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计算机图形学 主讲：刘志强 临沂师范学院数学系 刘志强 TelQQ：285364774 Email：liuzhiqiang@ linyizhiqiang@21 第一讲 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 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。 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) 图形学与CAD 1962年，MIT林肯实验室, I. E. Sutherland “Sketchpad：一个人机交互通信的图形系统” Coons, “CAD”的概念，Coons曲面，Coons奖 图形学与模式识别 图形学与视觉 基于图像的绘制 基于视频的绘制 2 计算机图形学的发展历史 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（Whirlwind I）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，GerBer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。 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。 提出图形学的概念，成就“图形学之父”的英名 获“图灵”奖 IEEE 计算机杰出成就奖 Coons奖 I. E. Sutherland，38年生，美国人，CMU学士、Catech硕士、MIT博士，59年博士毕业，参军，26岁担任国防部高级研究计划署（DARPA）信息处理技术局局长(仅中尉衔)，该局曾组织Internet前身ARPANet等重大项目。1964年起，先后在哈佛、Utah、Catech工作。 为博士论文答辩，制作一部电影，答辩时，边放映，边见解，大获成功，该电影广为流传。 1962年，雷诺汽车公司的工程师Pierre Bézier 提出Bézier曲线、曲面的理论，而成为CAGD的先驱。 Bezier与de Casteljau Beizer的“天上掉下来”－到Forrest的“蓦然回首” 1964年MIT的教授Steven A. 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。 58年提出“CAD”概念 图形学最高奖以他名字命名。 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，ACM SIGGRAPH的与ACM成立图形标准化委员会，制定“核心图形系统”（Core Graphics System） ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS 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 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 Greenberg - Nishita 图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发展 ACM SIGGRAPH会议小知识 全称 “the Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques” 60年代中期，由Brown 大学的教授Andries van Dam (Andy) 和IBM公司的Sam Matsa发起 1974年，在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH 年会，并取得了巨大的成功 图形学的杂志和会议 会议：Siggraph， Eurograph， P