߶δËÍâÒ»°ã»áͨ¹ý¶ÔÇøÓò½øÒ»²½·Ö¸îÀ´½â¾öÖ®2.1.3结合区域扫描线的快速光线投射算法本算法是一种将区域扫描线算法引入光线投射算法的混合算法算法首先利用类似于区域扫描线中的区域的概念然后针对每一分割区域生成不同的CSG动态显示模型可大幅减少求交计算中处理物体的次数整个算法的流程可以描述为算法流程for each (CSG几何形体solidX in 场景){确定扫过solidX的扫描线范围ｙ ＜ ｙＭａｘf or each (每一个区域span in 扫描线y){ 针对span简化solidX的CSG层次结构使用solidX_drecon计算当前区域中所有的投射光线的首交点}}}ʵÖÊÉÏÊÇÒ»¸öÕë¶Ô²»Í¬É¨ÃèÏßÇøÓòÀ´¶¯Ì¬ÓÅ»¯Çó½»´¦Àí¹ý³ÌµÄ·½·¨¶ÔÓÚͼÏñÉϵÄijһÌõɨÃèÏßµÄijһ¸ö»®·ÖÇøÓòÀ´Ëµ¶øÖ»ÊÇ°üº¬ÁËÆäÖеÄÒ»²¿·Ö»ù±¾ÊµÌå图2-4 两个长方体的布尔差运算(a) 扫描线y0穿过形体Sb形体S的线框消隐图Figure 2-4 the Boolean difference operation of two boxes(a) The scan line y and the object S; (b) The scan line y is divided into three spans(c) The visible wire-frame image for S如图２－４（ａ）所示长方体A和B CSG模型为S = A – BËã·¨ÒÔ³¡¾°ÖÐÿ¸ö»ù±¾ÊµÌå在视图平面上的投影轮廓线来作区域分割ｊ和k三个区域则有只需和物体A求交l 处于区域k的光线只包含物体B²»ÐèÒª½øÐÐÇó½»ÔËËãÒòΪA和B都被区域j包含对每一分割区域如果按照原CSG模型的拓扑结构则在该扫描线区域显示时只需关注该动态显示模型中的基本实体达到以区域为单位的动态局部优化光线求交次数和相应的布尔集合运算都有大幅度地减少根据布尔运算的性质从原CSG模型中简化出一个用于显示当前区域的CSG动态显示模型2.2 基于CSG动态显示模型的扫描线区域分割传统区域扫描线算法利用区域分割的目的是通过少数几次比较即可完成对区域内像素的可见性的判断不同于传统区域扫描线算法动态简化原有的CSG模型从而优化光线首交点的求交运算过程导致它们分割区域的标准也大不相同而本算法将利用组成几何形体的所有基本实体在投影平面上的投影轮廓线作为区域分割的标准图2-5 不同区域划分规则的比较 (a)几何形体的线框消隐图(c)使用基本实体的面边来划分Figure 2-5 the Comparison of two rules for cutting spans(a) The visible wire frame image; (b) Use the edge of the primitive;(c) Use silhouette of the primitive之所以使用以上分割方法的原因是所以不能使用基本实体的边来分割区域产生不必要的开销它由两个长方体的布尔减运算生成i1i3由于这三个区域包含基本实体的情况都不相同再看图２－５（ｃ）一共生成了5个区域ｋ２ｋ４所以它们对应的动态显示模型也相同2.2.2 区域分割算法在求取扫描线与基本实体轮廓线的交点后以下是对扫描线进行区域分割的算法描述算法流程ｙfor (每一个组成当前几何形体的基本实体){ 求取基本实体的投影轮廓线与扫描线y的交点以及进点/出点情况ｙ ｝ 对交点集ISet里的所有交点按X轴坐标从左至右排序上述算法最后输出的结果是每条扫描线上从左到右依次排列的交点序列中的每个交点都保存有如下3条信息 交点的X轴坐标 进出当前交点的基本实体ID基本实体的进点/出点标志就可对原有的CSG模型进行简化CSG动态显示模型的生成将通过对CSG模型中的每个内部节点应用布尔逻辑简化规则来实现2.3.1布尔逻辑简化规则应用于内部结点上的布尔逻辑简化规则一共有9条布尔逻辑简化规则规则１(并1)ø=Sø规则３(并3)ø=规则４(交1)ø=øø规则６(交3)ø=øS －ø=Sø －S=ø规则９(差3)规则中的ø代表某棵子树为空span2.3.2 CSG动态显示模型的生成生成CSG动态显示模形的过程可以用以下伪代码来描述对布尔减Ｓ ＝ ａ －b作如下规定右儿子指向b°üÀ¨ÄÚ²¿½ÚµãºÍÒ¶×Ó½ÚµãNode:: rightchildp指向当前节点的右儿子检查几何形体对应的那棵CSG树的所有叶子包含的叶子活性打开几何形体CSG层次结构的根指针root// 本算法通过递归函数来实现Node* CSG_DynamicRecon(Node* nodep){ Node* templeftp, temprightp;if ( nodep所指向的是叶子节点){ if ( 叶子有活性) return nodep;else return NULL;}templeftp = CSG_DynamicRecon(nodep－＞leftchildp); //传入当前节点的左儿子 temprightp = CSG_DynamicRecon(nodep－＞rightchildp); //传入当前节点的左儿子if ( nodep指向的内部节点为逻辑并){if ( templeftp和temprightp符合规则1) return templeftp;else if ( templeftp和temprightp符合规则2) return temprightp;else if ( templeftp和temprightp符合规则3 ) return NULL;else return nodep;}else if ( nodep指向的内部节点为逻辑交){if ( templeftp和temprightp符合规则4 ) return