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计算机图形学 讲 义 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。 教材或参考书： 孙家广：计算机图形学（第三版），清华大学出版社，1999。 主要参考书： 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. James D. Foley, Andries van Dam etc., “Introduction to Computer Graphics”, Addison-Wesley, 1996 第一章 计算机图形学基本知识 （计算机图形学综述） 计算机技术的飞速发展，使得计算机的应用日益普及和深入。随着计算机硬件技术、网络技术以及多媒体技术的发展，计算机图形学领域的理论与方法已被越来越多的从事计算机应用的人员所重视。计算机图形学是伴随着计算机技术和外围设备而产生和发展起来的。 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 1.1 研究内容 1.2 发展历史 1.3 计算机图形学的应用及研究前沿 1.1 研究内容 ?何谓图形 ?构成图形的要素 ?图形的两种表示法 ?图形学所研究的内容 图形以及构成图形的要素 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 构成图形的要素 几何要素：刻画对象的轮廓、形状等 非几何要素：刻画对象的颜色、材质等 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(强调图形由点构成) 简称为图像（数字图像） 参数表示 由图形的形状参数(方程或分析表达式的系数，线段的端点坐标等)+属性参数(颜色、线型等)来表示图形 简称为图形： 图形主要分为两类： 基于线条信息表示 明暗图(Shading) 什么是计算机图形学 定义：计算机图形学是研究怎样用数字计算机生成、处理和显示图形的一门学科。 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 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。 与相关学科的关系 发展特点: 交叉、界线模糊、相互渗透 图象处理 研究如何对一幅连续图像取样、量化以产生数字图像，如何对数字图像做各种变换以方便处理， 如何滤去图像中的无用噪声，如何压缩图像数据以便存储和传输，图像边缘提取，特征增强和提取。 计算机视觉和模式识别 图形学的逆过程，分析和识别输入的图像并从中提取二维或三维的数据模型（特征）。手写体识别、机器视觉。 1.2 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 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）计算机的附件诞生了 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--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。 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