计算机图形学 (1).ppt

余 敦 辉 湖北大学 数计学院 教材 孙家广、杨长贵，计算机图形学（新版），清华大学出版社，1995 主要参考书： 谢步瀛，计算机绘图教程，上海同济大学出版社，1995 倪明田、吴良芝，计算机图形学，北京大学出版社，1999.11 陈传波，陆枫，计算机图形学基础，电子工业出版社，2002 （教材） Donald Hearn, M. Pauline Baker. “Computer Graphics: C version”. Prentice-Hall Inc, 1997 James D. Foley, etc. “Introduction to Computer Graphics”. Addison-Wesley publishing Company, 1996 计算机辅助设计与图形学学报 平时与考试 要求： 不迟到 上课不说话 多提问题与建议 课下多讨论，理论联系实际 考试（成绩分布）： 1、期末考试----60% 2、上机作业----30% 3、书面作业----10% 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。 第一章 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 计算机图形学及其相关概念计算机图形学研究的对象 图形：计算机图形学的研究对象 能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象 包括自然景物、拍摄到的图片、用数学方法描述的图形等等 图形的要素 1.1 计算机图形学及其相关概念计算机图形学研究的对象 计算机图形学所研究图形的定义：从客观世界中抽象出来的带有颜色及形状信息的图和形。 计算机中表示图形的方法 点阵表示 枚举出图形中所有的点 简称为图像（数字图像） 参数表示 形状参数+属性参数 简称为图形 1.1 计算机图形学及其相关概念计算机图形学研究的对象 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) 1.2 计算机图形学的发展 开创阶段（50年代~60年代） 1950年，MIT采用原理类似于示波器阴极射线管（CRT）作为旋风一号的图形显示器。 1958年，滚筒式绘图仪和平板式绘图仪研制成功。 50年代末，SAGE空中防御指挥系统采用光笔作为输入设备，标志着交互式图形技术的诞生。 1.2 计算机图形学的发展 迅速发展阶段 （60年代初~60年代末） 1962年，MIT林肯实验室的I. E. Sutherland(图形学之父)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 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。 1.2 计算机图形学的发展 降低成本阶段（60年代末~70年代初） 存储管显示器出现，大大降低图形硬件系统成本。 70年代初，出现一批通用的、可移植的软件系统。 1.2 计算机图形学的发展 发展成熟阶段（70年代初~80年代初） 光栅扫描显示器得到推广。 出现许多新型的图形输入设备，如各类图形输入板，坐标数字化仪，跟踪球，鼠标器等。 GKS、PHIGS等国际标准的建立。 1.2 计算机图形学的发展 推广应用阶段 （80年代中~90年代中） 1.2 计算机图形学的发展 目前（九十年代中至今） 微机和软件系统的普及使得图形学的应用领域日益广泛。 图形学已经同模式识别、人工智能、数据库等众多领域结合，形成一些交叉学科，如工程数据库、多媒体等。 1.2 计算机图形学的发展 发展历程 1.2 计算机图形学的发展硬设备的发展 图形显示设备的发展 1.2 计算机图形学的发展硬设备的发展 随机扫描显示器: 电子束轰击荧光屏产生的亮点只能持续极短的时间，为了产生静态的不闪烁的图像，电子束必须周期性地反复扫描所要绘制的图形，这个过程称为刷新 存储管式显示器: 内置金属网受到电子束轰击之后形成靶像，它可以持续发出电子，在荧光屏上产生静态图像 无需刷新，价格较低 没有动态修改图形的能力 刷新式光栅扫描显示器: 价格低 性能高 成为当前的主流显示器 1.2 计算机图形学的发展硬设备的发展 图形输入设备的发展 第一阶段：控制开关、穿