NULL;else if ( templeftp和temprightp符合规则5 ) return NULL;else if ( templeftp和temprightp符合规则6 ) return NULL;else return nodep;}else // 说明nodep指向的内部节点为逻辑减{if ( templeftp和temprightp符合规则7 ) return templeftp;else if ( templeftp和temprightp符合规则8 ) return NULL;else if ( templeftp和temprightp符合规则9 ) return NULL;else return nodep;}}图2－6描述了一个几何形体在某区域中生成CSG动态显示模形的过程设某区域只包含基本实体X1和X3则按算法2.4¶þ²æÊ÷²¢ÔÚ±éÀú¹ý³ÌÖжÔÿ¸öÄÚ²¿½ÚµãÓ¦ÓÃ布尔逻辑简化规则整个简化过程如图２－６（ｂ）所示CSG动态显示模型的生成过程Figure 2-6 the dynamic reconstruction of CSG(a) The CSG structure of the original object; (b) The dynamic reconstruction2.4 算法总流程综合以上各节算法2.5算法2.5首先对场景中的每个几何形体做一次简单的包容性测试然后对那些完全包含或者部分包含的几何形体进行处理然后对这些扫描线按照从下到上的顺序依次进行处理先利用组成几何形体的基本实体的投影轮廓分割当前的扫描线然后调用算法２．４为每个区域都单独生成一个CSG动态显示模型交点信息写入Z缓冲和Frame缓冲图2-7 算法2.5的流程图Figure 2-7 the flowchart for algorithm 2.5第三章 几何实体造型本系统使用CSG造型表示法来定义几何形体凹多面体通过对CSG造型进行适当修改和扩展3.1 CSG造型表示法传统的CSG造型表示法通过一系列基本实体的布尔运算组合来生成几何形体组成几何形体的基本实体被定义在二叉树的每个叶子节点上如长方体或球体等如无限半空间使它支持很多自身含有非闭合曲面的形体圆柱或者样条曲面等即每个内部节点都代表一种布尔运算操作图3-1 由CSG模型定义的几何形体Figure 3-1 the CSG modeling3.2 基本实体理论上不过在实际应用中以下将介绍两类最基本的实体更为复杂的形体则在3.4节中讨论3.2.1 多面体多面体是一种最简单的几何形体一般使用边界表示法来表示多面体边和面来刻画它每条边则用它的起点和终点来定义为进一步节省数据存储空间可以使用一些改进的数据存储结构虽然凸多面体和凹多面体在几何造型表示方面没有任何差别两者有一定的差别很多信息都是确定的无交点两个交点和无限个交点无限个交点可以看作两个交点相比之下如一个凹多面体可以和一条投射光线产生任意多对交点3.2.2 空间封闭的二次曲面二次曲面体中唯一可以直接使用方程隐式表示的只有球体和椭球体如圆柱和双曲线旋转面等由于它们自身在三维空间上面的非封闭性对于在三维空间上封闭的球体和椭球体来说只需一个3元2次方程就可以完成2222R z y x =++标准椭球体方程为３－２可以将以上二式转换成下列形式３－３3－3ÒàÊÇËùÓжþ´ÎÇúÃæÔÚÈýάֱ½Ç×ø±êϵϵÄͨÓ÷½³Ì= w z y x M w z y x *''''3-4´ÓʵÌ弯ÖÐÑ¡ÔñÁ½¸ö¼¸ºÎÐÎÌåÒ²¿ÉÒÔÊÇÒѾ-ʹÓÃCSG 造型定义的几何形体平移移动这两个几何形体到指定位置以上过程重复进行其中有三种布尔操作可以选择Intersection布尔并和布尔差这个构造几何形体的过程可以简单的描述为一棵二叉树就将它看作叶子节点则将它看作是新生成2叉树的一棵子树为新的几何形体生成一个根节点交这样图3－2给出了图3－1中几何形体的二叉树表示CSG造型在刻画和处理一些复杂几何形体的时候会遇到一定的困难对CSG造型进行适当的改造和扩展以下分别对如何使用CSG造型来表示非闭合曲面和扫掠体进行一番讨论圆锥和双曲线旋转体等非封闭二次曲面的表示需要引入另外一类特殊的基本实体无限半空间是一个有向半无限空间,+{(≤,++yxyzx∀z*cy|)d0}*z*,,a,bx有了以上这种无限半空间方法是利用非封闭二次曲面和若干个无限半空间的布尔交来定义出有界的二次曲面实体而有界的圆锥体可以被表示成一无限长圆锥面和切割它底部的一个无限半空间的布尔交其余同类型的二次曲面体亦可类似给出定义如曲面和平面的交线一般来讲求取较为复杂并在求取二次曲面体轮廓线的过程中使用包围盒来替代这些二次曲面体而非二次曲面体本身的轮廓线所以这样做会增加一些求交计算的开销但是这种解决方案的确使一些问题的处理变得简单同时对系统的可靠性和扩展性亦有一定的益处(b) 圆锥体Figure 3-3 CSG modeling for quadric surface solid(a) Cylinder; (b) Cone3.4.2样条曲面的表示像NURBSËùÒÔÒ²ÐèҪʹÓÃÀàËÆÉÏÒ»½ÚµÄ¼¼ÊõÀ´±íʾÕâЩÇúÃæͨ¹ýÈô¸É¸ö·Ç·â±ÕÇúÃæºÍÈô¸É¸öÎÞÏÞ°ë¿Õ¼äµÄ½»¼¯ÕâÑùϵͳ¿ÉÒÔÖ§³ÖÒ»ÀàеĻù±¾ÊµÌå´úÑùÌõÇúÃæµÄʵÌå即使采用一系列加速运算的手段无法满足系统的实时要求则没有必要对图像的质量和几何形体的精确性要求太高可以使用多边形网格来代替样条曲面参与处理以加快显示速度替代样条曲面的多边形网格不宜过于细致3.4.3简单扫掠体的表示表示扫掠体的数学隐式方程一般都为复杂的参数方程形式所以多数的CAD/CG系统会使用一些近似的替代方法来定义扫掠体不过为了保持本系统对几何造型表示的统一性是如何使用CSG 造型定义扫掠体的方法图3-4 用CSG 造型表示简单扫掠体 (a) 扫掠路径为在ＸＯＹ平面上的圆b使用１６边形近似代替原扫掠路径dsimple sweeping 是指使用平行扫掠或者旋转扫掠生成的扫掠图案并不改变形状的一类扫掠体使用CSG 造型定义较为容易分成许多个小的基本实体设T 为定义在扫掠路径上面的一个运动参数Ｔ其中t0和t1分别为扫掠起点和扫掠终点上的T 值Ｖ（ｔ）表示位于扫掠剖面t 内的点的集合U U U U U 1)()]1()1()0()0([t t T t v T V t V t t V t t V t V Limit S =→∆=∆−•••∆+=其中而实际应用中t 值然后使用一种已知的基本实体来近似的代替每个分割部分体的近似表示它是一个在XOY平面内的以O 点为圆心的圆图３－４（ｃ）显示的是使用一个16边形近似代替原有的扫掠路径对应16边形的一条边整个扫掠体将可以近似的表示为16个圆柱体的布尔并,如图３－４（ｄ）可以参见文献[45]中的详细论述与简单扫掠体相比扫掠路径可以是任意的3维空间曲线此外它还允许扫掠剖面的形状在扫掠过程中发生改变blending surfaceÈçͼ3－5图3-5 连接两个不同形状的实体的混合表面[46]Figure 3-5 the fillet volume to join two disconnected solids[46]使用多边形网格拟合技术可以较为方便的表示一般扫掠体使用CSG造型来表示一般扫掠体则比较复杂对于扫掠路径是任意3维空间曲线的情况通过将空间曲线进行切分当然在具体进行切分的过程中因为现在涉及的扫掠路径是3维空间的自由曲线可以采用水平切分法或者确定一个固定的切分方向使以上问题简化即扫掠剖面形状可以发生改变的情况使用这类基本实体和它们之间的布尔并才可以给出对整个混合表面的定义假设代表扫掠体初始形状的方程为g(x)则这个混合方程一般可以表示为g(x)和f(x)的混合形式出的一种合成方法为３－７ｔ３－８3.5 对自由曲面的多边形拟合处理对带样条曲面或者混合曲面的实体来说这样做主要基于以下3点原因 对这类实体中存在的自由曲面的求交速度较慢2ûÓбØÒª¶ÔͼƬµÄÖÊÁ¿ÒªÇóºÜ¸ß对曲面表面特征的显示将变得容易因为在多边形拟合的过程中已经很自然地对曲面实施了网格化动态重构一个原CSG模型的子集而得到的CSG动态显示模型和普通的CSG模型并没有什么不同叶子节点二叉树中使用的节点一共分两种内部节点拥有3个数据域一个指向左儿子的指针leftchildpoint和一个指向右儿子的指针rightchildpointÓÃÀ´´æ´¢»ù±¾ÊµÌåËù°üº¬µÄÐÅϢΪÇóÊý¾Ý´¦ÀíµÄ·½±ãºÍ´æ´¢¿Õ¼äµÄ½ÚÊ¡Õâ¸öÊý¾Ý½á¹¹¿ÉÒÔͨ¹ýÐÞ¸ÄÈçÉÏÃèÊöµÄCSG二叉树结构来得到修改内部节点定义leftchildpoint_dynamicCSG和rightchildpoint_dynamicCSGÔ-À´µÄÁ½¸öÖ¸ÕëÊý¾ÝÓòÔòÓÃÓÚ¼¸ºÎÐÎÌåµÄÔ-CSG模型修改叶子节点的定义IsactivatedÔÚCSG动态显示模型的生成过程中将利用这个标记来判断叶子节点是否被当前区域包含对本算法所使用的几何造型表示方法做如下总结每个几何形体依然使用一系列基本实体和一个CSG层次结构来表现叶子节点还拥有一个名为Isactivated的叶子活性域当Isactivated 为真时为假时这个扩展的CSG造型表示法所支持的基本实体大致分为六类凹多面体非闭合二次曲面对前两类基本实体对于自身闭合的二次曲面而对于那些非闭合的空间曲面则使用曲面和无限半空间的布尔交来表现系统则使用混合函数来定义表3-1 基本实体类型及相关表示方法Chart 3-1 the style of the primitive and its representation method基本实体类型形体表示方法代表形体凸多面体使用边界表示法表示正四面体凹多面体使用边界表示法表示五角星体闭合二次曲面使用二次曲面的三维空间坐标方程来表示球圆锥带样条曲面的形体若干无界曲面和无限半空间的布尔交表示带B样条曲面的形体扫掠体混合表面使用混合函数来定义如图3－5所示的形体算法用来存储几何形体信息的数据结构实质是它原来的CSG模型和一个CSG动态显示模型的整合结构中的每个内部节点将有五个数据域1Ö¸¶¨ÄÚ²¿½Úµã±íʾÄÄÖÖ²¼¶û²Ù×÷²¢ leftchild_CSG指向内部节点在原CSG造型中的左儿子 ｒｉｇｈｔｃｈｉｌｄ＿ＣＳＧ指向内部节点在原CSG造型中的右儿子 ｌｅｆｔｃｈｉｌｄ＿ＤＲＣＳＧ指向内部节点在CSG动态显示模型中的左儿子 ｒｉｇｈｔｃｈｉｌｄ＿ＤＲＣＳＧ指向内部节点在CSG动态显示模型中的右儿子而最后两项则用于生成CSG动态显示模型之所以要将原CSG造型和CSG动态显示模形整合在一个数据结构中。
cg 标准函数库手册
cg 标准函数库手册
CG标准函数库是一套用于计算机图形学（CG）的函数库，它提供了一系列的功能和工具，以帮助开发人员更轻松地创建高质量的图形和图像。
CG标准函数库包含许多函数，每个函数都有特定的用途和功能。
以下是一些常用的CG标准函数库中的函数：
1. normalize函数：该函数用于对向量进行归一化处理，将其转换为单位向量。
2. reflect函数：该函数用于计算反射光方向向量，即光线与表面法线向量相交时所形成的方向向量。
3. refract函数：该函数用于计算折射光方向向量，即光线穿过不同介质时所形成的方向向量。
4. texture函数：该函数用于纹理映射，将纹理图像映射到几何形状上，以实现更逼真的纹理效果。
5. noise函数：该函数用于生成随机噪声，可以用于模拟自然现象或创建特殊效果。
6. cross函数：该函数用于计算两个向量的叉积，即一个向量在另一个向量上的旋转角度。
7. dot函数：该函数用于计算两个向量的点积，即两个向量的长度和角度的乘积。
