计算机图形学中的图形概念ComputerGraphics计算机图形学
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本章主要学习内容 1.1 计算机图形学的概念与研究内容
1.2
计算机图形学的发展历史
1.3
计算机图形学的应用
广义的图1.形1 概计念算机图形学的概念和研究内容
凡是能够在人的视觉系统中形成 视觉印象的客观对象都称为图形。 如： ❖ (1)自然景物 ❖ (2)照片和图片 ❖ (3)工程图、设计图和方框图 ❖ (4)人工美术绘画、雕塑品 ❖ (5)用数学方法描述的图形 ❖ （包括几何图形、代数方 ❖ 程、分析表达式或列表所 ❖ 确定的图形）
可视化技术已广泛应用于流 体力学、有限元分析、医学、 天气预报、海洋和空间探测 等领域。
（3）计算机动画1.3 计算机图形学的应用
计算机生成的场景可单独显示，也可以与演员及实际场景混合 显示，以生成各种逼真的虚拟场景画面和特技效果，从而为人 们提供一个充分展示个人想象力和艺术才能的空间。
（4）计算机模拟1和.3仿计真算机图形学的应用
❖ 60年代 1.2 计算机图形学的发展史
1962年，MIT林肯实验 室的I. E. Sutherland发 表了一篇题为 “Sketchpad：一个人 机交互通信的图形系统” 的博士论文， --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…)
❖ 目前国际上应1用.2较计广算的机图形学的发展史
实体造型系统有IBM公
司的C来自百度文库DAM、Dassault
System公司的CATIA、
SDRC公司的Geomod、
PT公司的Pro/Engineer、
SpatialTechnology公司的 ACIS、Solidworks公司
CATIA系统设计的轮船
的Solidworks等。设计人
员可以直接在三维空间
1.1 计算机图形学的概念和研究内容
计算机图形学中的图形概念
是指由点、线、面、 体等几何要素和明暗、 灰度（亮度）、色彩 等非几何要素构成的， 从现实世界中抽象出 来的带有灰度、色彩 及形状的图或形。
1.1 计算机图形学的概念和研究内容
计算机图形学(Computer Graphics,简称：CG)是研究如何在 计算机环境下生成、处理和显示图形的一门学科。
GKS标准下的图形
PHIGS标准下的图形
1.2 计算机图形学的发展史
❖ 80年代后期，美国的皮格尔和蒂勒将有理B样条发展成为非 均匀有理B样条（NURBS）方法，并已成为当前自由曲线和 曲面描述的最广为流行的技术，使有关曲面的设计、分析与
计算达到了前所未有的高度。
1.3 计算机图形学的应用
计算机辅助设计与制造 (computer aided design and manufactory，CAD/CAM) 地理信息系统 ( geographical information system, GIS) 科学计算可视化 (visualization in scientific computing， VS)
计算机图形学的主要研究对象 ❖ 在计算机环境下景物的几何建模方法(modeling)、对模型
的处理方法、几何模型的绘制技术(rendering)、图形输入 和控制的人机交互界面(user interface)。
例如，要研究如何在计算机上表示飞机和汽车外形、方便地 对飞机和汽车外形进行修改、快速地绘制它们的真实感图形
计算机辅助设计(CAD)已广泛应用 于飞机、汽车、 船舶的外形设计 、电路设计，以及建筑、 服装、 印染、玩具设计等领域。 CAD技 术使得工程、产品设计和施工图 纸不必再由人工绘制，可大大缩 短设计周期。
雪佛莱敞篷轿车曲面造型
（2）科学计算可1视.3化计算机图形学的应用
科学计算可视化就是利用计算机图形生成技术，将科学及工程 计算中的计算数据和测量数据等以图形的形式显示出来，使人 们能观察到用常规手段难以观察到的自然规律和自然现象。
