计算机图形学 第一章 概论

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1、跨入计算机殿堂的入门篇计算机图形学施智平shizhiping@gmail.com施智平2005年博士毕业于中科院计算技术研究所2005-2010年，中科院计算所，副研究员主持国家自然基金“基于视感知的图像视频语义获取关键技术研究”参加3项重点基金，1项973，1项863项目973项目“非结构化信息(图像)的内容理解与语义表征”国家自然基金重点“基于云计算的海量数据挖掘”国家自然基金重点“Web搜索与挖掘的新理论与新方法”2010-现在，首都师范大学，形式化验证主持国家自然基金“希尔伯特空间以及矩阵理论在HOL4中的形式化”主持中澳国际科技合作“系统形式化验

2、证及性能分析关键技术合作研究”课程安排前导课程：数据结构，代数几何教学安排：总课时54学时考试方式：平时成绩(40%)+闭卷考试教材与参考书张怡芳，计算机图形学基础及应用教程孔令德，计算机图形学基础教程（VisualC++版）胡事民，孙家广，计算机图形学基础教程孙家广，计算机图形学第一章概述什么是计算机图形学计算机图形学的提出和发展图形图像有何区别光栅扫描显示器计算机图形学的最新研究方向本章学习目标本章内容1.1计算机图形学的应用领域1.2计算机图形学的概念1.3计算机图形学的研究内容1.4计算机图形学的确立和发展1.5图形显示器的发展及其工作原理1.6图

3、形软件标准的形成1.7计算机图形学的热点技术1.8小结1.1计算机图形学的应用领域计算机图形学（ComputerGraphics，CG）计算机图形学已经在科学艺术、电影、商业、广告教学和培训等领域获得广泛的应用1.1计算机图形学的应用领域计算机辅助设计(CAD/CAM)计算机艺术（CA）虚拟现实（VR）计算机辅助教学（CAI）1.1.1计算机辅助设计(CAD/CAM)计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）和计算机辅助制造（ComputerAidedManufacture，CAM）计算机图形学最早应用的领域，也是当前计算机图形学最成

4、熟的应用领域，典型的代表产品为AutoCAD系统软件建筑、机械、飞机、汽车、轮船、电子器件等产品的开发几乎都使用AutoCAD进行设计具体设计时，先使用线框模型将三维物体内部特征展示出来，然后采用真实光照模型和曲面绘制技术产生最终效果图。旋耕刀辊设计图1.1.2计算机艺术（CA）计算机图形学应用于美术设计中，称为计算机艺术（ComputerArt，CA）动画设计是其典型代表广泛应用于影视特技、商业广告、游戏、计算机辅助教学等领域一个常用的设计软件是3DSMAX《侏罗纪公园》、《玩具总动员》等影片均是典型的3DSMAX技术产品3DSMAX是世界上应用最广泛的

5、三维建模、动画、渲染软件,满足制作高质量动画、游戏、设计效果等领域的需要3DSMAX集中体现了计算机图形学研究成果，综合使用了图形变换、消隐、光照、纹理以及实体造型等技术。1996年，世界上第一部完全用计算机动画制作的电影《玩具总动员》上映，该片不仅获得了破记录的票房收入，而且给电影制作开辟了一条新路。目前全球动画产业的产值为2000亿到5000亿美元，已经成为21世纪新的朝阳产业。许多商业广告中还用到变形（Morph）的图形处理方法，可以将一个人的脸变成另一个人的脸。邦德变女郎1.1.3虚拟现实（VR）虚拟现实（VirtualReality）用计算机生成

6、一种虚拟环境，用户“沉浸”到该环境中，并可通过一些特殊设备与该环境直接进行交互在虚拟现实中，看到的是全彩色的景象，听到的是虚拟环境中的声响，感受到的是虚拟环境设备反馈的作用力，从而产生身临其境的感觉家居花园三维视景仿真系统家居花园外景居室漫游VideoGame仿真分形艺术分形几何学和计算机图形学相结合的一门边缘学科分形通过递归实现复杂的图形结构，主要用于描述欧几里得几何学无法描述的自然世界诸如：起伏蜿蜒的山脉、层层分叉的树枝、以及金属和非金属材料的断面、生物的大分子结构等等谢尔宾斯基海绵Newton分形1.1.4计算机辅助教学（CAI）计算机辅助教学(Co

7、mputerAidedInstruction)是利用计算机图形学技术展示抽象原理或不可见过程的一种新的教学方法在多媒体教室，教师使用集图、文、声、像为一体的多媒体课件，形象、生动地进行教学，有助于学生理解和接受深奥枯燥的理论。同时在网络化学习（E-Learning）时代，网络多媒体课件使得受教育者不必进入传统的课堂也能接受到优质的培训，分享全世界范围内的优质教育资源。1.1.5可视化1.2什么是计算机图形学计算机图形学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与算法使用图形生成原理和算法将数学模型转化为图像显示的科学1

8、.2.1计算机图形学中图形的分类几何图形：基于线条表示的如线框图、