计算机图形学简介(精品·公开课件).ppt

计算机图形学第一章 绪论 1.1 计算机图形学的发展及应用 计算机图形学（Computer Graphics）： 简单的说，计算机图形学就是研究如何在计算机中表示图形，以及如何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。 IEEE定义：Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer 与图形学相关的学科 图像处理（Image Processing） (P4) 利用计算机对图形和图像进行分析处理，继而再现图像。图形（图像）信息输入计算机中，按照不同的应用要求，计算机对图像进行各种各样的分析和处理 。 图像的存储、压缩、增强（突出某些特征）、复原（使模糊图像清晰）、分割、重建、编码、传输等等，最后把经过加工处理后的结果重新输出。 图形压缩举例： Bunny模型简化（原始、1000、500、200三角片） (2) 模式识别（Pattern Recognition） 图像的模式识别所研究的问题与计算机图形学所研究的问题是互逆的。模式识别是由图像来获得对图像本身的描述。它是以图像为依据，将图像变换成数据、符号或者是抽象的图。 例如，自动分检信封上的邮件编码、文本自动阅读装置、还有地图符号的识别，都是先由扫描得到图像，然后经识别还原为图形或字符。 (3) 计算几何（Computational Geometry） 着重讨论几何形体在计算机内的表示、分析和综合，研究怎样方便灵活地建立几何形体的数学模型，提高算法的效率，在计算机内如何更好地存储和管理这些模型等。它的研究内容包括曲线曲面的表示、生成、拼接和造型、三维立体造型、离散数据插值等等。 与图形学相关的学科关系图 图形的分类： 基于线条信息表示的 如工程图、等高线地图、曲面的线框图等 明暗图 通常所说的真实感图形 图形与图象的区别： 图象纯指计算机内以位图形式存在的灰度信息，而图形含有几何属性，或者说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。 计算机图形学发展的历史 早期： 50年代～60年代初 中期： 60年代中～70年代末 后期： 80年代初～至今 计算机图形学发展的重要事件 1962年美国麻省理工学院林肯实验室的Lvan E. Sutherland发表了一篇题为“Sketchpad: 一个人一机通信的图形系统”的论文，首次提到计算机图形学（Computer Graphics） 1964年MIT的教授Steven A. Coons提出“超限插值”的思想，提出的孔斯曲面受到工业界和学术界的极大重视。 60年代早期，Pierre Bezier 发展了Bezier曲线、曲面理论。 图形显示设备的发展： 光栅图形显示器的重要地位 第一阶段：控制开关、穿孔纸等 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、语音等 第四阶段：三维输入设备，如空间球、数据手套、数据衣 第五阶段：用户的思维 计算机图形学的应用 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）（P6） 计算机辅助产生图形的过程： (1) 建立形体的几何模型 (2) 对形体施加图形几何变换，如平移、旋转、比例变换等。 (3) 对形体作透视变换 (4) 确定显示范围，作视见变换形成图像 (5) 对形体作真实感处理 计算机辅助产生图形举例： 2. 科学计算可视化 研究如何将来自科学、工程、医学等领域的抽象数据用图形表示的学科称为科学计算可视化。 　　 用图形来表示大量数据计算的结果或中间过程。例如： ·海洋中的海量数据可视化处理，如水温、盐度等； ·商业主管需要分析大量的统计数据以做出对未来商业行为的决策； ·医生需要面对大量的CT数据以确定病人体内是否发生病变及何处发生病变； ·气象人员需要处理气象卫星传回的大批数据以绘出未来一段时间内的天气变化趋势图，遥感数据可视化。 课题举例： 地理信息系统与制图 　 地理信息系统是建立在地理图形之上的关于人口分布、矿藏分布、森林覆盖、土地利用、旅游资源、海洋地理、地形地貌、山川河流分布、区域规划、城市交通、管线管网等综合信息管理系统。 4 图形实时绘制与自然景物仿真 真实感图形的生成过程： 场景造型→取景变换→ 视域裁剪→消除隐藏面→ 可见面光亮度计算 计算机动画 计算机动画是指采用图形与图像的处理技术，借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面，其中当前帧是前一帧的部分修改。 例如：玩具总动员(创票房记