CHP1计算机图形学概述PPT课件
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入板、触摸屏等等，语音 – 第四阶段：三维输入设备（如空间球、数据手套、
数据衣），用户的手势、表情等等 – 第五阶段：用户的思维
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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
如: GKS (Graphics Kernel System)
文：Sketchpad：一个人机通信的图形系统。
--确定了交互图形学作为一个学科分支（提出基本交互技术、 图元分层表示概念及数据结构…)。
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……
董士海，《计算机用户界面及其工具》，科学出版社， 1994
龙晓苑：数字化艺术，北京大学出版社，1999.12
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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
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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
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1.2 发展历史
?历史追溯 ?硬件发展
图形显示器的发展 图形输入设备的发展 ?图形软件及软件标准的发展
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历史追溯
1950年，MIT，旋风一号（Whirlwind I 计算机的图形 显示器，类似于示波器的CRT来显示简单图形。--CRT 的出现为计算机生成和显示图形提供了可能。
以点阵形式表示图形，使用专用的缓冲区存 放点阵，由视频控制器负责刷新扫描。
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图形显示设备的发展：
画线显示器（矢量显示器/随机扫描显示器） 存储管式显示器
刷新式光栅扫描显示器
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硬件发展
图形输入设备的发展
– 第一阶段：控制开关、穿孔纸等等 – 第二阶段：键盘 – 第三阶段：二维定位设备，如鼠标、光笔、图形输
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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
改 图形功能，不适合交互式。
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硬件发展
70年代初，刷新式光栅扫描显示器出现，大大地 推动了交互式图形技术的发展。
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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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。
孙家广：计算机图形学（第三版），清华大学出版社， 1999。
Donald Hearn, M. Pauline Baker ,“Computer Graphics (C Version)”, Prentice Hall , 1997.
James D. Foley, Andries van Dam etc., “Introduction to Computer Graphics”, Addison-Wesley, 1996
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。
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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）
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图象处理：
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Biblioteka Baidu和提取。
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计算机视觉和模式识别：
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。
5 0 年 代 末 期 ， MIT 林 肯 实 验 室 ， 在 Whirlwind 上 开 发 SAGE空中防御系统，通过光笔在屏幕上指点与系统交 互。--标志着交互式图形技术的诞生。
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历史追溯
1 9 6 2 年 MIT 林 肯 室 验 室 Ivan.E.Sutherland 的 博 士 论
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
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计算机图形学的研究内容
所研究的内容
•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
PHIGS(Programmer’sHerarchical Iuteractive Graphics system ) GL 便于移植和推广、但执行速度相对较慢，效率低
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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
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)
计算机图形学
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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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教材或参考书：
教材 倪明田等，“计算机图形学”，北京大学出版社，1999。 主要参考书：
数据衣），用户的手势、表情等等 – 第五阶段：用户的思维
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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
如: GKS (Graphics Kernel System)
文：Sketchpad：一个人机通信的图形系统。
--确定了交互图形学作为一个学科分支（提出基本交互技术、 图元分层表示概念及数据结构…)。
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……
董士海，《计算机用户界面及其工具》，科学出版社， 1994
龙晓苑：数字化艺术，北京大学出版社，1999.12
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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
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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
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1.2 发展历史
?历史追溯 ?硬件发展
图形显示器的发展 图形输入设备的发展 ?图形软件及软件标准的发展
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历史追溯
1950年，MIT，旋风一号（Whirlwind I 计算机的图形 显示器，类似于示波器的CRT来显示简单图形。--CRT 的出现为计算机生成和显示图形提供了可能。
以点阵形式表示图形，使用专用的缓冲区存 放点阵，由视频控制器负责刷新扫描。
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图形显示设备的发展：
画线显示器（矢量显示器/随机扫描显示器） 存储管式显示器
刷新式光栅扫描显示器
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硬件发展
图形输入设备的发展
– 第一阶段：控制开关、穿孔纸等等 – 第二阶段：键盘 – 第三阶段：二维定位设备，如鼠标、光笔、图形输
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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
改 图形功能，不适合交互式。
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硬件发展
70年代初，刷新式光栅扫描显示器出现，大大地 推动了交互式图形技术的发展。
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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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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。
孙家广：计算机图形学（第三版），清华大学出版社， 1999。
Donald Hearn, M. Pauline Baker ,“Computer Graphics (C Version)”, Prentice Hall , 1997.
James D. Foley, Andries van Dam etc., “Introduction to Computer Graphics”, Addison-Wesley, 1996
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。
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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）
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图象处理：
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Biblioteka Baidu和提取。
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计算机视觉和模式识别：
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。
5 0 年 代 末 期 ， MIT 林 肯 实 验 室 ， 在 Whirlwind 上 开 发 SAGE空中防御系统，通过光笔在屏幕上指点与系统交 互。--标志着交互式图形技术的诞生。
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历史追溯
1 9 6 2 年 MIT 林 肯 室 验 室 Ivan.E.Sutherland 的 博 士 论
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
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计算机图形学的研究内容
所研究的内容
•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
PHIGS(Programmer’sHerarchical Iuteractive Graphics system ) GL 便于移植和推广、但执行速度相对较慢，效率低
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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
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)
计算机图形学
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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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教材或参考书：
教材 倪明田等，“计算机图形学”，北京大学出版社，1999。 主要参考书：