计算机图形学概述

1.1什么计算机图形学
表示（representation ）：如何利用图形的几 何和物理信息来描述图形。
生成（create ）：如何快速、有效的生成图形 的几何和物理信息。
处理（manipulate）：对现有的图形信息进行 存储、加工、处理以满足实际的需要。 显示（display)：根据图形的几何和物理信息， 如何将图形在图形设备上显示出来。
1.3计算机图形学的应用领域
1.3.1图形用户接口（GUI）
通过图标或代表一定意义的图形作为人们与机器 设备的接口，通过gui人们可以更加直观、更加简 单的实现人机交互。
1.3计算机图形学的应用领域
1.3.2 计算机辅助设计（CAD）
CAD是计算机图形学在工业界最广泛、最 活跃的 应用领域。
通过虚拟画笔和虚拟画纸，画家可以用数字化输入设备代 替传统的纸和笔来创作美术作品
虚拟毛笔
1.3计算机图形学的应用领域
非真实感绘制技术
非真实绘制就是将图形绘制成各种手绘的艺术效果， 是80年代后期兴起的计算机图形学的一个研究热点。在艺 术、娱乐和工程领域得到了广泛的应用，非真实感绘制的 研究又有两个研究内容：一个是针对三维模型通过边缘检 测、光照处理等技术将三维模型输出为某种手绘或艺术风 格的图像；另一个是将一幅数字照片转化成某种艺术风格 的图像。
第一季度 第二季度 第三季度 第四季度
1.3计算机图形学的应用领域
1.3.4计算机美术（computer art )
计算机美术是计算机图形学最直接、最活跃、最 广泛的应用领域之一，计算机美术的研究主要有 两个方面： 虚拟绘画工具 非真实感绘制技术。
1.3计算机图形学的应用领域
虚拟绘制工具：
Computer graphics
C version. Second Edition
第一讲： 计算机图形学概述
Survey of Computer Graphics
山东师范大学传播学院 李大锦
2008.8.28
1.1什么计算机图形学
图形与图像
图像： 以像素点阵来表示图像信息 图形： 是以图形的几何、物理属性来表示图形。
Fetter称之为 "First Man".
1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学 院（MIT）旋风I号（Whirlwind I）计算机的附件 诞生了。
1.2计算机图形学的起源与发展
50年代末，MIT的林肯实验室在Whirlwind计算机上 开发SAGE空中防御体系。第一次用光笔在屏幕上选 取图形。预示着交互式图形生成技术的诞生。 MIT的TX-2计算机的研制成功，使交互计算成为可能， 使交互式图形学研究迈出了重要的一步。 60年代是计算机图形学确立和兴起的年代 1962年，MIT林肯实验室的I. E. Sutherland发表了 一篇题为“Sketchpad：A man-machine graphical communication system ”的博士论文。开始了图形 学研究的黄金年代。各大公司和高校迅速投入到计算 机图形学的研究领域之中。(基于TX-2计算机）
1.2计算机图形学的起源与发展
在70年代，除了传统的军事和工业领域，计算 机图形学还被广泛的应用于教育、科研、艺术、 娱乐等行业。 80年代是计算机图形系统迅速推广应用的年代。 计算机图形软件功能开始部分地由硬件来实现， 微机的推广，更加进一步拓宽了图形学的应用和 研究。graphical user interface (GUI) 得到广泛的 应用。 90年代3d图形学在游戏，动画，多媒体领域得到 了更广泛的应用，95年pixar制作了第一步完全有 计算机生成的三维动画大片-玩具总动员。
计算机图形学是计算机科学中，最为活跃、应 用最广泛的分支之一。
1.2计算机图形学的起源与发展
最早使用computer graphics 一词的是波音飞机公 司William Fetter，于1960年提出computer graphics 一词。他在研究人机工程学时利用计算 机生成最早的人体图形，被称为“Boeing Man”,
1.2计算机图形学的起源与发展
70年代是图形学迅速发展并结出累累硕果 的年代。
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CGI、CGM、GKS、PHIGS
计算机图形学
美国的James Foley在其著作中定义：计算机 图形学是运用计算机描述、输入、表示、存储、 处理（检索/变换/图形运算）、显示、输出图形的 一门学科。
1.1什么计算机图形学
1982年，ISO给出的定义：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。 ※计算机图形学是研究利用计算机来表示、生成、 处理、显示图形的学科。
1.2计算机图形学的起源与发展
1962年，雷诺汽车公司的工程师Pierre Bézier 提出Bézier曲线、曲面的理论 1964年MIT的教授Steven A. Coons提出了超 限插值的新思想，通过插值四条任意的边界曲 线来构造曲面。 IBM迅速推出了IBM 2250 图形终端，成为第一 个商业图形计算机。 各种专门研究团体、学术会议、图形标准相继 诞生，69年，著名的SIGGRAPH （Special Interest Group in Graphic机图形学的应用领域
汽车外形设计
1.3计算机图形学的应用领域
1.3.3示例图形（Presentation Graphics） 用于研究、管理报告或消费者信息发布或其他报 告中的有关金融、统计、数学、科学、经济等数据 的图形表示，
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 东部 西部 北部
1.2计算机图形学的起源与发展
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
实体造型技术
英国剑桥大学CAD小组的Build系统 美国罗彻斯特大学的PADL-1系统