计算机图形学-第一章-图形设备-系统和应用.ppt

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1、第一章图形设备、系统和应用2021/9/17主要内容：计算机图形学概念与研究内容计算机图形学的发展简史计算机图形学的应用常用的图形设备当前研究热点2021/9/172计算机图形学概念与研究内容（1）什么是计算机图形学？利用计算机研究图形的表示、生成、处理、显示的学科；计算机科学中，最为活跃、并得到广泛应用的分支之一；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。2021/9/17

2、3计算机图形学概念与研究内容（2）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(强调图形由点构成)；简称为图像（数字图像）；参数表示：由图形的形状参数(方程或分析表达式的系数，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；计算机图形学研究内容：(输入、处理、输出）图形的输入：如何利用图形输入设备及软件将图形输入计算机中去，并作各种处理；2021/9/174计算机图形学概念与研究内容（3）图形的处理包括对图形进行变换(几何变换，投影变换)、运算（集合运算）、着色、形变等…图形的输出将图形的表示形式转换成图形输出

3、系统能够接受的表示形式，并将图形在显示屏或打印机等输出设备上输出。图形与图像的关系图像纯指计算机内以位图(Bitmap)形式存在的灰度信息；图形含有几何属性，更强调场景的几何表示，由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成；图形主要分为两类：基于线条的信息表示明暗图(Shading)2021/9/175计算机图形学概念与研究内容（4）计算机辅助几何设计（CAGD，ComputerAidedGeometricDesign）几何形体在计算机中的表示与分析；研究如何灵活地建立几何形体的数学模型，提高算法效率，以更好地存储和管理模型等；研究曲线、曲面

4、的表示、生成、拼接、数据拟合；图像处理：如何对一幅连续图像取样、量化以产生数字图像；对数字图像做各种变换以方便处理；滤去图像中的无用噪声；压缩图像数据以便于存储和传输、图像边缘提取、特征增强和提取等；计算机视觉与模式识别图形学的逆过程，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）。手写体识别、机器视觉；2021/9/176计算机图形学概念与研究内容（5）其它研究内容：三维景物表示，包括曲线曲面的造型，实体造型，以及纹理、云彩、波浪等自然景物的造型与模拟；三维场景表示，包括光栅图形生成算法、线框图形和真实感图形的理论和算法；图形

5、信息的存储,检索与交换技术：包括几何和图形数据的存储，数据压缩与解压缩；基于图像和图形的混合绘制技术；图形的操作与处理方法;人机交互与用户接口技术：包括可视化技术;动画技术;图形硬件与输出技术;图形标准与图形软件包的研究开发;虚拟现实技术;......2021/9/177主要内容：计算机图形学概念与研究内容计算机图形学的发展简史计算机图形学的应用常用的图形设备当前研究热点2021/9/178计算机图形学的发展简史（1）历史追溯1950年，MIT，旋风一号（WhirlwindI）计算机的图形显示器，类似于示波器的CRT来显示简单图形。－CRT

6、的出现为计算机生成和显示图形提供了可能；50年代末期，MIT林肯实验室，在Whirlwind上开发SAGE空中防御系统，通过光笔在屏幕上指点与系统交互。－标志着交互式图形技术的诞生；1962年MIT林肯室验室Ivan.E.Sutherland的博士论文：“Sketchpad：一个人机通信的图形系统”。－确定了交互图形学作为一个学科分支（提出基本交互技术、图元分层表示概念及数据结构…)；60年代：MIT、BellLab、通用汽车公司、剑桥大学开展大规模的研究。－计算机图形学被确立并得到迅速发展；2021/9/179计算机图形学的发展简史（2）

7、70年代进入技术实用化：光栅图形学迅速发展区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念及相应算法纷纷诞生；图形软件标准化1974年，ACMSIGGRAPH的与“与机器无关的图形技术”的工作会议；ACM成立图形标准化委员会，制定“核心图形系统”（CoreGraphicsSystem）；ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS；真实感图形学1970年，Bouknight提出了第一个光反射模型；1971年，Gourand提出“漫反射模型＋插值”思想，称为Gourand明暗处理；1975年，Phong提出了著名的简单光照模型-Phong模型；实体造型技术

8、英国剑桥大学CAD小组的Build系统；美国罗彻斯特大学的PADL-1系统；2021/9/1710计算机图形学的发展简史（3）80年代初，图形学依然是较小的学科，原因是图形硬件设