计算机图形学第1章绪论.ppt

计算机图形学 西安理工大学计算机学院 主讲：王映辉 E-mail: wyh@xaut.edu.cn 教材或参考书 教材： 孙家广等.计算机图形学（第3版）.清华大学出版社，1998.9(第1次印刷)-2006.6(第19次印刷)。 实践用书： 廖朵朵等.OpenGL三维图形程序设计.星球地图出版社，电子版。 讲授内容 第1章 绪论 第2章 光栅设备 第3章 基本图形生成算法 第4章 自由曲线与曲面 第5章 图形裁剪 第6章 图形变换 第7章 计算机动画 1.1 应用及研究前沿 1.2.1 计算机图形学的应用 1.1 应用及研究前沿 1.2.1 计算机图形学的应用 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：设计结果直接送至后续工艺进行加工处理，如波音777飞机的设计和加工过程 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 奥迪效果图和线框图 基于工程图纸的三维形体重建 定义：从二维信息中提取三维信息，通过对这些信息进行分类、综合等一系列处理，在三维空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体，恢复形体的点、线、面及其拓扑关系，从而实现形体的重建 优势：可以做装配件的干涉检查、以及有限元分析、仿真、加工等后续操作，代表CAD技术的发展方向 可视化 科学计算可视化(Scientific Visualization) 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流体力学、有限元分析、气象分析等当中 在医学领域，可视化有着广阔的发展前途 是机械手术和远程手术的基础 将医用CT扫描的数据转化为三维图象，帮助医生判别病人体内的患处 由CT数据产生在人体内漫游的图象 可视化的前沿与难点 可视化硬件的研究 实时的三维体绘制 体内组织的识别分割——Segmentation 真实感图形实时绘制与自然景物仿真 计算机中重现真实世界的场景叫做真实感绘制 真实感绘制的主要任务是模拟真实物体的物理属性，简单的说就是物体的形状、光学性质、表面的纹理和粗糙程度、以及物体间的相对位置、遮挡关系等等 地理信息系统（GIS） 建立在地理图形之上的关于各种资源的综合信息管理系统。 数字地球：地形数据作为载体。 军事，政府决策，旅游，资源调查。 娱乐 电脑游戏 实时性 逼真性 蕴含了先进的图形处理技术 电视广告，节目片头，科教演示（CAI） “侏罗纪公园”、“皇帝的新衣”、 “古墓丽影”，完美风暴……… MAYA, 3D-MAX, SoftImage … 多媒体 在计算机控制下，对多种媒体信息进行生成、操作、表现、存储、通信、或集成的信息系统。 计算机处理的常见媒体：图形、文本、语音（音频）、图像（视频）、动画 特点：媒体的多样性、操作的交互性、系统的集成性 Virtual Reality（虚拟现实、灵境） Virtual Reality 或称虚拟环境(Virtual Environment) 是用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界和与世界交互 1.1.2 当前研究热点 真实感图形实时绘制 物体网格模型的面片简化：对网格面片表示的模型，在一定误差的精度范围内，删除点、边、面，从而简化所绘制场景的复杂度，加快图形绘制速度 基于图象的绘制(IBR，Image Based Rendering)：直接从一系列已知的图象中生成未知视角的图象，适用于野外极其复杂场景的生成和漫游 野外自然景物的模拟 主要绘制山、水、云、树、草、火等等 野外场景远远复杂于室内场景，绘制难度更大，方法更趋多样化 如： * 绘制火的粒子系统(Particle System)； * 基于生长模型的绘制植物的方法； * 绘制云的细胞自动机方法等。 与计算机网络技术的紧密结合 远程医疗与诊断 远程导航与维修 远程教育 远程设计 …… 计算机动画 计算机动画近十多年来取得了很大的发展，已渗透到人们生活的各个角落 商业广告、影视特技/片头、动画片 教育、军事、飞行模拟等 用户接口 用户接口是人们使用计算机的第一观感。一个友好的图形化的用户界面能够大大提高软件的易用性 图形学已经全面融入计算机的方方面面，很多软件几乎可以不看任何说明书，而根据它的图形、或动画界面的指示进行操作 目前几个大的软件公司都在研究下一代用户界面，开发面向主流应用的、自然、高效多通道的