计算机图形学第1章.ppt

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1、清华大学计算机系列教材孙广家等编著计算机图形学（第三版）清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础第1章绪论什么是计算机图形学？计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理、显示的学科。计算机图形学计算机科学中，最为活跃、得到广泛应用的分支之一清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础1.1计算机图形学的研究内容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，构成了计算机图形学的主要研究内容。图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实

2、体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础图形与图象图象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，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的。图形主要分为两类基于线条信息表示明暗图(Shading)清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础1.2计算机图形学的发展历史20世纪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（Whi

3、rlwindI）计算机的附件诞生了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，GerBer公司把数控机床发展成为平板式绘图仪20世纪50年代末期，MIT的林肯实验室在“旋风”计算机上开发SAGE空中防御体系清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础20世纪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1962年，雷诺汽车公司的工程师PierreBézier提出Bézier曲线、曲

4、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。清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础20世纪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“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清华大学计算机科学与技术系计算机图形

5、学基础真实感图形学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剑桥大学CAD小组的Build系统美国罗彻斯特大学的PADL-1系统清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础20世纪80年代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Corne

6、ll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图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发展清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础ACMSIGGRAPH会议小知识全称“theSpecialInterestGrouponComputerGraphicsandInteractiveTechniques”20世纪60年代中期，由Brown大学的教授AndriesvanDam(Andy)和IBM公司的SamMatsa发起1974年，在Colorado大学召开了第一届SIGGRAP

7、H年会，并取得了巨大的成功每年只录取大约50篇论文清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础1.3计算机图形学的应用及研究前沿计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）CAD/CAM是计算机图形学在工业界最广泛、最活跃的应用领域飞机、汽车、船舶的外形的设计发电厂、化工厂等的布局土木工程、建筑物的设计电子线路、电子器件的设计设计结果直接送至后续工艺进行加工处理，如波音777飞机的设计和加工过程清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础网络环境下进行异地异构系统的协同设计现代产品设计已不再是一个设计领域内孤

8、立的技术问题，而是综合了产品各个相关领域、相关过程、相关技术资源和相关组织形式的系统化工程从设计一开始就考虑产品生命周期的全部因素，从而达到快速响应市场需求的目的协同设计的出现使企业生产的时空观发生了根本的变化；异地设计、异地制造、异地装配为企业在市场竞争中赢得了宝贵的时间清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础基于工程图纸的三维形体重建定义：从二维信息中提取三维信息，通过对这些信息进行分类、综合等一系列处理，在三维空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体，恢复形体