8. length函数：该函数用于计算向量的长度或大小。
9. transform函数：该函数用于对向量或矩阵进行变换操作，如平移、旋转和缩放等。
10. light函数：该函数用于计算光照效果，以模拟光线与物体表面的交互方式。
这些只是CG标准函数库中的一部分，还有更多的函数可用于各种不同的图形处理和计算任务。
要了解每个函数的详细信息和使用方法，建议查阅CG 标准函数库的手册或相关文档。
基于多物理场耦合计算的仿真软件开发
基于多物理场耦合计算的仿真软件开发目录一、项目概述 (2)1. 项目背景介绍 (2)2. 研究目的与意义 (3)3. 项目目标及预期成果 (5)二、理论基础与相关技术 (6)1. 多物理场耦合理论基础 (7)1.1 物理场概念及分类 (8)1.2 耦合计算原理与方法 (9)1.3 数值计算理论 (11)2. 仿真软件设计技术 (12)2.1 仿真软件架构设计 (14)2.2 仿真算法选择与优化 (15)2.3 图形界面设计技术 (17)2.4 数据处理与可视化技术 (18)三、系统需求分析 (19)1. 功能需求分析 (21)1.1 多物理场建模功能需求 (22)1.2 计算分析功能需求 (23)1.3 结果展示与输出需求 (24)2. 性能需求分析 (26)2.1 计算精度要求 (27)2.2 运行效率要求 (28)2.3 稳定性需求 (29)四、仿真软件开发与实施计划 (30)一、项目概述随着科学技术的不断发展，多物理场耦合计算在工程领域中的应用越来越广泛，涉及航空航天、车辆工程、电子封装等多个领域。
为了提高多物理场耦合计算的准确性和效率，本项目旨在开发一款基于多物理场耦合计算的仿真软件。
该仿真软件将涵盖多个物理场，包括流体动力学、结构力学、热传导、电磁场等。
通过集成多物理场耦合算法，实现对复杂工程问题的高效、精确求解。
软件将提供友好的用户界面和丰富的接口，方便用户进行二次开发和应用。
本项目的目标是打破现有仿真软件在多物理场耦合计算方面的局限性，开发出一款具有高度灵活性和可扩展性的仿真平台。
通过该平台，用户可以方便地构建各种复杂的工程模型，进行多物理场耦合分析，从而提高产品设计质量，降低研发成本，缩短产品上市时间。
在项目实施过程中，我们将采用先进的计算机技术和算法，确保仿真软件的高效性和准确性。
我们将密切关注行业发展趋势和技术动态，不断优化和完善仿真软件的功能和性能。
1. 项目背景介绍随着科学技术的不断发展，多物理场耦合计算在工程领域中的应用越来越广泛。
数控车床图形交互式编程系统NCGAPT
数控车床图形交互式编程系统NCGAPT合肥工业大学(230009) 江吉彬摘 要 基于图形的数控编程是工艺编程的发展方向。
本文介绍数控车床图形交互式编程系统N C GA PT 的结构,并着重分析编程系统的核心模块 图形交互、工艺设计和图形校验。
关键词 数控编程(N CP ) CA D CAP P 图形仿真Abstract NC -Programming technology is dev eloping to graphic NCP.In this paper,the construction of g raphic NCP system for N C-lat he NCGAPT is introduced,and then the most improtant par t of N CGA PT CA D CAPP and g raphic simulation is briefly analysed.Keywords N CPCADCA PPg raphic simulationNCGAPT 是面向数控车床,以CAD 软件M icroStation 为支撑,基于图形的数控编程系统。
NCGAPT 采用图形交互方式来构造零件的几何图形和规划加工过程,并通过工艺数据库或人工方式获取工艺数据,经编程系统计算处理后自动生成零件加工数控程序。
NCGAPT 编程简单、方便、效率高,既解决了手工编程复杂的几何运算,又避免直接采用语言自动编程复杂的数控语言,直观、灵活。
另外系统采用CAD/NCP(Number Con torl Prog ramming )一体化编程技术,即将计算机辅助设计和数控编程有机地集成在同一系统环境内,因此NCGAPT 特别适应于CAD/CAPP/CAM 集成系统。
本文将就NC GAPT 的结构和系统各功能模块的实现作着重介绍。
1 NCGAPT 系统结构NCGAPT 是在图形支撑软件MicroSta tion 基础上,用M icroStation 开发语言MDL 开发的图形交互式编程系统。
交互式图形系统的设计与实现
交互式图形系统的设计与实现Interact Design and Implementation of Graphic Systems引言随着计算机科学技术的发展，交互式图形系统的设计与实现逐渐成为了计算机科学领域中不可或缺的一部分。
交互式图形系统的设计与实现涉及到了图形学、计算机视觉、计算机图形学、图像处理等多个方面的知识，而如何将这些知识融合在一起，设计并实现交互式图形系统，是一个值得深入探讨的问题。
交互式图形系统的基本原理交互式图形系统的基本原理是通过计算机的硬件和软件技术，将人类的视觉感知和计算机的图形处理能力结合在一起。
具体而言，它包括以下几个方面：一、图形显示原理：交互式图形系统的设计与实现是建立在图形学的基础之上的。
图形学是研究如何将二维或三维物体的模型表示在计算机上的技术，包括点、线、面等基本元素的表示方法、坐标系的构建、变换等内容。
而图形显示原理是图形学的一项关键技术，其主要目的是将三维模型转化为二维平面上的图形进行显示。
二、图形处理算法：图形处理算法是实现交互式图形系统的另外一个重要组成部分。
它主要涉及到数学、物理及计算方法等多个领域的知识，如多项式曲线、Bezier曲线、深度缓存技术等等。
