计算机图形学_完整版
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计算机图形学与虚拟现实 Computer Graphics and Virtual Reality
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 OpenGL
图形学综述 图形系统概述 输出图元 图元属性 图形变换 三维对象的表示 可见面判别算法 光照模型 图形用户界面和交互输入方法 颜色模型 虚拟现实技术
阴极射线管 CRT
存储管式显示器→随机扫描显示器（矢量显示器）→ 刷新式光栅扫描显示器→彩色光栅扫描显示器
平板显示器FPD 等离子体显示板 薄膜光电显示器 发光二极管LED 液晶显示器LCD
三维观察设备 虚拟现实系统的输出显示设备 ……
精品课件
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 ……
用时按相应计算机语言的规定调用所需要的子 程序生成各种图形。如：GKS、OpenGL…… 2. 基于通用语言的扩展图形软件
扩充某种计算机语言使其具有图形生成和处 理功能，例如：Fortran、Pascal
Basic (Visual Basic) C、C++ (Visual C++) AutoLisp……
精品课件
图形软件体系结构
专业应用系统，如MATLAB、 AutoCAD、3DSMAX、UG……
应 用 程 序 图形应用程序
外部应用
数据库
图形编程软件包，如OpenGL、 VRML、Java2D、Java3D……
内部应用 数据库
G K SM
图形语言连接
A PI G K S /G K S 3 D
P H IG S O penG L
图形设备驱动程序，如显卡驱动、
CGM
打印机/绘图仪驱动……
图元文件
CGI 设备相关服务
支持图形处理的操作系统,如
Macintosh、Windows、Unix、
Linux 、各种嵌入式OS……
图形输 精入品课设件 备
操作系统通信接口
图形 工作站
图形输 出设备
图形软件主要类型
1. 通用软件包 用现有某种计算机语言写成的子程序包。使
精品课件
▲计算机图形学 (CG , Computer Graphics)
运用计算机建立、存储、处理对象的模型，并 根据模型产生该对象的图形输出的有关理论、 方法和技术
基于模型：建模→处理→图形输出
分支学科
光栅图形学 Raster Graphics
计算几何学 Computational Geometry
图元（图素） Primitive 矢量（向量）图 Vecter-based graphics 参数图 Parametric 动画 animation
▲ 图像百度文库Image）
➢一些相关概念： 像素 Pixel 网格图 Grid 位图 Bitmap 点阵图 光栅图 Raster 图片 Picture……
精品课件
图形系统的层次结构：
应 用 程 序 图形应用程序
外部应用 数据库
内部应用 数据库
G K SM
图形语言连接
A PI G K S /G K S 3 D
P H IG S O penG L
CGM
CGI
图元文件
设备相关服务
操作系统通信接口
图形输 入设备
图形 工 精作品课站件
图形输 出设备
图形输出显示设备
Interface（Pixar）……
精品课件
图形软件主要类型
4.专业图形应用系统
针对某类应用或专业领域而专门开发，例如：
➢制造领域：Unigraphics、Pro/Engineer、AutoCAD、 CATIA、ANSYS、MSC·Software…… ➢数值计算与可视化：MATLAB…… ➢控制：Matrix X…… ➢EDA/虚拟实验/虚拟仪器：Protel、EWB、LabVIEW…… ➢GIS： Mapinfo、ArcGIS….. ➢效果设计/动画：3D Studio MAX 、Maya、Coreldraw… ➢图像/画图：Photoshop、Painter、Illustrator…… ➢网页设计：Dreamweaver /Flash /Firework…… ➢流程设计：Visio…… ➢……
精品课件
图形软件主要类型
3. 专用图形软件包 针对某一种设备或应用，设计/配置专用的图
