计算机图形学课件精选.ppt

华中理工大学计算机学院 陆枫 99-7 1999年7月 计算机图形学 主讲： 张晓庆 山东科技大学信息学院 教学要求 了解图形系统的框架及其涉及的软件、硬件技术； 了解图形学的基本问题，掌握图形学的基本概念、方法与算法； 对与图形相关的应用及当前的研究热点有一个初步认识； 具有一定实践体会和相关的编程能力。 本课程的主要内容 绪论 光栅图形学 扫描转换、裁减、反走样、消影 几何造型 曲线曲面造型、实体造型 真实感图形学 Phong模型、光线跟踪、辐射度算法 指导实验 主要参考书目 孙家广，计算机图形学（第三版），清华大学出版社，1999。 唐泽圣，计算机图形学基础，清华大学出版社，1995 Donald Hearn, M. Pauline Baker ,“Computer Graphics C Version”, Prentice Hall , 1997. James D. Foley, Andries van Dam etc., “Introduction to Computer Graphics”, Addison-Wesley, 1996 唐荣锡，计算机图形学教程（修订版），科学出版社，2000 计算机辅助设计与图形学学报 中国图形图像学报 成绩评定办法 作业、考勤、实验：20% 笔试：80% 第1章 引言 提出问题 3D虚拟影像摄影系统 协同工作摄影机 面部表演捕捉还原系统 计算机图形学与传统理论 ：交叉、界线模糊、相互渗透CAGD（计算几何）逼近论（计算数学）微分几何形态学混沌学小波理论 计算机图形学的研究对象——图形 通常意义下的图形： 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。 计算机图形学中所研究的图形 从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信息的图和形。 图形的表示 点阵法是用具有颜色信息的点阵来表示图形的一种方法，它强调图形由哪些点组成，并具有什么灰度或色彩。 参数法是以计算机中所记录图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。通常把参数法描述的图形叫做图形（Graphics）把点阵法描述的图形叫做图像（Image） 与计算机图形学相关的学科 ?计算机图形学试图从非图象形式的数据描述来生成（逼真的）图象。 ?数字图象处理旨在对图象进行各种加工以改善图象的视觉效果。 ?计算机视觉是研究用计算机来模拟生物外显或宏观视觉功能的科学和技术。 1.2 计算机图形学的发展 酝酿期（50年代） 1950年，美国MIT的旋风1号Whirlwind I计算机配备了阴极射线管CRT来显示一些简单的图形，不具备人-机交互功能 萌芽期（60年代） 1962年，美国MIT林肯实验室的Ivan.E.Sutherland发表了一篇题为Sketchpad：一个人－机通信的图形系统的博士论文，其中首次使用了“Computer Graphics” 提出图形学的概念，成就“图形学之父”的英名 获“图灵”奖IEEE 计算机杰出成就奖Coons奖 ?发展期（70年代） 普及期（80年代）出现了带有光栅图形显示器的个人计算机和工作站 提高增强期（90年代） 总体特征：技术发展、需求驱动 1.3 计算机图形学的应用 CAD/CAM 可视化与可视计算 海量的数据的图形表示 1986年，美国科学基金会（NSF）专门召开了一次研讨会，会上提出了“科学计算可视化（Visualization in Scientific omputing）”科学计算可视化广泛应用于医学、流体力学、有限元分析、气象分析当中 在医学领域：机械手术和远程手术，医用CT扫描数据的三维重建，基于CT数据的人体内漫游 计算机动画 二维动画 图象变形 形状混合 三维动画 关键帧动画 变形物体的动画 过程动画 关节动画与人体动画 基于视频Video的动画 虚拟现实 4 图形设备 图形显示设备 图形输出包括图形的显示和图形的绘制，图形显示指的是在屏幕上输出图形 图形绘制通常指把图形画在纸上，也称硬拷贝，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝设备 彩色CRT显示器 CRT（CRT Cathode－Ray Tube，阴极射线管） 组成 电子枪 聚焦系统 加速系统 磁偏转系统 工作原理 高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、加速系统和磁偏转系统就会到达荧光屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子的轰击下会发生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能态变为高能态。由于高能态很不稳定，在很短的时间内荧光物质的电子会从高能态重新回到低能态，这时将发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了 要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发射电子束 电平控制器是用来控制电子束的强弱的，当加上正电压时，电子束就会大量通过，将会在屏幕上形成较亮的点，当控制电平加上负电压时，依