第一讲-计算机图形学概论

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1、计算机图形学内容提要什么是计算机图形学计算机图形学应用发展历史研究内容什么是计算机图形学？“颜值”最高的学科方向图形学的研究对象图形：能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象（主要是三维几何对象）计算机图形学的目的在计算机中表示、生成、处理和显示图形高度交叉的学科方向数字图像处理：利用计算机对数字图像进行底层（low-level）信息处理计算机视觉：从数字图像中提取高层次（high-level）信息计算机图形学：将各层次信息表达为视觉元素趋势：融合为更大的学科方向，可视计算（VisualComputing）应用驱动的学科方向最大的应用产业：电影特效硬件发

2、展的直接驱动：视频游戏图像处理计算机辅助设计科学可视化虚拟现实图形用户界面……电影特效视频游戏：水特效视频游戏：火特效视频游戏：阴影视频游戏：植被图像处理计算机辅助设计（CAD）科学可视化-ByScienceVisualizationchallenge2013虚拟现实OculusRiftCave图形用户界面游戏时间你在哪些地方见过计算机图形学的应用？发展历程回顾（一）50年代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（WhirlwindI）计算机的附件诞生1958年，美国Calcomp公司由联机的数字记录仪发展成滚筒式绘图仪，Ge

3、rBer公司把数控机床发展成为平板式绘图仪50年代末期，MIT的林肯实验室在“旋风”计算机上开发SAGE空中防御体系发展历程回顾（二）60年代1962年，MIT林肯实验室的I.E.Sutherland发表了一篇题为“Sketchpad：一个人机交互通信的图形系统”的博士论文--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…)。1962年，雷诺汽车公司的工程师PierreBézier提出Bézier曲线、曲面的理论。1964年MIT的教授StevenA.Coons提出了超限插值的新思想，通过插值四条任意的边界曲线来构造曲面

4、。发展历程回顾（三）70年代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其相应算法纷纷诞生图形软件标准化1974年，ACMSIGGRAPH的“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发展历程回顾（四）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”的思想，被称为Gourand明暗处理1975年，Phong提出了著名的简单光照模型-Phong模型实体造型技术英国

5、剑桥大学CAD小组的Build系统美国罗彻斯特大学的PADL-1系统发展历程回顾（五）80年代图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发展1980年Whitted提出了一个光透视模型-Whitted模型，并第一次给出光线跟踪算法的范例，实现Whitted模型1984年，美国Cornell大学和日本广岛大学的学者分别将热辐射工程中的辐射度方法引入到计算机图形学中史海拾贝：1988年，浙江大学邵敏之、彭群生等关于辐射度的论文被SIGGRAPH录用，实现了中国学者在这一图形学最顶级会议上的突破。1989年，浙江大学彭群生等的工作被欧洲图形学会议EuroGraphic

6、s录用，并被评为最佳论文。SIGGRAPH全称“theSpecialInterestGrouponComputerGraphicsandInteractiveTechniques”，1974年召开第一届，取得了巨大的成功。现代计算机图形学（一）硬件的革命性发展摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍专用图形芯片每6个月更新换代一次vs.通用CPU几年更新换代一次NVIDIAGTXTitanZ…8122gigaflops最新的CPU，64-bit,2,4,6,8,或10核IntelCorei

7、7–消费级，最高6核，超线程到12线程，IntelCorei7980XE:107.6GFLOPSIntelHaswell–工业级，8核,超线程到16线程现代计算机图形学（二）图形处理器将CPU中的图形进程放到为图形操作设计的图形芯片中nVidiaGeForce™,AMDRadeon™GPU最初是用来处理特殊的图形计算现在GPUs越来越多地被用于并行化其它的计算任务(被称作GPGPU,或General-PurposeComputingontheGraphicsProcessingUnit)从固定图形流水线到可编程流水线现代计算机图形学（三）输入设备的变革鼠

8、标，平板、触摸屏、力反馈设备、其它游戏控制器（如Wii），扫描仪、数字摄像头等等