计算机图形学(北京大学)(精品·公开课件).ppt

Graphics Lab.PKU 计算机图形学 计算机图形学 北京大学计算机系图形研究室 主讲： 龙晓苑 E-mail: lxy@ 辅导：刘西川 E-mail: lxc@ 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： 教材 倪明田等，“计算机图形学”，北京大学出版社，1999。 主要参考书： 孙家广：计算机图形学（第三版），清华大学出版社，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 董士海，《计算机用户界面及其工具》，科学出版社，1994 龙晓苑：数字化艺术，北京大学出版社，1999.12 第一讲 计算机图形学概述 1.1 研究内容 1.2 发展历史 1.3 应用举例 1.4 当前研究动态 1.1 研究内容 ?何谓图形 ?构成图形的要素 ?两种表示法 ?所研究的内容 计算机图形学的研究内容 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 CAGD（Computer Aided Geometric Design） 几何形体在计算机中的表示，分析、研究怎样灵活方便地建立几何形体的数学模型，提高算法效率，在计算机内更好地存储和管理这些模型等。研究曲线、曲面的表示、生成、拼接、数据拟合。 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 历史追溯 1950年，MIT，旋风一号（Whirlwind I 计算机的图形显示器，类似于示波器的CRT来显示简单图形。--CRT的出现为计算机生成和显示图形提供了可能。 50年代末期，MIT林肯实验室，在Whirlwind上开发SAGE空中防御系统，通过光笔在屏幕上指点与系统交互。--标志着交互式图形技术的诞生。 历史追溯 1962年MIT林肯室验室Ivan.E.Sutherland的博士论文：Sketchpad：一个人机通信的图形系统。--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…)。 60年代：MIT、Bell Lab、 通用汽车公司、剑 桥大学开展大规模的研究 。 60年代确立并得到发展 70年代进入技术实用化 但80年代初，图形学 依然是较小的学科，原 因是图形硬件设备十分昂贵，且基于图形的应用相 对较少。后来，情况发生了变化…… 硬件发展 图形显示器的发展 图形显示器是计算机图形学中关键的设备 60年代中期：画线显示器（亦称矢量显示器） 需要刷新。设备昂贵，限制普及 60年代后期：存储管式显示器 不需刷新，价格较低，缺点是不具有动态修改 图形功能，不适合交互式。 硬件发展 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。 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。 图形显示设备的发展： 硬件发展 图形输入设备的发展 第一阶段：控制开关、穿孔纸等等 第二阶段：键盘 第三阶段：二维定位设备，如鼠标、光笔、图形输入板、触摸屏等等，语音 第四阶段：三