吉林大学图形学课件第1章计算机图形学简介

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1、计算机图形学郭晓新计算机科学与技术学院7/17/20211第一章计算机图形学简介第一节计算机图形学第二节计算机图形学的起源第三节计算机图形学的应用及发展动向第四节图形系统的硬件第五节计算机图形标准7/17/20212图形的基本概念对象：客观存在的实体。可以是各种具体的、实在的物体，如家具、机械零件、房屋建筑等，也可以是抽象的、假想的事物，如天气形势、人口分布、经济增长趋势等等。7/17/20213图形的基本概念模型：能够正确地表达出一个对象性质、结构和行为的描述信息。建模是计算机图形学的首要工作。模型，由点、线、

2、圆、曲线、曲面、体元等各种几何元素以及他们的组合构造。7/17/20214图形的基本概念图形基元：（简称“图元”——Primitives）是基本的图形元素，指点、线、圆/弧等，其信息包含图元的几何信息与属性信息（颜色、线型、线宽等显式属性和层次等隐式属性）。像素：（Pixel）或图像单元（Pels，pictureelements）最基本的图元，其信息包括点坐标与它的属性信息（颜色、灰度、亮度等）。7/17/20215图形的基本概念图形（Graphics）：从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信息的表示。以矢量

3、形式呈现。计算机中由场景的几何模型和景物的物理属性表示的图形，它更强调场景的几何表示，记录图形的形状参数与属性参数。例如，工程图纸（Drawing）。7/17/20216图形的基本概念图像（ImageorPicture）：以点阵形式呈现。计算机中以具有颜色信息的点阵来表示的图形，它强调图形由哪些点组成，记录点及它的灰度或色彩。例如，照片、扫描图片和由计算机产生的真实感和非真实感图形等。7/17/20217图形的基本概念抽象图形的本质可以概括地说：图形=图元+属性7/17/20218图形的基本概念简单来说，计算机图

4、形学是指用计算机产生对象图形的输出的技术。确切地说，计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。它综合了应用数学、计算机科学等多方面的知识。7/17/20219图形的基本概念计算机生成图形的过程：对象→模型→图形本质上，计算机图形学研究两个问题：如何在计算机中“建模（表示）”和“显示（绘制）”出多彩的客观世界：（1）建模（表示）：建立对象的模型，即对该对象作出所需的正确的信息描述。通俗地讲，是如何将客观世界（几何）“放到”计算机中去——几何建模；（2）显示（绘制）

5、：利用计算机对这个模型进行各种必要的处理，从无到有地产生出能正确反映对象的某种性质的图形输出。通俗地讲，是如何将计算机中抽象的“几何”用一种形象的（静态或动态的图形，含图像）方式表现出来——几何的视觉实现。7/17/202110计算机图形学定义对象点线（直线、曲线）面（平面、曲面）体（多面体、曲面体）图形点：几何（坐标）属性：可见性、颜色（亮度、色调、色饱和度）等模型基本几何点、线、圆/圆弧拓扑信息数据结构建模绘制7/17/202111计算机图形学定义瑞士计算机科学家Wirth在1976年对“程序”给出了如下定义

6、：算法+数据结构=程序。对计算机图形学给出如下定义：计算机图形学=几何+绘制7/17/202112构成图形的要素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、纹理等7/17/202113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：计算机中表示图形的方法7/17/202114从处理技术上来看，图形主要分为两类，基于线条信息表示的，如工程图、等高线地

7、图、曲面的线框图等，明暗图(Shanding)，也就是通常所说的真实感图形。计算机中表示图形的方法7/17/202115计算机图形学的总体架构7/17/202116计算机图形学的总体架构数学基础（Math.Fuandemental），主要是向量与几何变换，如几何建模时的三维空间变换，绘制时的三维到二维的投影变换和二维空间的窗口和视图变换等。几何（Geometry），三维及二维空间的各种几何模型。可以是解析式表达的简单形体，或是隐函数表达的复杂曲线、曲面，也可以是面片表达的任意几何体等等。7/17/202117计算

8、机图形学的总体架构绘制（Rendering），几何的视觉实现（决定几何的属性）过程。计算机图形学典型的反走样、光照、纹理等理论和算法均可被认为是对几何的绘制处理。交互技术（Interaction），交互技术提供图形通讯手段，成为人机交互的主要工具。7/17/202118与相关学科的关系图像处理(ImageProcessing)模式识别(PatternRecognition