这些算法主要用于模拟物理世界中的光照、阴影、反射等等现象。
三、用户界面设计：交互式图形系统的设计与实现中，用户界面设计也是至关重要的一步。
用户界面设计需要遵循用户习惯，简单易用。
它还需要考虑用户的不同需求和背景，设计出适合不同用户的图形界面。
交互式图形系统的设计与实现设计和实现交互式图形系统是需要一定的技术和方法。
以下是实现交互式图形系统的主要步骤：一、选择合适的图形库：选择合适的图形库对于设计和实现交互式图形系统十分重要。
常用的图形库有OpenGL、DirectX等，我们可以根据实际需求选择合适的图形库。
二、数据结构设计：在设计交互式图形系统时，需要合适的数据结构对图形进行存储和处理。
常用的数据结构有线性表、树、图、堆栈等等。
虚拟现实技术的发展史(PPT 27张)
4.3、增强式VR系统
允许用户对现实世界进行观察的同时，将虚 拟图像叠加在真实物理对象之上。
为用户提供与所看到的真实环境有关的、存 储在计算机中的信息，从而增强用户对真实环境 的感受，又被称为叠加式或补充现实式VR系统。
可以使用光学技术或视频技术实现。
1-17
4.4、分布式VR系统
指基于网络构建的虚拟环境，将位于 不同物理位置的多个用户或多个虚拟环境 通过网络相连接并共享信息，从而使用户 的协同工作达到一个更高的境界。 主要被应用于远程虚拟会议、虚拟医 学会诊、多人网络游戏、虚拟战争演习等 领域。
虚拟现实是20世纪末逐渐兴起的一门综合性信息技术，融合了数 字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体、传感器、网络以及 并行处理等多个信息技术分支的最新发展成果。
1-8
二、虚拟现实技术的概念
典型的VR系统主要由计算机 软、硬件系统（包括VR软件和VR 环境数据库）和VR输入、输出设 备等组成。
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北京航空航天大学是国内最早进行 VR技术研究、最有权威的单位之 浙江大学的CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建 一。于 2000年8月成立虚拟现实新技术教育部重点实验室。 筑环境实时漫游系统，还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算 法和一种递进网格的快速生成算法。
清华大学对虚拟现实及其临场感等方面进行了大量研究，比如球 西安交通大学信息工程研究所对虚拟现实中的关键技术 ——立体 面屏幕显示和图像随动、克服立体图闪烁的措施及深度感实验测试等。 显示技术进行了研究，提出一种基于JPEG标准压缩编码新方案，获得 了较高的压缩比、信噪比以及解压缩速度。
科学可视化的功能就是将大量字母、数字数据转换成比原始数据 更容易理解的各种图像，并允许参与者借助各种虚拟现实输入设备检 查这些“可见的”数据。 它通常被用于建立分子结构、地震以及地球环境等模型。、
CG专业词汇解释
3D专业技术词汇解释3D API (3D应用程序接口)Application Programming Interface(API)应用程序接口,是许多程序的大集合。
3D API 能让编程人员所设计的3D软件只要调用其API内的程序，从而让API自动和硬件的驱动程序沟通，启动3D芯片内强大的3D图形处理功能，从而大幅度地提高了3D程序的设计效率。
几乎所有的3D加速芯片都有自己专用的3D API，目前普遍应用的3D API有DirectX、OpenGL、Glide、Heidi等。
Direct 3D微软公司于1996年为PC开发的API，与Windows 95 、Windows NT和Power Mac操作系统兼容性好，可绕过图形显示接口（GDI）直接进行支持该API的各种硬件的底层操作，大大提高了游戏的运行速度，而且目前基本上是免费使用的。
由于要考虑与各方面的兼容性，DirectX用起来比较麻烦、在执行效率上也未见得最优,在实际3DS MAX的运用中效果一般，还会发生显示错误，不过总比用软件加速快。
OpenGL (开放式图形接口)是由SGI公司开发的IRIS GL演变而来的复杂3D图形设计的标准应用程序接口。
特点是可以在不同的平台之间进行移植；还可以在客户机/服务器系统中并行工作。
效率远比Direct 3D高，所以是各3D游戏开发商优先选用的3D API。
不过，这样一来就使得许多精美的3D 游戏在刚推出时，只支持3Dfx公司的VOODOO系列3D加速卡，而其它类型的3D加速卡则要等待其生产厂商提供该游戏的补丁程序。
由于游戏用的3D加速卡提供的OpenGL库都不完整，因此，在3DS MAX中也会发生显示错误，但要比Direct 3D强多了！Heidi又称为Quick Draw 3D，是由Autodesk公司提出来的规格。
它是采用纯粹的立即模式接口，能够直接对图形硬件进行控制；可以调用所有显示卡的硬件加速功能。
虚拟现实技术--虚拟现实技术在电子政务中的应用
因此能十分方便地配置在一个普通的Web站
点上。美国Construct公司最近完成了一个
VRML项目，目的是展示VRML作为一个故
事片媒介的优势。片长11分钟，逼真的高分
辨率故事画面占了不到1MB磁盘空间。相似
长度和Hale Waihona Puke 量的一个MPEG文件要比它大300
倍。
虚拟现实技术--虚拟现实技术在电子 政务中的应用
虚拟现实技术--虚拟现实技术在电子 政务中的应用
