〈新〉计算机图形.ppt

计 算 机 图 形 学 主讲： 王永君 E-mail: wangyongjun@njnu.edu.cn 课程内容 概论 计算机图形设备 交互式技术 基本图形生成算法 几何造型技术 二维图形变换及二维观察 三维图形变换及三维观察 高级话题：曲线和曲面、真实感图形显示* 教学要求 了解图形系统的框架及其涉及的软件、硬件技术； 了解图形学的基本问题，掌握图形学的基本概念、方法与算法； 对与图形相关的应用及当前的研究热点有一个初步认识； 具有一定实践体会和相关的编程能力。 主要参考书目： 蔡士杰等，计算机图形学（第二版），电子工业出版社，2002。 倪明田等，“计算机图形学”，北京大学出版社，1999。 Donald Hearn, M. Pauline Baker ,“Computer Graphics (C Version)”, Prentice Hall , 1997. 南京大学出版社。 课程考核方法 平时成绩10%：考勤、学习态度； 上机实验和作业30%； 期末笔试60%； 第一章 绪论 第一章 绪论 计算机图形学及其相关概念 定义：计算机图形学（Computer Graphics）是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。 IEEE定义：Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer. 计算机图形学与传统理论关系 ： 计算几何 计算数学 微分几何 形态学 混沌学 小波理论 计算机图形学的研究对象－图形： 图形在计算机中的表示： 计算机图形学相关学科的比较： 第一章 绪论 发展历史 ?历史追溯 ?硬件发展 图形显示器的发展 图形输入设备的发展 ?图形软件及软件标准的发展 历史追溯 二十世纪50年代（酝酿期） 1950年，第一台CRT，美国麻省理工学院（MIT）旋风I号（Whirlwind I）计算机的显示设备. 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年代末期美国战术防空系统SAGE，CRT显控台，可交互。 60年代（萌芽期） 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 确定了交互图形学作为一个学科分支（提出基本交互技术、图元分层表示概念及数据结构…)。 1962年，雷诺汽车公司的工程师Pierre Bézier 提出Bézier曲线、曲面的理论 1964年MIT的教授S. 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。 70年代（发展期） 光栅图形学 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 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-3D、PHIGS等 工业界事实上的标准OpenGL，DirectX，Postscript 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（普及期） 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 图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发展，出现了带有图形显示器的个人PC和工作站。 90年代（深入发展） 微机和软件系统的普及使得图形学的应用领域日益广泛。 标准化、集成化、智能化 多媒体技术、人工智能、科学计算可视化、虚拟现实 三维造型技术 硬件发展 图形显示器的发展 70年代初，刷新式光栅扫描显示器出现，大大地推动了交互式图形技术的发展。 特点：以点阵形式表示图形，使用专用的缓冲区存放点阵，由视频控制器负责刷新扫描。 硬件发展 图形输入设备的发展 图形软件发展及软件标准形成 三种类型的计算机图形软件系统发展： 图形软件发展及软件标准形成 （2）扩充计算机语言，使其具有图形生成和处理的功能，如： Turbo Pascal、Turbo C，AutoLisp等。 特点：简练、紧凑、执行速度快，但可移植性