教学课件 《计算机图形学》

孔斯曲面。法国雷诺公司的贝赛尔（P.Bezier）也提出了Bezier曲
线和曲面，他们被称为计算机辅助几何设计的奠基人。
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70年代是计算机图形学发展过程中一个重要的历史时
期，计算机图形技术的应用进入了实用化的阶段，交互式图形系
统在许多国家得到应用；许多新的更加完备的图形系统不断被研
制出来。除了在军事上和工业上的应用之外，计算机图形学还进
次使用了“计算机图形”（Computer Graphics）这
个术语。此论文指出交互式计算机图形学是一个
可行的、有用的研究领域，从而确立了计算机图
形学作为一个崭新的学科分支的独立地位。
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1964年，孔斯（S.Coons）提出了用小块曲面片组合表
示自由曲面，使曲面片边界上达到任意高阶连续的理论方法，称
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1．以大型机为基础的图形系统
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2．以中型或小型机为基础的图形系统
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3．以工作站为基础的图形系统
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4．以微机为基础的图形系统
2.2 图形硬件设备
•2.2.1图形显示设备
•1．阴极射线管（CRT）
• 最大偏转角 • 余辉时间 • 刷新 • 刷新频率
• 2．彩色阴极射线管（彩色CRT）
• 电子束穿透法 • 荫罩法
• 常用概念：
• 图像刷新 • 行频、帧频 • 逐行扫描、隔行扫描 • 像素 • 分辨率 • 点距 • 显示速度 • 帧缓冲存储器（帧缓存、显示存储器） • 色彩与灰度等级 • 颜色查找表
• 6．液晶显示器（Liquid-Crystal Display）
• 可视角度 • 点距和分辨率
• 7．等离子显示器
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6．科学计算可视化
第2章 图形系统
2.1 图形系统的组成
• 计算机图形系统由计算机硬件系统和软件系统两 部分组成。严格说来，使用系统的人也是这个系统的 组成部分。
• 2.1.1
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图形系统的功能
1．计算功能 2．存储功能 3．对话功能 4．输入功能 5．输出功能
• 2.1.2 图形系统的分类
机、数字化仪和图形显示器，其技术指标居国际先进水平，已批
量报入市场；与计算机图形学有关的软件的开发和应用也迅速发
展。
1.4 计算机图形学的应用领域
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1. 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）
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2．计算机辅助教学（CAI）
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3. 计算机动画
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4. 管理和办公自动化
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5．国土信息和自然资源显示与绘制
1.2 计算机图形学与图像处理
计算机图形学和图像处理的区别与联系。
1.3 计算机图形学的发展
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50年代初, 作为麻省理工学院（MIT）旋
风1号计算机的附件,图形显示器诞生。
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1962年，美国麻省理工学院林肯实验室
的Ivan E.sutherland发表了一篇题为“Sketchpad:一
个人一机通信的图形系统”的博士论文，其中首
第1章 绪论
1.1 计算机图形学的研究内容
• 计算机图形学的主要核心技术是如何建立所处理对象的模型 并生成该对象的图形。
• 研究内容：
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（1）几何模型构造技术
• （2）图形生成技术
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（3）图形操作与处理方法
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（4）图形信息的存贮、检索与交换技术
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（5）人机交互及用户的接口技术
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（6）动画技术
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（7）图形输出设备与输出技术
• 8．图形处理器
• 2.2.2 图形绘制设备 • 1．绘图仪
• 笔式绘图仪 • 静电绘图仪
• • 2．打印机
• 点阵式打印机 • 喷墨打印机 • 激光打印机
• • 3．摄像机
• 4．颜色模型
• RGB颜色模型 • CMY颜色模型 • HSL颜色模型 • YUV颜色模型
• CRT中的水平和垂直偏转线圈分别产生水平和垂直磁场，电子束则在不 同方向磁场力作用下从左向右，从上向下扫描荧光屏，产生一幅幅光栅，并 由显示内容来控制所扫描的像素点是否发亮，从而形成具有多种彩色及多种 明暗度的图像。
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每一幅光栅称为一帧，每一条从左向右的直线称为扫描线（显示）；
虚线是扫描的逆程（消隐），也称为回扫，分为水平回扫与垂直回扫两种。
• 4．存储管式显示器
• 存储管从表面上看类似于CRT，但是存储管的电子束不是直接打在荧光 屏上，而是先将图形信息通过写入电子枪写在荧光屏前的存储栅上（写有图 形信息的部分呈正电荷），再由读出电子枪发出低能量的漂浮电子流，通过 收集栅使这些电子均匀地散开流向存储栅。存储栅上呈正电荷的地方吸引电 子，使电子通过并轰击荧光材料而发光，在其他位置上则不通过电子，这样 就能把存储栅上的图形“重写”在屏幕上。所以存储管式显示器既能产生图 形，也能存储图形。
•5．光栅扫描显示器
• 光栅扫描显示器是画点设备，它不能直接从单元阵列中的 一个可编地址的像素画一条直线到另一个可编地址的像素，只 可能用尽可能靠近这条直线路径的像素点集来近似地表示这条 直线。
• 光栅扫描方式将CRT屏幕分成由像素构成的光栅网格，其中像素具有灰
度和颜色；所有像素的灰度和颜色信息（也称为显示内容）保存在一个专门 的内存区域中，称为帧缓冲存储器（Frame Buffer），简称帧缓存。
入教育、科研以及事务管理等领域。
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图形显示器也随着计算机技术的发展不断完善。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
学进入了第一个兴盛的时期，并开始出现实用的CAD图形系统。
图形软件功也纷纷制定。
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从80年代中期以来，超大规模集成电路的发展，为图
形学的飞速发展奠定了物质基础。计算机的运算能力的提高，图
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•3．随机扫描显示器
• 工作原理：
• 要显示的图形的定义是存放在刷新缓存的一组画线命令， 有时刷新缓存称为显示文件存储器。为了显示指定的图形，系 统周期性地按显示文件存储器中的一组命令，由显示控制器控 制电子束的偏移，依次画出其组成线条，从而在屏幕上产生图 形；当所有画线命令处理完后，系统周期地返回到该刷新缓存 的第一条画线命令。
形处理速度的加快，使得图形学的各个研究方向得到充分发展，
图形学已广泛应用于动画、科学计算可视化、CAD/CAM、影视娱
乐等各个领域。
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我国开展计算机图形技术的研究和应用开始于60年代。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
近年来，随着改革开放以及我国方针政策的落实，科学技术得到
发展应用，计算机图形学的理论和技术迅速发展，很快取得了可
喜的成果。在硬件方面，我国陆续研制出多种系列和型号的绘图