第部分计算机图形学解决方案.ppt

计算机图形学 Ray ray@mail.buct.edu.cn 内 容 计算机图形学的研究内容 计算机图形学的发展历史 计算机图形学的典型应用 计算机图形学的研究内容 计算机图形学(Computer Graphics) 与其它技术的关系 模式识别 图像处理 计算几何 与其它技术的关系 计算机图形学的概念 简单地说，计算机图形学就是研究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。 图形 基于线条信息表示的 明暗图（真实感图形） 图形与图像 界限越来越模糊。 图像纯指计算机内以位图形式存在的信息。 图形含有几何属性，由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成。 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（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 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 20世纪60年代 1962年，雷诺汽车公司的工程师Pierre Bézier 提出Bézier曲线、曲面的理论 1963年，麻省理工学院的Ivan E·Sutherland发表了“画板（Sketchpad）：一个人机图形通信系统”的博士论文，标志着计算机图形学作为一个全新研究领域的起步 1964年，MIT的教授Steven A. Coons提出了超限插值的新思想，通过用小块曲面片组合来表示自由曲面，使曲面片边界上达到任意高阶连续的理论方法，称孔斯曲面。 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，ACM SIGGRAPH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”（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 20世纪80年代之后 图形硬件迅猛发展 各个分支迅猛发展 计算机图形学的典型应用 可视化 海量的数据使得人们对数据的分析和处理变得越来越难，用图形来表示数据的迫切性与日俱增 1986年，美国科学基金会（NSF）专门召开了一次研讨会，会上提出了“科学计算可视化（Visualization in Scientific Computing）” 科学计算可视化广泛应用于医学、流体力学、有限元分析、气象分析当中 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 计算机动画 图象变形 形状混合 关键帧动画 变形物体的动画 过程动画 关节动画与人体动画 计算机艺术 用于模拟艺术效果，研究方法有别于真实感图形学 钢笔素描的生成 钢笔素描产生于中世纪，从19世纪开始成为一门艺术20世纪90年代开始研究用计算机模拟 中国国画与书法的生成 素描树(Siggraph’2000) 由Oliver Deussen绘制 计算机图形学相关开发技术 OpenGL DirectX Java3D VRML OpenGL简介 OpenGL（Open Graphics Library）是图形硬件的一个软件接口，也是该领域的工业标准。图形程序员利用这些指令可以创建高质量的交互式的三维应用。 OpenGL的前身是SGI（Silicon Graphics）公司为其图形工作站开发的IRIS GL。IRIS GL虽然功能强大但是移植性不好，于是SGI公司便在IRIS GL的基础上开发了OpenGL。 OpenGL是一个与硬件无关的软件接口。可以在不同的平台如Windows 95、Windows NT、Unix、Linux、MacOS、OS/2之间进行移植。 OpenGL是网络透明的，具有网络功能。即便客户机和服务器是不同类型的计算机OpenGL程序也可以在网络上运行。 DirectX简介 DirectX 首次出现在 1995 年，当时称为“GameSDK”。在其原始形式中，针对的目标是使用 C 和 C++ 的开发人员。 DirectX 能增强计算机的多媒体功能。使用 DirectX 可访问显卡与声卡的功