1.1 计算机图形学的概念和研究内容 计算机图形学产生真实感图形的过程
通过绘制过程生成物体 的真实感图形
绘制
对物体做一系列的变换，以 反映观察者和物体的位置关系
处理
建立对物体完整的几何描述
建模
1.1 计算机图形学的概念和研究内容
图像处理（Image Processing ）
它是用摄像机或扫描仪等手段将客观世界中原来存在的图形 摄制成数字化图像，对图像进行处理、分析和理解，从图像 中提取所关注的图形的二维或者三维几何信息。
进行产品的设计、修改、
D观ass察au，lt 从Sy而ste使m设公计司活的动CATIA
变得直观、简单、高效。
PT公司的Pro/Engineer系统
❖ 70年光代栅图形学迅速发1展.2，计区域算填充机、图裁剪形、消学隐的等基发本图展形史概念、及其相应算法纷 纷诞生 1971年，法国雷诺汽车公司的贝塞尔(Bézier)发表了一种用控制多边形定义曲线 和曲面的方法。同期，法国雪铁龙汽车公司的德卡斯特里奥也独立地研究出与贝 塞尔类似的方法。孔斯和贝塞尔被称为现代计算机辅助几何设计的奠基人。 图形软件标准化 ❖ 1974年，ACM SIGGRAPH的与“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
计算机动画和艺术
计算机模拟和仿真
虚拟现实 (virtual reality, VR)
（1）计算机辅助1设.3计计与算制机造图形学的应用
应用CAD系统进行设计，可1）获得产品的精确表示和显示结果，2）在计算 机中建立对象的数据模型，3）进行各种性能分析计算，4）对设计做修改， 5）制造过程和设计结果联系起来，设计结果直接传送至后续工艺进行加工。
图像 处理的研究内容
图像增强、边缘提取和图像分割、图像压缩、纹理分析、形 状特征提取、模式识别和三维形体重建等。
❖ 50年代 1.2 计算机图形学的发展史
12) 1914965年9年，，第美一国台C电al子co计m算p公机司的研问制世出推的动世了界许上多第学一科台的滚 发展筒和式新绘学图科机的，建使立计，算其机中辅就助包绘括图现仪代开图始形代学替技人术工。绘图。
1.2
计算机图形学的发展历史
1.3
计算机图形学的应用
广义的图1.形1 概计念算机图形学的概念和研究内容
凡是能够在人的视觉系统中形成 视觉印象的客观对象都称为图形。 如： ❖ (1)自然景物 ❖ (2)照片和图片 ❖ (3)工程图、设计图和方框图 ❖ (4)人工美术绘画、雕塑品 ❖ (5)用数学方法描述的图形 ❖ （包括几何图形、代数方 ❖ 程、分析表达式或列表所 ❖ 确定的图形）
可视化技术已广泛应用于流 体力学、有限元分析、医学、 天气预报、海洋和空间探测 等领域。
（3）计算机动画1.3 计算机图形学的应用
计算机生成的场景可单独显示，也可以与演员及实际场景混合 显示，以生成各种逼真的虚拟场景画面和特技效果，从而为人 们提供一个充分展示个人想象力和艺术才能的空间。
（4）计算机模拟1和.3仿计真算机图形学的应用
❖ 60年代 1.2 计算机图形学的发展史
1962年，MIT林肯实验 室的I. E. Sutherland发 表了一篇题为 “Sketchpad：一个人 机交互通信的图形系统” 的博士论文， --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…)
❖ 目前国际上应1用.2较计广算的机图形学的发展史
实体造型系统有IBM公
司的C来自百度文库DAM、Dassault
System公司的CATIA、
SDRC公司的Geomod、
PT公司的Pro/Engineer、
SpatialTechnology公司的 ACIS、Solidworks公司
CATIA系统设计的轮船
的Solidworks等。设计人
员可以直接在三维空间
1.1 计算机图形学的概念和研究内容
计算机图形学中的图形概念
是指由点、线、面、 体等几何要素和明暗、 灰度（亮度）、色彩 等非几何要素构成的， 从现实世界中抽象出 来的带有灰度、色彩 及形状的图或形。
