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PAGE 20Open Inventor程序设计从入门到精通 PAGE 20 Open Inventor程序设计从入门到精通 PAGE 19绪论第1 PAGE 19 绪论 第 1 章 第1章 绪 论 图形图像是传递信息的主要途径。人们使用图形来表达与交流思想有着悠久的历史，尤其在当今的工程领域和各个学科及其分支都离不开图形和图像。人的眼睛从一张图纸中吸收的信息比从一张数据表格吸收的信息要快得多，而且，如果图形和数字能够互为补充，则可使人们更深刻地认识事物的本质及其内在联系。为了能够更好地模拟出虚拟的“真实”世界，人们使用了当今最为先进的各种技术手段，研制出了许多优秀的图形软硬件系统。对于软件系统而言，OpenGL和C++（包括C）程序设计语言是推动图形学发展的重要动力。因此，为了更好地理解和学习基于OpenGL、由C++写成的Open Inventor三维图形API（Application Programming Interface，应用程序编程接口），本章先从计算机图形学（Computer Graphics）的发展开始，一步步加深对Open Inventor这一强大的图形编程工具的理解。 1.1 计算机图形学的简单回顾 计算机图形学是研究如何用数字计算机生成、处理和显示图形的一门学科。图形学的应用从某种意义上标志着计算机软、硬件的发展水平。人们要利用计算机进行工作，必须有人与计算机之间进行传递信息的手段——人机界面。人机界面从早期的读卡机及控制板上的开关和指示灯发展到键盘和字符中断，再发展到基于键盘、鼠标、光笔等输入设备和光栅显示器的图形用户界面，而最终必然过渡到带给用户身临其境感觉的三维用户界面——虚拟环境（虚拟现实）。计算机图形学来源于生活、科学、工程技术、艺术、音乐、舞蹈、电影制作等各行各业，反过来它又大大促进了这些领域的发展。 1.1.1 计算机图形学的发展简史 本书侧重于介绍那些源于过去、至今仍在使用而且将来大概还会继续使用的基本原理和技术，这些内容通常会贯穿于整本书中。本节简要地回顾计算机图形学的发展历史，说明当今系统的由来。关于该领域更为详尽的发展演化过程，可以参考附录中相关参考文献。编写硬件的发展历史显然要比软件的更为容易一些，因为硬件的发展状况对本领域的影响较大。因此，先从硬件谈起。 1．硬件的发展 计算机图形学的研究起源于麻省理工学院。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（Cathode Ray Tube，CRT）来显示一些简单的图形。1962年，第一台光笔交互式图形显示器在麻省理工学院林肯实验室研制成功，它使用光笔在图形显示器上实现选择、定位等交互功能，这是Lvan Sutherland以博士论文形式完成的研究课题，其SKETCHPAD系统被公认为是对交互式图形生成技术的发展奠定基础的系统。 20世纪70年代是计算机图形学发展过程中一个重要的历史时期。由于光栅显示器的产生，使得在20世纪60年代就已处于萌芽状态的光栅图形学算法迅速发展起来，一些基本图形概念及其相应算法，如区域填充、裁剪、消隐等纷纷诞生，图形学进入了第一个兴盛发展时期，并开始出现实用的CAD图形系统。在这一时期，计算机图形学还有另外两个重要进展，分别是真实感图形学和实体造型技术的产生。 进入20世纪80年代以后，工作站的出现极大地促进了计算机图形学的发展。工作站比起小型计算机来说，在图形生成上具有明显的优势，而且目前正朝着高速、高容量、标准化交互界面等方向发展。而且，从20世纪80年代后期至今，微机的性能也迅速提高，无论是整数运算速度还是浮点数运算能力、不论是内存容量还是磁盘空间，逐步可以和工作站相媲美，而且大多数微机都配置了高分辨率的显示器和窗口管理系统，加之价格远低于工作站，因此，微机已成为图形生成的重要环境。 2．软件的发展 随着计算机硬件的发展，需要给图形显示软件提出统一的标准，这就是图形学在软件系统方面的发展，但它要比硬件的发展进程复杂得多。从总体上讲，计算机图形学的发展经历了被动式图形学、交互式图形学和沉浸式图形学三个发展过程。下一节将讨论交互式图形学，在“虚拟现实技术”中将论述沉浸式图形学的相关知识。 早期图形的显示采用物体轮廓来表示物体形状，这就是物体的线框图模型。但仅能确定如图1.1所示的立方体是代表第二个还是第三个立方体。可见，在显示三维物体时，不仅要决定物体上每条棱边在屏幕上的显示位置，而且还要决定哪些棱边是可见的，必须显示，哪些棱边被遮挡了，不可见，必须抹掉或用虚线表示。找出并消除物体中不可见的部分，称为消隐。经过消隐得到的图形成为消隐图。图1.1后面的两个图形均为消隐图。另一方面，