安徽大学计算机图形学与空间信息可视化知识点.docxVIP

绪论

1.2计算机图形学概述

什么是计算机图形学

图形的起源是伴随着人类产生而产生的。主要分为三个阶段：

第一阶段：远古时期人类的象形图画式符号为图形的原始形式，也是文字的雏形。

第二阶段：有一部分图画是符号演变而形成文字。区别在于，形象性更强，更为简化。

第三阶段：文字产生后带来的图形发展，文字这一视觉传达形式使人类的沟通和交往更加密切，而能综合复杂信息内容且又极易被领会的图形形式更为人类所重视和利用。

计算机制图优势

数字地图易于贮存，并保证了贮存中的不变形性，从而提高了地图的使用精度

数字地图易于校正、编辑和更新

减轻了制图人员的劳动高强度，而且减少了制图人员的主观随意性而产生的偏差，为地图制图进一步标准化、规范化铺平了道路

提高了成图速度，缩短了成图周期，改进了制图和制印工艺

增加了地图品种，拓宽了服务领域

数字地图的容量大，它只受计算机存贮器的限制，可以包含比一般模拟地图多得多的地理信息

计算机图形学定义：计算机图形学就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理和算法。

计算机图形学的研究内容

计算机图形学的一个主要目的是要利用计算机产生赏心悦目的真实感图形。

一般来说，要在计算机上生成一幅物体的图形，有两个步骤：

造型技术

在计算机中建立所要生成图像的物体的模型，即给出表示该物体的几何数据和拓扑关系。

绘制（渲染）技术

再利用某种光照模型，计算假想的光源、纹理、材质属性下几何模型的光照效果，并显示在屏幕上。

计算机图形学的发展历史

五十年代：

1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院旋风I号计算机的附件诞生。50年带末期，MIT的林肯实验室在旋风计算机上开发SAGE空中防御体系。

六十年代：

1963年，MIT林肯实验室的I.E.Sutherland发表了一篇题为《Sketchpad∶AManMachineGraphicalCommunicationSystem》Sketchpad∶一个人机交互通信的图形系统的博士论文,他也因此被称为计算机图形学之父

1962年，雷诺汽车公司的工程师提出贝塞尔曲线、曲面的理论，而成为CAGD的先驱。

七十年代：

光栅显示器出现了。光栅显示器屏幕是由像素组成的。

八十年代：

Phong算法只能刻画物体表面的明暗，但不能模拟透明效果，比如玻璃杯、窗户做不出来。

1920年Whitted提出了一个光透视模型-Whitted模型。第一次提出了光线跟踪算法的范例。光线跟踪是图形学当中最重要、最著名的算法之一。

九十年代：

飞速发展，大量应用

计算机图形学的应用领域

人机交互和图形用户界面

计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）

真实感图形绘制与自然景物仿真：真实感绘制

计算机游戏、电影、动漫

计算机艺术

计算机仿真：对模型进行动态实验

科学计算可视化

虚拟现实：使参与者获得于显示一样的感觉。

地理信息系统

农业领域

1.3计算机图形处理系统

一个交互式计算机系统应具有计算、存储、对话、输入和输出等5方面的功能。

图形输入设备

阶段：

控制开关、穿孔纸等

键盘、光笔

二维定位设备，如鼠标、数字化仪、跟踪球、触摸屏、操纵杆、扫描仪等

三维输入设备，如三位鼠标、空间球、数据手套

智能人机接口：用户的手势、表情、语音

键盘和鼠标、光笔、触摸屏、操纵杆、数据手套、数字化仪、图像扫描仪、声频输入系统、视频输入系统、真实物体的三维信息的输入

图形显示设备

阴极射线管(CRT)显示器

结构：

从外形上看：管颈部分、锥体部分、屏幕部分

从结构上看：电子枪、聚焦系统、加速系统、磁偏转系统、荧光屏

金属阴极：被加热时发射电子

聚焦系统：一个电子镜，能使众多电子束聚焦于一点

加速系统：加速电子束使其达到轰击激发荧光屏应有的速度

磁偏转系统：控制电子束在屏幕上的运行轨迹

荧光屏：被电子轰击时发出亮光

工作原理：

高速的电子束从电子枪发出，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。屏幕上的那一点就会亮了，要保持一幅稳定的画面，必须不断发射电子束。

要保持荧光屏上有稳定的图像就必须不断地发射电子束。刷新一次指电子束从上到下将荧光屏扫描一次，达到60hz时人眼才能感觉到屏幕不闪烁，觉得舒服需要85hz以上的刷新频率。

CRT的缺陷

CRT固有的物理结构限制了它向更广的显示领域发展：

屏幕的加大必然导致显像管的加长，显示器的体积必然要加大，在使用时会产生空间显示。

CRT显示器是利用电子枪发射电子束来产生图像，容易收电磁波干扰。

长期电磁辐射会对健康产生影像。

阴极射线管的技术指标

分辨率、显示速度

一个阴极射线管在水平和垂直方向单位长度上能识别出的最大光电数称之为分辨率。光点亦称之为像素。

LCD液晶显示器

液晶屏幕后面有一个背光，这个光源先穿过第一