虚拟现实具有以下三个基本特征:沉浸(Immersion)、 交互(Interaction)和构想(Imagination)，即 通常所说的“3I”。 (1)沉浸 是指用户借助各类先进的传感器进入虚拟 环境之后，由于他所看到的、听到的、感受到的一 切内容非常逼真，因此，他相信这一切都“真实” 存在，而且相信自己正处于所感受到的环境中。 (2)交互 是指用户进入虚拟环境后，不仅可以通过 各类先进的传感器获得逼真的感受，而且可以用自 然的方式对虚拟环境中的物体进行操作。如搬动虚 拟环境中的一个虚拟盒子，甚至还可以在搬动盒子 时感受到盒子的重量。 (3)构想 是由虚拟环境的逼真性与实时交互性而使 用户产生更丰富的联想，它是获取沉浸感的一个必 要条件。
虚拟现实技术--虚拟现实技术在电子 政务中的应用
虚拟现实建模语言
¡ 什么是VRML
¡
VRML（Virtual Reality Modeling Language）即虚拟现实
建模语言。是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的
场景建模语言，也具有平台无关性。是目前Internet上基于 WWW的
VRML不仅支持数据和过程的三维表示，而且能提供带有音响效果的 结点，用户能走进视听效果十分逼真的虚拟世界（如简易迷宫、国际象 棋）。用户使用虚拟对象表达自己的观点，能与虚拟对象交互，为用户对 具体对象的细节，整体结构和相互关系的描述带来的新的感受。
虚拟现实技术在数字媒体交互方式改善中的成功应用
REGION INFO 数字地方摘要：虚拟现实技术又名VR 技术，最初出现在美国，历经多年发展演变成一种全新的计算机自动控制技术，该技术主要功能是对环境进行仿真，然后实现人机交互。
简而言之，虚拟现实技术是利用计算机软件技术来模拟现实环境，联合感知系统、三维技术、传感设备与计算机自动化技能促进多源信息的有机融合，建立交互式三维实景与仿真式实体系统，使用户能够体验环境，进行人机交互。
论文将举例虚拟现实技术在数字媒体交互方式改善中的成功应用，希望能为数字媒体艺术创作提供参考与借鉴。
关键词：虚拟现实技术；数字媒体交互方式；改善；成功应用一、虚拟现实技术的基本定义虚拟现实技术的英文名Virtual Reality被正式提出于1989年，在这一年，美国VPL公司的创始人之一Jaron Lanier首此提出Virtual Reality，即虚拟现实技术，简称VR技术。
此后，人们会在电视、报纸、电影和网络上日趋频繁地接触VR技术这个专业术语。
该技术也被应用于各个领域。
从基本定义来看，VR技术有广义和狭义之分。
狭义视角下的VR技术是多功能化传感式交互技术、计算机三维图形自动生成和高分辨率快速显示技术的有机组合。
从结构层次来看，虚拟现实技术系统主要分为三层：第一层，输入输出设备层，该层次重要辅助设备包括显示器、数字数套、头部跟踪系统设备和立体耳机。
第二层，虚拟化环境与软件系统，该层次能够具体描述虚拟环境结构及其动态特征与交互规则。
第三层，计算机系统与外部设备，主要设备包括图形设备与声音合成设备。
从总体系统来看，当代VR系统属于人造世界中的计算机系统，基于VR技术下，人们可以创设人造世界，并进行体验，感受人造世界漫游，操纵内部物体[1]。
广义视角下的VR技术主要是运用计算机技术来创建三维环境，对真实且具有多重感官的三维虚拟世界以及想象中的世界进行模拟，实现三维可视化。
此定义中的VR技术不仅属于人机交互接口技术，而且是一种虚拟世界模拟技术。
第二章计算机图形学和计算机辅助设计技术概述
1975年Phong提出了著名的简单光照模型Phong 模型。
80年代：高分辨率，大尺寸，彩色显示设备 ，各种输入设备，软件标准化趋势；与设备无关的 驱动程序，各种图形软件包。
Whitted光透视模型，第一次给出光线跟踪算 法的范例；
图像处理
图像
计 算
模
机
式
图 形 学
识 别
特征数据 几何模型
计算几何
CAD/CAM 计算机艺术 计算机动画 计算机视觉
计算机图形学的研究内容
图形的输入：研究如何把要处理的图形输入到计算机 内，以便让计算机进行各种处理。
图形的生成、显示和输出：如何利用计算机生成图形 并在显示屏上显示或在绘图机等输出设 备上输出图形。
图像(Image)
图像处理-------将客观世界中原来存在的物 体映象处理成新的数字化图像。
例如: 卫星遥感中的资源勘测 气象预报中的云图和海图处理 人体的CT扫描 工业中的射线探伤 金相图谱分析
图像处理中关心的问题： 滤去噪声、压缩图像数据、对比度增强、图
像复原、三维图像重建。
计算机图形学与图象处理的重叠与交叉
计算机图形学所涉及的算法可分为以下几类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填色填图案反走样等2基本图形元素的几何变换投影变换窗口裁剪2基本图形元素的几何变换投影变换窗口裁剪3自由曲线和曲面的插值拟合拼接分解过渡光顺整体修改局部修改等4图形元素点线环面体的求交与分类以及集合运算5隐藏线隐藏面消除以及具有光照颜色效果的真实图形显示6不同字体的点阵表示矢量中西文字符的生成及变换7山水花草烟云等模糊景物的生成8三维或高维数据场的可视化9三维形体的实时显示和图形的并行处理10虚拟现实环境的生成及其控制算法等2
城市基础地理信息数据库管理系统设计与实现
Ｑ：
创 新 技 术
Ｓｃｉ ｅｎ ｃｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃｈ ｎｏ ｌ ｏｇｙ Ｉ ｎｎ ｏｖａ ｔ ｉ ｏｎ Ｈｅ ｒ ａ ｌ ｄ
城 市 基础 地 理 信 息数 据 库 管理 系统 设计 与实现
刘世平 董国华 （ 河北省第一测绘院 河北石家庄
０ ５ ０ ０ ３ １ ）
ｌ
Ａｒ ｃ Ｓ ＤＥ １
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Ａｒ ｃＳ ＤＥ
ｌ Ａ ｒ ｃ Ｓ Ｄ Ｅ
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源去 进行 管 理 ， 而 且工作 效率 低 ， 工作 中出现 的 问题 较 多。 伴 随 着 城 市 建 设 的加 快 ， 数据 量 的迅 猛 增加 ， 传 统 的管 理 方 式 显然 已经 无
