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计算机图形学 教学要求： 教学内容 第1章 绪论 1.1 计算机图形学的发展历史 1.2 计算机图形学的研究内容 1.3 计算机图形学的应用领域 1.4 当前计算机图形学的研究热点 1.1计算机图形学的发展历史 起源 计算机图形学硬件设备的发展 计算机图形学算法研究的发展 1.1.1 起源 Ivan E. Sutherland在Sketchpad系统中实现了用光笔在图形显示器上选择、定位等交互功能，是交互式计算机图形学的开端，他本人被世人公认为“计算机图形学之父”。图示为Ivan E. Sutherland操纵Sketchpad系统。 1.1.2 计算机图形学硬件设备的发展 1.1.2 计算机图形学硬件设备的发展 1.1.2 计算机图形学硬件设备的发展 20世纪60年代后期：存储管式显示器 它不需要缓冲存储器和刷新过程，消除了闪烁问题，而价格却比矢量显示器便宜一个数量级。这就使得交互式图形生成技术的广泛应用成为现实。但它也存在一个缺点，即不具备局部修改能力，因而难以进行动态显示。 不需刷新，价格较低，缺点是不具有动态修改图形功能，不适合交互式 1.1.2 计算机图形学硬件设备的发展 20世纪70年代初，刷新式光栅扫描显示器 光栅扫描显示器将被显示的图像以点阵形式存储在刷新缓存中，由视频控制器将其读出并在屏幕上产生图像。光栅扫描显示器较之随机扫描显示器有许多优点。一是规则而重复的扫描比随机扫描容易实现，因而价格便宜；二是可以显示用颜色或各种模式填充的图形，这对于生成三维物体的真实感图形是非常重要的。三是刷新过程与图形的复杂程度无关，只要基本的刷新频率足够高，就不会因为图形复杂而出现闪烁现象。由于光栅扫描显示器具有许多优点因而至今仍然成为图形显示的主要方式。 大大地推动了交互式图形技术的发展，能够显示的颜色非常丰富，至今仍是主流的图形显示器。 1.1.2 计算机图形学硬件设备的发展 目前，高分辨率、真彩色、多种类型 液晶显示器和等离子显示器，这两类显示器轻便、易于携带，但目前在价位和色彩方面尚稍逊于光栅扫描显示器。 1.1.2 计算机图形学硬件设备的发展（续） 1.1.2 计算机图形学硬件设备的发展(续) 1.1.3 计算机图形学算法研究的发展 光栅扫描图形生成 （点、线、面的离散表示） 图形变换（几何变换、平行投影、透视投影） 真实感图形生成 （隐藏线/面去除法、Z缓冲器算法、简单光照模型、光线追踪、辐射度、阴影、透明、纹理） 几何建模（线框模型、面模型、体模型） 曲线与曲面生成算法 （Furguson参数曲线/面 Bézier 均匀B样条 非均匀B样条） 图形学应用算法 （与具体应用领域的算法相结合） 1.2 计算机图形学的研究内容 1.2 计算机图形学的研究内容 图形：计算机图形学的研究对象 能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象 包括自然景物、拍摄到的图片、用数学方法描述的图形等等 构成图形的要素 几何要素：刻画对象的轮廓、形状等 非几何要素：刻画对象的颜色、材质等 计算机中表示图形的方法 点阵表示 枚举出图形中所有的点 简称为图像（数字图像） 参数表示 形状参数+属性参数 简称为图形 1.2 计算机图形学的研究内容 与相关学科的关系 1.3 计算机图形学的应用领域 图形用户界面(GUI) 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） 科学计算可视化 地理信息系统（GIS） 娱乐 计算机艺术 虚拟现实（VR） 逆向工程 图形用户界面(GUI) Graphics User Interface 发展历程 操作系统 Macintosh，OS/2，Windows，Unix/X-Window 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） Computer-Aided Design 应用领域：飞机、轮船、汽车外形，建筑、机械结构和产品设计（结构分析和外形设计）、建筑，服装，玩具 优点：设计周期短，成本低，质量高 Boeing 777, 无纸设计 AutoCAD, SolidWorks, Pro/E, UG, CATIA, MDT,CAX 科学计算可视化 Scientific Visualization 必要性：直接分析大量的测量数据或统计数据有困难 目标：用图形表现抽象的数据 应用领域：医学，遥感，流场、气象、核爆模拟，等等 计算机艺术 书法、艺术图片 输入工具：键盘、鼠标、手写笔等等 软件工具：PhotoShop、CorelDraw、PaintBrush等等 优点：功能多、创作轻松、调色方便等等 缺点：目前难以容入人的灵感（未来的研究课题） 艺术实例 地理信息系统（GIS） Geographical Information System 建立在地理图形之上的关于各种资源