计算机图形学-chap1 绪论.ppt

计算机图形学 主讲教师：张忠秋 Office：1#104 E_mail：npumd110410@163.com 考核方法：平时及上机成绩占30%，期末考试成绩占70% 平时成绩：上课到课率、课堂纪律、回答问题等 上机成绩：编程操作能力、观察和分析及运用知识能力、程序编制正确性以及课堂纪律、实验态度、保持实验室卫生等 期末考试成绩：闭卷笔试 教材： 计算机图形学基础教程（第2版） 孙家广 胡事民 编著 清华大学出版社 参考书目： 计算机图形学基础教程（VC++版） 孔令德 编著 清华大学出版社 计算机图形学基础（第2版） 陆枫 何云峰 编著 电子工业出版社 上课要求： 不迟到，不早退 遵守课堂纪律 带书，带笔记本 用心听课，适当记笔记 认真完成课后作业 第1章 绪论 预习思考题： 1.计算机图形学的主要研究内容 2.列举三个以上图形学的应用领域 3.一个图形系统通常由哪些图形设备组成 4.图形和图像的区别 5.CRT显示器的原理 6.LCD有哪些技术指标 7.常用的图形输入设备有哪些 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。 计算机图形学是计算机科学中，最为活跃、得到广泛应用的分支之一。 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 图象是指计算机内以位图(bitmap)形式存在的灰度信息。 图形含有几何属性（点、线、面、体等），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：工程图、等高线地图、曲面的线框图 明暗图(Shading)：真实感图形 图形学与计算机辅助设计（CAD） 计算机图形学的一个主要目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。为此一般先建立目标图形所描述场景的几何表示，再采用某种光照模型，计算在假想得光源、纹理、材质属性下几何模型的光照效果。 图形学与视觉 基于图像的绘制 基于视频的绘制 1.2 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。 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，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 70年代 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