形生成语言或函数集，例如： 场景描述：Open Inventor 建立虚拟世界的三维模型：VRML 生成三维Web显示：Java3D 创建Java applet中的二维场景：Java 2D 生成各种光照模型下的场景：Renderman
精品课件
图形信息处理相关分支学科间的关系：
图形学
计算 几何
对象的 模型
模式识别
对象的 图像
图像 处理
图像处理
物体映像处理成新的数字化图像。采用一定的算法对 图像进行分析、解释、修改等一系列过程。 编辑的最 小单元是像素而不是对象或形状。
模式识别
分析、识别各类信息，找出其中蕴含的内在联系或抽 象模型。如文字识别、语音识别、图像识别……
真实感图形学 Photorealistic Rendering
虚拟现实 Virtual Reality
……
精品课件
CG主要研究内容：
图形硬件、输入输出设备 图形软件、图形数据库 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，复杂形体造型 真实感图形计算与显示算法 数据可视化 计算机动画 自然景物仿真 实时建模、渲染技术 基于网络的图形技术……
精品课件
真实感图形学涉及：
• 投影变换，三维观测 • 三维对象表示 • 可见线/面判别（消除 隐藏线/面）
• 颜色模型和颜色应用 • 光照模型(透明，雾， 阴影，明暗…)
• 面绘制(表面细节，纹 理…） • ……
第二章 图形系统概述
图形输出/输入设备 图形工作站 图形控制器（图形卡，显卡） 图形软件 图形系统的交互设备和交互任务
精品课件
第一章 计算机图形学综述
一些概念 图形学与相关分支学科间的关系 计算机图形学主要研究内容 应用领域及前沿
精品课件
▲ 图形 Graphics
➢ 广义：各种图，景物、图像、图片、图画、形象…… ➢ 狭义：用数学方法描述的图对象（几何关系、代数方程、分析表
达式等建立的图形。） ➢ 一些相关概念：
硬拷贝设备
打印机 喷墨 激光 ……
绘图仪 台式 大型滚动传送式 ……
精品课件
图形硬件系统组成模块示意图：
系统 存储器
DAC
CPU
图 形
GPU
帧缓存 显存
卡
接口
视频卡
系统总线
其他输入/输出设备
精品课件
图形卡工作原理示意
图形处理器
GPU
✓可看作连接计算机和显示终端的纽带。不仅存储图 形，还能完成大部分图形函数，减轻了CPU的负担， 提高了显示能力和显示速度。
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 OpenGL
图形学综述 图形系统概述 输出图元 图元属性 图形变换 三维对象的表示 可见面判别算法 光照模型 图形用户界面和交互输入方法 颜色模型 虚拟现实技术
阴极射线管 CRT
存储管式显示器→随机扫描显示器（矢量显示器）→ 刷新式光栅扫描显示器→彩色光栅扫描显示器
平板显示器FPD 等离子体显示板 薄膜光电显示器 发光二极管LED 液晶显示器LCD
三维观察设备 虚拟现实系统的输出显示设备 ……
精品课件
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 ……
用时按相应计算机语言的规定调用所需要的子 程序生成各种图形。如：GKS、OpenGL…… 2. 基于通用语言的扩展图形软件
扩充某种计算机语言使其具有图形生成和处 理功能，例如：Fortran、Pascal
Basic (Visual Basic) C、C++ (Visual C++) AutoLisp……
精品课件
图形软件体系结构
专业应用系统，如MATLAB、 AutoCAD、3DSMAX、UG……
应 用 程 序 图形应用程序
外部应用
数据库
图形编程软件包，如OpenGL、 VRML、Java2D、Java3D……
内部应用 数据库
G K SM
图形语言连接
A PI G K S /G K S 3 D
P H IG S O penG L
图形设备驱动程序，如显卡驱动、
CGM
打印机/绘图仪驱动……
图元文件
CGI 设备相关服务
支持图形处理的操作系统,如
Macintosh、Windows、Unix、
Linux 、各种嵌入式OS……
图形输 精入品课设件 备
操作系统通信接口
图形 工作站
图形输 出设备
图形软件主要类型
1. 通用软件包 用现有某种计算机语言写成的子程序包。使
精品课件
▲计算机图形学 (CG , Computer Graphics)
