[计算机软件及应用]计算机图形学.ppt

第1章 计算机图形学概述 本章目标 1、掌握计算机图形学基本概念及研究内容 2、掌握图形的组成和表示 3、了解计算机图形学的发展史 4、初步认识与图形相关的应用及当前的研究热点 主要内容 1.1 计算机图形学的研究内容 1.2 计算机图形学应用 1.3 计算机图形学发展史 1.4 计算机图形学当前的研究热点 1.1 计算机图形学的研究内容 一、计算机图形学（Computer Graphics） 1、ISO定义：计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门的显示设备上显示的原理、方法和技术的学科 2、IEEE定义： Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer 3、通俗地讲，计算机图形学就是应用计算机技术进行图形的生成、处理和输出。 1.1 计算机图形学的研究内容 二、图形（graphics） 1、什么是图形？ （1）能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象。如：自然景物、拍摄到的图片；用数学方法描述的图形(如sin函数曲线) （2）本课程是指人们通过计算机设计和构造出来的，可以用计算机生成、显示、存储、处理并且输出的对象。 注意：图形可以是现实世界中已经存在的物体，也可以是 完全虚构的物体 1.1 计算机图形学的研究内容 2、图形的基本要素 （1）几何要素，刻画对象的轮廓、形状等。如点，线，多边形，多面体等 （2）非几何要素，刻画对象的颜色、材质等。如颜色，纹理等。 3、图形实例 1.1 计算机图形学的研究内容 三、图形表示方法 1、点阵法 枚举出图形中所有的点(强调由点像素构成），简称为图像（image） 2、参数法 由图形的形状参数(方程或表达式的系数，线段的端点坐标等) + 属性参数(颜色、线型等)来表示图形，简称为图形（graphics），如圆：半径和圆心坐标 3、比较（见下页） Graphics与Image的比较* 1.1 计算机图形学的研究内容 四、研究内容 1、图形系统（硬、软、标准化） 2、基本图形生成 如何显示点、线段、多边形及圆等几何图形 3、图形的处理 几何变换（图形动起来）；投影变换（如何显示三维图形）；真实感图形 4、物体造型 实体表示；曲线曲面；真实感 1.1 计算机图形学的研究内容 五、相关学科 包括：数字图像处理、计算几何、模式识别及计算机视觉 计算几何 1、CAGD（Computer Aided Geometric Design） 几何形体在计算机中的表示 分析、研究怎样灵活方便地建立几何形体的数学模型，提高算法效率 在计算机内更好地存储和管理这些模型等 包括研究曲线、曲面的表示、生成、拼接、数据拟合 数字图像处理 模式识别 3、Pattern Recognition 从图像中抽取的统计特性或结构信息，从而把图像分成预定的类别 如印刷体文字识别、指纹识别等 计算机视觉 4、Computer Vision 计算机视觉就是用各种成像系统代替视觉器官作为输入敏感手段，由计算机来代替大脑完成处理和解释 核心技术：分析和识别输入的图像并从中提取二维或三维的数据模型（特征）--与模式识别一致 如机器人的视觉系统 可以看做是计算机图形学的逆过程 1.2 计算机图形学应用 一、图形用户界面（GUI） 二、计算机辅助设计（CAD） 三、科学可视化（ Scientific Visualization ） 四、计算机艺术（Computer Art） 五、地理信息系统(GIS) 六、计算机动画、广告及娱乐 七、多媒体系统（Multimedia） 八、虚拟现实系统(Virtual Reality) 1.2.1 图形用户界面 一、人机界面(HCI：Human Computer Interface) 人与计算机间的通信，由软件与硬件组成 发展 操纵板：指示灯与机械开关 字符界面：DOS。终端与键盘 图形用户界面：Windows，X－Windows等 二、图形用户界面(GUI：Graphical User Interface) 图形直观易记，操作简捷 编程容易（如VC++开发环境） 三、发展 自然、高效多通道的用户界面（语音，视觉等） 没有界面的用户界面（类似人与人间的交流） 1.2.2 计算机辅助设计 一、CAD：Computer Aided Design 1、交互式图形生成技术用来设计机械、电子设备等产品的元部件和系统以及工程建筑 表示与显示 性能分析计算 修改设计 二、应用 1、汽车、飞机和船体的外壳 2、模具、大规模集成电路 3、光学系统、民用建筑、服装、玩具等 三、主要软件 AutoCAD， P