计算机图形学chapter1.pdf

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1、计算机图形学1课程简介•计算机专业专业课:课时40H•教材(1)计算机图形学，杨钦等，清华大学出版社,2005(2)计算机图形学教程，唐荣锡，汪嘉业，彭群生等，科学出版社(3)计算机图形学基础教程，孙家广等，清华大学出版社内容：简洁Æ全面选择:考虑我们学时数,内容选择适中并有补充2内容(1)计算机图形学概论(2)计算机图形系统概述(3)基本图形生成算法(4)图形变换与裁剪(5)人机交互技术(6)曲线曲面的表示(7)三维实体的造型(8)消隐技术(9)真实感图形技术(10)OPENGL简介3第1章计算机图形学概论内容：计算机图形学的概念、发展历程和应用目的：对计算机图形学有一个较全面了解4本章内

2、容1.1计算机图形学的研究内容1.2计算机图形学的发展简史1.3计算机图形学的应用领域51.1计算机图形学的研究内容•什么是计算机图形学•图形的概念•计算机图形学研究的内容•计算机图形学的相关学科61.1.1什么是计算机图形学•国际标准化组织ISO数据处理字典中对计算机图形学定义：计算机图形学(ComputerGraphics)是:研究用计算机进行数据和图形之间相互转换的方法和技术。具体地讲，计算机图形学是研究怎样用计算机将数据转换为图形,并且在专用的显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。•简而言之：计算机图形学是研究如何用计算机表示、生成、处理和显示图形的一门学科。71.1.2图形的概念

3、1）什么是图形2）图形与图象3）图形表示方法4）矢量表示与位图表示比较81）什么是图形图形是从客观世界的物体中抽象出来的带有灰度或者色彩以及形状的图或形。2）图形与图象图象指计算机内以位图(bitmap)形式存在的灰度信息,强调视觉表现;而图形含有几何属性,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的。（见图例）•图1.1图形举例10图1.2图象举例113）图形表示方法方法1：矢量(参数法)记录图形的形状参数和属性参数。适合于简单的线框图。图1.3一个适合于矢量表示的简单线框图12方法2：位图(像素图)将一幅图形分割成栅格,栅格的每一像素的灰度或者色彩都单独记录。适合于真

4、实感图形。图1.4位图图像数据的一行134)矢量表示与位图表示比较位图矢量•优点:•优点:可以表示任何图形;画面简洁真实感效果好速度快•应用方面的制约:•对许多应用而言：较强的处理和存储能力;比位图更高效、更灵活;像素之间无内在联系;表示方法有局限;分辨率固定;•实例：•实例:字符表示是矢量图形三维场景表示是位图图形14（fromwikipedia）1.1.3计算机图形学研究的内容可以概括为以下3个方面：•图形系统的硬件配置,图形输入、输出设备的结构、原理、性能;•图形系统支撑软件、图形应用软件和交互技术;•图形处理中的各种算法,如图形元素的生成、几何变换、真实感处理、几何造型等算法。151

5、.1.4计算机图形学的相关学科与计算机图形学关系较为密切学科:计算机图像处理、模式识别和多媒体技术等。这些学科之间相互独立又相互渗透和关联。•计算机图像处理图像图像•模式识别图像数据(模型)•计算机图形学数据(模型)图形•多媒体技术综合处理声、文、图形/图像等技术,集成性、实时性、交互性16(图象生成几何模型数据模型(图象处理图象变换计算几何模型变换数（计算机图形学）字图)模型提取)象(计算机视觉、模式识别)图1.5计算机图形学的相关学科171.2计算机图形学的发展简史•1950年,第一台图形显示器(WhirlwindI)在MIT诞生•20世纪50年代末,MIT开发SAGE空中防御系统,交互

6、式图形生成技术出现•1962年,MIT的IvanE.Sutherland在他的博士论文首先使用ComputerGraphics术语•20世纪60年代,美、英等国开始大规模研究,大型计算机连接图形终端成为图形生成技术的运行环境18•1964年,MIT的Prof.StevenCoons提出插值4条任意的边界曲线来构造曲面-Coons曲面•20世纪60年代早期,法国雷诺公司PierreBezier提出Bezier曲线曲面理论用于几何外形设计•20世纪60年代中期,矢量显示器问世•20世纪60年代后期,存储管式显示器得到应用19•20世纪70年代初,基于电视技术光栅扫描显示器出现•20世纪70年代,

7、真实感与实体造型技术产生•20世纪70年代,图形系统标准化取得进展:GKS,PHIGS,小型机图形生成系统形成主流•20世纪80年代,全局光照模型和真实感绘制算法:Whitted模型,光线跟踪(透射),辐射度方法(多重漫反射)20•20世纪80年代,计算机工作站取代小型计算机成为图形生成的主要环境•20世纪90年代以来,微型机性能迅速提高,已成为计算机图形生成技术的重要环境•ACMSIGRAPH为代表的学术会