《计算机图形学实用技术》课件_第1章 计算机图形学基础.pptx

1.1计算机图形学的研究内容

1.2计算机图形学与图像处理

1.3计算机图形学的发展

1.4计算机图形学的应用领域;1.1计算机图形学的研究内容;计算机图形学（ComputerGraphics，CG）是研究如何用数字计算机表示、生成、处理和显示图形的一门学科。其核心技术是如何建立所处理对象的模型并生成该对象的图形。计算机图形学主要研究内容大体上可以概括为如下几个方面。

（1）几何模型构造技术（GeometricModelling）。例如各种不同类型几何模型二维或三维的构造方法及性能分析、曲线与曲面的表示与处理、专门或通用模型构造系统的研究，等等。

（2）图形生成技术（ImageSynthesis）。例如各种不同类型几何模型二维或三维线/面消隐、光照模型、明暗处理、纹理、阴影、灰度与色彩等各种真实感图形的显示技术。

（3）图形操作与处理方法（PictureManipulation）。例如图形的裁剪、平移、旋转、放大/缩小、对称、错切、投影等各种变换操作方法及其软件或硬件实现技术。

;（4）图形信息的存储、检索与交换技术。例如图形信息的各种内外表示方法、组织形式、存取技术、图形数据库的管理、图形信息的通信等。

（5）人机交互及用户的接口技术。例如新型定位设备、选择设备的研究，各种交互技术，如构造技术、命令技术、选择技术、响应技术等的研究，以及用户模型、命名语言、反馈方法等用户接口技术的研究。

（6）动画技术。研究实现高速动画的各种软、硬件方法，开发工具，动画语言等。

（7）图形输出设备与输出技术。例如各种图形显示器逻辑结构的研究，实现高速图形功能的专用芯片的开发，图形硬拷贝设备的研究等。

（8）图形标准与图形软件包的研究开发。例如制定一系列国际图形标准，使之满足多方面图形应用软件开发工作的需要，并使图形应用软件摆脱对硬件设备的依赖性，允许在不同系统之间方便地进行移植。

（9）山、水、花、草、烟、云等自然景物的模拟生成算法。

;（10）科学计算可视化和三维数据场的可视化，将科学计算中大量难以理解的数据通过计算机图形显示出??，从而加深人们对科学过程的理解。例如有限元分析的结果，应力场、磁场的分布，各种复杂的运动学和动力学问题的图形仿真等。

;1.2计算机图形学与图像处理;计算机图形学的基本含义是使用计算机通过算法和程序在显示设备上构造出图形，即图形是人们通过计算机设计和构造出来的，它可以是现实世界中已经存在的物体图形，也可以是完全虚拟的物体图形。因此，计算机图形学是真实物体或者虚构物体的图形综合技术，其实质就是输入的信息是数据，经过计算机图形系统处理后，输出的结果便是图形，如图1-1所示。;与此相反，图像处理的景物或者图像的分析技术，就是将客观世界中原来存在的物体影像处理成新的数字化图像的相关技术，它所研究的是计算机图形学的逆过程，包括图像的恢复、图像压缩、图像变换、图像分割、图像增强、模式识别、景物分析、计算机视觉等，并研究如何从图像中提取二维或者三维物体的模型。计算机图像处理系统的输入信息是图像，经处理后的输出仍然是图像，如图1-2所示。

从表面上看，计算机图形与计算机图像都与图相关，容易使人混淆，但实际上它们有着本质的不同，主要表现在以下几个方面：

（1）计算机图形是矢量型的，而计算机图像是点阵型的，或者说是由像素组成的。

（2）计算机图形系统是从数据到图形的处理过程，而计算机图像处理系统则是从图像到图像的处理过程。

;（3）计算机图形与计算机图像有一定的联系，经过处理可以相互转换，如用着色算法对计算机图形着色（Render）后即生成一幅计算机图像，反之对一幅计算机图像进行矢量化即可得到该图像中的一些轮廓图形。

随着人们对图形概念认识的深入，图形图像处理技术也逐步出现分化。目前，与图形图像处理相关的学科有计算机图形学、数字图像处理（DigitalImageProcessing）和计算机视觉（ComputerVision）,这些相关学科间的关系如图1-3所示。;1.3计算机图形学的发展;计算机图形学的应用可追溯到20世纪50年代初，麻省理工学院（MIT）旋风1号（Whirlwind1）计算机的附件——图形显示器的诞生。它用一个类似于示波器所用的阴极管（CRT）来显示一些简单图形。当时的计算机多用电子管组成，用机器语言编程，主要应用于科学计算，其配置的各种图形输出设备也仅具有图形输出功能。

1962年，美国麻省理工学院林肯实验室的伊凡·萨瑟兰德（IvanE.Sutherland）发表了一篇题为“图板：一个人机通信的图形