信息管 理 中接 收 、 存储 、 管理 、 供 应 的数 字化
和 自动 化 。
更 新。 ③数 据删 除。
Ｄ Ｒ Ｇ ） 以及相应 的属性 数据 。 （ ２ ） 数 据检 索 统 计功 能 。 该 模 块 是 整 个 栅格数 据 （ １ 城 市 基 础 地 理信 息 数 据 库 管 理 系统 系 统的 核心 模 块 ， 要求 能 够 以多种 方 式 进行 ２ ． ２ ． ２ 城 市基 础地理 信息
Ａｒ ｃ Ｒｅ ａ
Ａｒ ｃＧ１ Ｓ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ
／ １
Ｗｅ ｂ Ｂｒ ｏ ｗｓ ｅ ｒ
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“
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地， 伴 随 着 一 些 新技 术 的飞 速 发 展 ， 如 计算
相关 技术 研究
括 ： 图形交 互检 索、 坐标 检索、 统计 。 图形 交互检 索 包 括按 圆、 矩 形、
计算机图形学的应用领域
计算机图形学的应用领域(总5页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--计算机图形学的发展与应用摘要：计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)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。
它的研究分为两部分：一部分研究几何作图，包括平面线条作图和三维立体建模等；另一部分研究图形表面渲染（Rendering）包括表面色调、光照、阴影和纹理等表面属性的研究。
目前，计算机图形学的应用已深入到真实感图形、科学计算可视化、虚拟环境、多媒体技术、计算机动画、计算机辅助工程制图等领域。
综观计算机图形学的发展，我们发现图形学的发展迅速，而且仍在快速的向前发展。
并且已经成为一门独立的学科，有着广泛的发展前景。
关键词：计算机图形学发展应用1.计算机图形学的定义计算机图形学：(Computer Graphics。
简称CG)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。
计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在汁算机t{I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。
计算机图形学一个主要目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。
为此，必须建立图形所描述场景的几何表示，再用某种光照模型，计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。
同时，真实感图形计算的结果是以数字图像的方式提供的，计算机图形学也就和图像处理有着密切的关系。
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。
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最常用的约束是直线的水平或垂直对齐
通过判定两个输入端点更接近水平方向还是垂直
方向，来产生水平或垂直直线
26
7.3.2
基本定位、取值方法
5. 网格
网格化是绘制整齐、精确图形的一种技术
网格由均匀分布的水平、垂直线组成。在使用网格时，
任何输入坐标位置将被移到最近的两根网格线的交点 上
网格线的设定
用户通过移动操作柄实现对图形的移动和修改
操作柄技术对图形对象一般仅作简单的整体处理，不
涉及图形对象的内部构造
40
网格线的方向 网格线的间距 网格线的显示
27
7.3.2
基本定位、取值方法
6. 引力场（捕捉）
有时要从某线段上的顶点开始绘制另一条线段或其他
图形，直接使用定位设备很难保证连接点的精确重合
引力场技术自动将一个靠近特定点的光标吸附到特定
点
将落在内的光标，吸附在该直线上距离最近的一点
些特定的、限制性输入形式
19
7.3.1
基本图形拾取方法
7.3.1 拾取方法
用于直接选择图形，最基本的拾取算法有：
1. 点的拾取 2. 线段的拾取 3. 多边形的拾取
20
7.3.1
基本图形拾取方法
1. 点的拾取
由于在理论上点都是没有大小的，让两个没有大小的
点完全重合，操作起来比较困难。
一般采用区域法，光标点与待拾取点的距离小于给定
程序和输入设备同时工作，输入设备要求数据输入
输入设备将数据放在一个事件队列中,当应用程序需要
数据时，从事件队列中取得
由于有多种不同输入设备，事件队列中包含了按输入
顺序混合的各种不同数据
在事件方式下，可同时应用多台输入设备以加快交互
处理
16
7.2 逻辑设备输入模式
事件模式的工作过程
3
7.1
逻辑输入设备
１．定位设备－指定单点位置坐标
键盘
光标控制键 直接输入坐标值
鼠标 触摸屏 光笔 操纵杆 数字化仪
4
7.1
逻辑输入设备
2．笔划设备－输入一组点坐标
鼠标、轨迹球、游戏杆
连续移动定位点，并将其转化为一组坐标值
数字化仪
连续模式 画笔系统
只有应用程序对相应的设备发出输入要求后，该设备
才能作相应的输入
输入过程从提出请求开始，持续到接收到所要求的数
据为止
程序和输入设备交替工作，设备处于等待状态直到程
序提出输入请求，然后程序处于等待状态直到收到数
据
12
7.2 逻辑设备输入模式
请求模式的工作过程
请求模式的工作过程
13
