第1章计算机图形学概述78081.pptVIP

14：40-15：25 15：35-16：20 第1章 计算机图形学概述 Why we need graphics? 电影 游戏 仿真 CAD/CAM/CAE 建筑设计 可视化 1.1 图形的概念与计算机图形学的研究内容 广义的图形概念 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） 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。 日本Yoshinori Dobashi等人绘制的真实感云 由清华大学自然景物平台生成的野外场景 Xfrog3.0 生成的挪威云杉 1.1.2计算机图形学的研究内容 计算机图形学(computer graphics,CG) 用计算机生成景物的数字模型，并将它显示在计算机屏幕上，或者绘制在纸张或胶片上。它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。 计算机图形学的主要研究对象 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) 计算机图形学的主要研究内容 如何在计算机中表示图形 如何利用计算机进行图形计算、处理 图形的显示 一类是由线条组成的图形，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等， 另一类是类似于照片的明暗图(Shading)，也就是通常所说的真实感图形。 图像处理与计算机图形学 对图像进行处理和分析，从图像中提取二维和三维几何信息 研究内容有：图像增强、边沿提取、图像分割、图像压缩、纹理分析、形状特征提取、模式识别、机器人视觉、三维形体重建等 图像处理是图形学的逆过程 如何在计算机中表示图形,以及如何利用计算机进行图形的生成、处理和显示的相关原理与算法 真实感图形计算的结果是以数字图象的方式提供的，计算机图形学也就和图象处理有着密切的关系 计算机图形学更广泛的研究内容 如图形硬件、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、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。 面向计算机专业本科生简单介绍图形硬件、图形标准、图形交互技术，着重讨论与光栅图形生成、曲线曲面造型和真实感图形生成相关的原理与算法 计算机图形学课程主要知识分类 图形的描述与变换（第4章） 光栅图形学（第3、7章） 真实感图形学（第8、12、14章） 三维几何造型技术（第9、10、11章） 图形的组织—图形的层次结构（第5章） 人机交互—交互绘图技术（第6章） 计算机图形学的应用（第13章） 1－9章本科生学习，10－14章研究生学习 1.2计算机图形学的发展史 1.2.1 计算机图形设备和交互技术 1946年，第一台电子计算机的问世推动了许多学科的发展和新学科的建立，其中就包括现代图形学技术。 2)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。该显示器用一个类似于示波器的阴极射线管（CRT）来显示一些简单的图形。 3)1952年MIT成功研制世界上第一台三坐标数控机 4)1959年，美国Calcomp公司研制出的世界上第一台滚筒式绘图机，使计算机辅助绘图仪开始代替人工绘图。 在整个50年代，只有电子管计算机，用机器语言编程，主要应用于科学计算，为这些计算机配置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形学处于准备和酝酿时期，并称之为：“被动式”图形学。 5) 20世纪50年代末期，MIT的林肯实验室在“旋风”计算机上开发SAGE空中防御体系，第一次使用了具有指挥和控制功能的CRT显示器，操作者可以用笔在屏幕上指出被确定的目标获取需要的信息。与此同时，类似的技术在设计和生产过程中也陆续得到了应用，它预示着交互式计算机图形学的诞生。 1.2.2 计算机图形系统 在几何造型系统中，描述物体的三维模型有三种，即线框模型、实体模型和表面模型 2）20世纪60年代末期开始研究和发展实体造型技术，如英国剑桥大学的I.C.Braid的BUILD系统、美国罗彻斯特大学的PADL-1系统和日本北海道大学的TIPS-1系统。这些系统都在计算机内提供了对物体的完整的几何定义，可随时提取所需信息。 目前国际上应用较广的实体造型系统有IBM公司的CADAM、Dassault System公司的C