运用计算机建立、存储、处理对象的模型，并 根据模型产生该对象的图形输出的有关理论、 方法和技术
基于模型：建模→处理→图形输出
分支学科
光栅图形学 Raster Graphics
计算几何学 Computational Geometry
图元（图素） Primitive 矢量（向量）图 Vecter-based graphics 参数图 Parametric 动画 animation
▲ 图像百度文库Image）
➢一些相关概念： 像素 Pixel 网格图 Grid 位图 Bitmap 点阵图 光栅图 Raster 图片 Picture……
精品课件
图形系统的层次结构：
应 用 程 序 图形应用程序
外部应用 数据库
内部应用 数据库
G K SM
图形语言连接
A PI G K S /G K S 3 D
P H IG S O penG L
CGM
CGI
图元文件
设备相关服务
操作系统通信接口
图形输 入设备
图形 工 精作品课站件
图形输 出设备
图形输出显示设备
Interface（Pixar）……
精品课件
图形软件主要类型
4.专业图形应用系统
针对某类应用或专业领域而专门开发，例如：
➢制造领域：Unigraphics、Pro/Engineer、AutoCAD、 CATIA、ANSYS、MSC·Software…… ➢数值计算与可视化：MATLAB…… ➢控制：Matrix X…… ➢EDA/虚拟实验/虚拟仪器：Protel、EWB、LabVIEW…… ➢GIS： Mapinfo、ArcGIS….. ➢效果设计/动画：3D Studio MAX 、Maya、Coreldraw… ➢图像/画图：Photoshop、Painter、Illustrator…… ➢网页设计：Dreamweaver /Flash /Firework…… ➢流程设计：Visio…… ➢……
精品课件
图形软件主要类型
3. 专用图形软件包 针对某一种设备或应用，设计/配置专用的图
形生成语言或函数集，例如： 场景描述：Open Inventor 建立虚拟世界的三维模型：VRML 生成三维Web显示：Java3D 创建Java applet中的二维场景：Java 2D 生成各种光照模型下的场景：Renderman
精品课件
图形信息处理相关分支学科间的关系：
图形学
计算 几何
对象的 模型
模式识别
对象的 图像
图像 处理
图像处理
物体映像处理成新的数字化图像。采用一定的算法对 图像进行分析、解释、修改等一系列过程。 编辑的最 小单元是像素而不是对象或形状。
模式识别
分析、识别各类信息，找出其中蕴含的内在联系或抽 象模型。如文字识别、语音识别、图像识别……
真实感图形学 Photorealistic Rendering
虚拟现实 Virtual Reality
……
精品课件
CG主要研究内容：
图形硬件、输入输出设备 图形软件、图形数据库 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，复杂形体造型 真实感图形计算与显示算法 数据可视化 计算机动画 自然景物仿真 实时建模、渲染技术 基于网络的图形技术……
精品课件
真实感图形学涉及：
• 投影变换，三维观测 • 三维对象表示 • 可见线/面判别（消除 隐藏线/面）
• 颜色模型和颜色应用 • 光照模型(透明，雾， 阴影，明暗…)
• 面绘制(表面细节，纹 理…） • ……
第二章 图形系统概述
图形输出/输入设备 图形工作站 图形控制器（图形卡，显卡） 图形软件 图形系统的交互设备和交互任务
精品课件
第一章 计算机图形学综述
一些概念 图形学与相关分支学科间的关系 计算机图形学主要研究内容 应用领域及前沿
精品课件
▲ 图形 Graphics
➢ 广义：各种图，景物、图像、图片、图画、形象…… ➢ 狭义：用数学方法描述的图对象（几何关系、代数方程、分析表
达式等建立的图形。） ➢ 一些相关概念：
硬拷贝设备
打印机 喷墨 激光 ……
绘图仪 台式 大型滚动传送式 ……
精品课件
图形硬件系统组成模块示意图：
系统 存储器
DAC
CPU
图 形
GPU
帧缓存 显存
卡
接口
视频卡
系统总线
其他输入/输出设备
精品课件
图形卡工作原理示意
图形处理器
GPU
✓可看作连接计算机和显示终端的纽带。不仅存储图 形，还能完成大部分图形函数，减轻了CPU的负担， 提高了显示能力和显示速度。