计算机图形学--原理、方法及实现.ppt

计算机图形学 主讲教师：吕书强 Email: lvshuqiang@bucea.edu.cn 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： 杜晓增，计算机图形学基础，高教，2005 王汝传等，计算机图形学，人民邮电出版社，2003. 李东等，计算机图形学实用教程，人民邮电出版社，2004。 主要参考书： 潘云鹤等，“计算机图形学—原理、方法及应用”，高等教育出版社，2003。 孙家广等，计算机图形学（第三版），清华大学出版社，2002。 讲授内容 第1章 概述 第2章 计算机图形系统 第3章 VC开发环境简介 第4章 基本图形元素的生成算法 第5章 图形变换 第6章 图形裁剪 第7章 真实感物体绘制 第一章 绪论 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、纹理等 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： 什么是计算机图形学 定义1：计算机图形学是研究怎样用计算机生成、处理和显示图形的一门学科。 定义2：计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专用显示设备上显示的原理、方法和技术的一门学科。 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。 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 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 历史追溯 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。 历史追溯 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 历史追溯 真实感图形学 1970年，Bouknight提出了第一个光反射模型 1971年Gourand提出“漫反射模型＋插值”的思想，被称为Gourand明暗处理 1975年，Phong提出了著名的简单光照模型- Phong模型 实体造型技术 英国剑桥大学CAD小组的Build系统 美国罗彻斯特大学的PADL-1系统 历史追溯 80年代 1980年Whitted提出了一个光透视模型-Whitted模型，并第一次给出光线跟踪算法的范例，实现Whitted模型 1984年，美国Cornell大学和日本广岛大学的学者分别将热辐射工程中的辐射度方法引入到计算机图形学中 图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发展 90年代：微机和软件系统的普及使得图形学的应用领域日益广泛。 标准化、集成化、智能化 多媒体技术、人工智能、科学计算可视化、虚拟现实 三维造型技术 历