7.2 逻辑设备输入模式 ２．取样模式--程序和输入设备同时提供数据
其它定值输入设备
7
7.1
逻辑输入设备
５．选择设备－选择菜单项
鼠标
键盘
功能键
键盘上的某个键可以被应用程序定义为功能键，按下某个
功能键即可执行相应当功能
触摸屏
声音输入设备
8
7.1
逻辑输入设备
６．拾取设备－选定屏幕上的图形对象
同选择设备
键盘、鼠标、游戏杆
9
第七章 图形输入与交互技术
辅助措施
联想记忆
校正匹配 规则命名
31
7.3.3
任务选择技术
2. 按位置选择
利用定位设备将光标移动到待选图像上面，按确认键
即可选择
选择层次
32
7.3.3
任务选择技术
3. 包围盒方法
对于每一个图形对象，取它的外接矩形，即图形对象
的包围盒
如果光标落在图形对象的包围盒内，该对象被选取
第七章 图形交互技术和用户界面设计
7.1 7.2 7.3 逻辑输入设备 逻辑设备输入模式 交互式图形设计方法
1
7.1
逻辑输入设备
逻辑输入设备
为减少系统对物理设备的依赖型，提高系统的独立性
和灵活性
为使图形软件独立于具体的硬件设施，使图形输入命
令不涉及具体的输入设备，而只涉及该命令所需的参 数
2
7.1
逻辑输入设备
图形输入设备按照其逻辑功能分为：
⒈ 定位设备(Locator)：指定单点位置坐标
⒉ 笔划设备(Stroke)：指定一组点位置坐标 ⒊ 字符串设备(String)：指定文字输入 ⒋ 定值设备(Valuator)：指定标量值 ⒌ 选择设备(Choice)：选择菜单项
⒍ 拾取设备(Pick)：选择图形组成部分
在一个圆C 和圆外一点A，现在要确定另外一点B，使 两点连线AB与圆C 相切。这种点的确定可通过使用橡 皮条技术而变得容易实现。
用橡皮条技术定位(显示线段用异或方式)
37
7.3.4
交互式构图技术
橡皮条技术(续)
橡皮条技术图例
38
7.3.4
交互式构图技术
2. 拖动
先选择一个对象，然后将光标向所需的方向移动，选
形内部
23
7.3.1
基本图形拾取方法
奇点（射线与多边形顶点相交）的处理
如果交点为边的下方端点，予以计数 如果交点为边的上方端点，不予计数 射线与水平方向边的交点忽略不计
0个交点 1 1个交点 1 2个交点 1个交点 1
2 3 2
24
7.3.2
基本的定位、取值方法
7.3.2 基本的定位、取值方法
29
7.3.3
任务选择技术
常用的任务选择技术
1. 按名字选择
2. 按位置选择 3. 包围盒方法 4. 菜单选择 5. 对话框
30
7.3.3
任务选择技术
1、按名字选择
用户直接键入被选对象的名字来选择对象
直接简单 图形对象太多时，用户难以对象的名字
有效的使用场合
绘图区较大，对象较多，但用户知道对象的名字 显示区内容杂乱无章，图形对象太小，又无法放大
33
7.3.3
任务选择技术
4. 菜单选择 设计菜单时注意的方面
菜单的层次
多级菜单的设置
菜单项的顺序
功能分组、组内按使用频率或字母顺序排列
菜单的放置控制
静态放置、动态放置
当前被选项的显示
当前被选项要有不同的显示颜色或格式
34
7.3.3
任务选择技术
5. 对话框选择
当用户需要从一个选择集中选择多个对象时，可把多
的精度，即可拾取
点的圆形拾取域
(xL-x)2+(yL-y)2≤r2
点的正方形拾取域
|xL-x | ≤ r ， | yL-y | ≤ r
21
7.3.1
基本图形拾取方法
2. 线段的拾取
假设线段的两个端点为P0(x0,y0)和P1（x1,y1)。如果当
前光标点PL(xl,yL)位于图中高为2r的矩形上时，认为 直线段被拾取 y P1 PL P0 o x
手写识别设备
5
7.1
逻辑输入设备
３．字符串设备－输入字符串
键盘
手写识别设备
绘制字符 模式识别－用存储有预定义图案特征的字典来解释 识别效果因人而异
6
7.1
逻辑输入设备
４．定值设备－输入数据值
键盘
通过鼠标、游戏杆、轨迹球等交互设备快速移动滑动
标记、按键、旋转式标尺和菜单等输入相应数据
带有引力场的线段
28
7.3.3 7.3.3
任务选择技术 任务选择技术
处理对象
选择任务是从一个可供选择的对象集合中挑选出一个
常见到选择集：交互图形的命令、属性、对象
功能键可以用于选择命令、属性和对象，但很难用于
选择图形对象本身
图形对象经常变化 图形对象通常多于功能键的数目 图形对象太多，用户难以分清
应用程序和输入设备各自独立地操作和运行
对某输入设备设置了取样方式，该设备立即就可以进
行数据输入，而不必等待程序中的输入要求
输入设备的新数据不断自动替换缓冲区中的原数据 当程序需要时，从缓冲区取得当前最新值
14
7.2 逻辑设备输入模式
取样模式的工作过程
取样模式的工作过程
15
7.2 逻辑设备输入模式 ３．事件模式--设备要求数据输入
7.1 7.2 7.3 7.4 逻辑输入设备 逻辑设备输入模式 交互式图形设计方法 交互设计技术用户图形界面
10
7.2 逻辑设备输入模式
逻辑设备输入模式
指明程序如何与输入设备进行信息交互
在交互输入过程中，常用的输入模式有以下3种：
1. 请求模式 2. 取样模式 3. 事件模式
11
பைடு நூலகம்.2 逻辑设备输入模式 １．请求模式--程序要求输入
1. 基本定位方法
2. 取值任务 3. 标尺、刻度盘、按钮
4. 约束
5. 网格 6. 引力场 7. 导向线
25
7.3.2
基本定位、取值方法
4. 约束（正交）
约束技术是将光标位置点作为基点，在约束点集中自
动找出最近似点，作为最终目的点，以使新的坐标点
满足预先设定的几何特征。
如要求直线具有特定方向和对齐方式
22
7.3.1
基本图形拾取方法
3. 多边形的拾取
判断当前光标位置点PL(xl,yL)是否在多边形内部，如
果在多边形内部该多边形被拾取，否则不被拾取
射线法
由点PL(xl,yL)出发向任意方向作射线，计算此射线
与多边形所有边的交点个数