1.1 计算机图形学的概念和研究内容
计算机图形学(Computer Graphics,简称：CG)是研究如何在 计算机环境下生成、处理和显示图形的一门学科。
GKS标准下的图形
PHIGS标准下的图形
1.2 计算机图形学的发展史
❖ 80年代后期，美国的皮格尔和蒂勒将有理B样条发展成为非 均匀有理B样条（NURBS）方法，并已成为当前自由曲线和 曲面描述的最广为流行的技术，使有关曲面的设计、分析与
计算达到了前所未有的高度。
1.3 计算机图形学的应用
计算机辅助设计与制造 (computer aided design and manufactory，CAD/CAM) 地理信息系统 ( geographical information system, GIS) 科学计算可视化 (visualization in scientific computing， VS)
计算机图形学的主要研究对象 ❖ 在计算机环境下景物的几何建模方法(modeling)、对模型
的处理方法、几何模型的绘制技术(rendering)、图形输入 和控制的人机交互界面(user interface)。
例如，要研究如何在计算机上表示飞机和汽车外形、方便地 对飞机和汽车外形进行修改、快速地绘制它们的真实感图形
计算机辅助设计(CAD)已广泛应用 于飞机、汽车、 船舶的外形设计 、电路设计，以及建筑、 服装、 印染、玩具设计等领域。 CAD技 术使得工程、产品设计和施工图 纸不必再由人工绘制，可大大缩 短设计周期。
雪佛莱敞篷轿车曲面造型
（2）科学计算可1视.3化计算机图形学的应用
科学计算可视化就是利用计算机图形生成技术，将科学及工程 计算中的计算数据和测量数据等以图形的形式显示出来，使人 们能观察到用常规手段难以观察到的自然规律和自然现象。
1.1 计算机图形学的概念和研究内容 计算机图形学产生真实感图形的过程
通过绘制过程生成物体 的真实感图形
绘制
对物体做一系列的变换，以 反映观察者和物体的位置关系
处理
建立对物体完整的几何描述
建模
1.1 计算机图形学的概念和研究内容
图像处理（Image Processing ）
它是用摄像机或扫描仪等手段将客观世界中原来存在的图形 摄制成数字化图像，对图像进行处理、分析和理解，从图像 中提取所关注的图形的二维或者三维几何信息。
进行产品的设计、修改、
D观ass察au，lt 从Sy而ste使m设公计司活的动CATIA
变得直观、简单、高效。
PT公司的Pro/Engineer系统
❖ 70年光代栅图形学迅速发1展.2，计区域算填充机、图裁剪形、消学隐的等基发本图展形史概念、及其相应算法纷 纷诞生 1971年，法国雷诺汽车公司的贝塞尔(Bézier)发表了一种用控制多边形定义曲线 和曲面的方法。同期，法国雪铁龙汽车公司的德卡斯特里奥也独立地研究出与贝 塞尔类似的方法。孔斯和贝塞尔被称为现代计算机辅助几何设计的奠基人。 图形软件标准化 ❖ 1974年，ACM SIGGRAPH的与“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
计算机动画和艺术
计算机模拟和仿真
虚拟现实 (virtual reality, VR)
（1）计算机辅助1设.3计计与算制机造图形学的应用
应用CAD系统进行设计，可1）获得产品的精确表示和显示结果，2）在计算 机中建立对象的数据模型，3）进行各种性能分析计算，4）对设计做修改， 5）制造过程和设计结果联系起来，设计结果直接传送至后续工艺进行加工。
图像 处理的研究内容
图像增强、边缘提取和图像分割、图像压缩、纹理分析、形 状特征提取、模式识别和三维形体重建等。
❖ 50年代 1.2 计算机图形学的发展史
12) 1914965年9年，，第美一国台C电al子co计m算p公机司的研问制世出推的动世了界许上多第学一科台的滚 发展筒和式新绘学图科机的，建使立计，算其机中辅就助包绘括图现仪代开图始形代学替技人术工。绘图。