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1、计算机图形学综述,主讲：汪日伟 Email：,2,综述,参考教材：OpenGL编程权威指南(第六版) http:/www.opengl.org http:/en.wikipedia.org/wiki/OpenGL ,综述,考核 平时 10% 实验 (5*4%+20%) 5次实验，每次4% 期末大作业20% 期末理论考核50%,综述,相关资料下载 ftp:/student:student202.113.72.6/汪日伟/课件及模板/图形学 实验报告及代码提交位置/答疑问题 ftp:/student:student202.113.72.6/汪日伟/作业及实验报告/2008-2009第二学期图形学
2、提交形式：学号姓名 提交内容：实验报告+工程代码,综述,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 科学计算可视化 计算机动画 自然景物仿真 虚拟现实,数字图像,数据模型,图像生成（计算机图形学）,模型（特征）提取 （计算机视觉，模式识别）,模型变换 （计算几何）,图像变换 （图像处理）,.发展特点: 交叉、界线模糊、相互渗透,与相关学科的关系,图形显示设备的发展：,画线显示器（矢量显示器/随机扫描显示器）,存储管式显示器,刷新式光栅扫描显示器,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
3、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：三维输入设备（如空间球、数据手套、数据衣），用户的手势、表情等等 第五阶段：用户的思维,Digital Michelangelo Project，Marc Levoy, et al., 2000,图形软件发展及软件标准形成,通用的、与设备无关的图形包，图形标准 GKS (Graphics Kernel System) (第一个官方标准，1977) PHIGS(Programmers Herarchical Iuteractive Graphics system) 一些非官方图形软件，广泛应用于工业界，成为事实上的标准 D
4、irectX (MS) Xlib(X-Window系统) OpenGL(SGI) Adobe公司Postscript 开放式、高效率的发展趋势,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 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 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,典型应用,奥迪效果图和线框图,CAD/CAM,CAD/CAM,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
5、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。,CAD/CAM,CAD/CAM,工程图及其三维重建结果1,CAD/CAM,工程图及其三维重建结果2,CAD/CAM,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
6、）” 科学计算可视化广泛应用于医学、流体力学、有限元分析和气象分析等,可视化,可视化,MIT: Image-Guided Surgery Project,可视化,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,可视化,Airflow around a Harrier Jet (NASA Ames),由清华大学自然景物平台生成的野外场景,实时绘制与自然景物仿真,日本Yoshinori
7、 Dobashi等人绘制的真实感云,实时绘制与自然景物仿真,Xfrog3.0生成的挪威云杉,实时绘制与自然景物仿真,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。,Google Earth,世界第一高楼-阿联酋迪拜塔,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） Quake III，“古墓丽影”，“侏罗纪公园”、“皇帝的新衣”、完美风暴 MAYA, 3D-MAX, SOFTIMAGE,PS2s Xboxes PDA/Cel,Pixar: Monste
8、rs Inc.,Square: Final Fantasy,Final Fantasy (Square, USA),A Bugs Life (Pixar),Virtual Reality,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 网游,基于特征的图象变形（猫变虎）,计算机动画,我国第一部利用计算机辅助摄制的动画片是咪咪钓鱼，1991年由北方工业大学和北京电视台合作制作，以二维动画为主。用386微机和C语言编程，利用数字化仪和摄象机产生关键帧，再由计算机在相邻两幅关键帧之间内插生成中间帧，并自动跟踪上色。多层画面叠加在一起，形成完整的画面。10分钟的片子，5人小组花了
9、10个月时间。,计算机动画,计算机艺术,用计算机软件从事艺术创作 二维平面的画笔程序（如CorelDraw，Photoshop，PaintShop） 图表绘制软件（如Visio） 三维建模和渲染软件包（如3DMAX，Maya）、以及一些专门生成动画的软件（如Alias，Softimage）,计算机艺术,优点： 提供多种风格的画笔画刷 提供多种多样的纹理贴图，甚至能对图象进行雾化，变形等操作 可以任意修改，取消败笔 不足： 无法达到传统绘画中风格化的 艺术效果 很难得到有素描效果、油画效果的艺术品,计算机艺术,非真实感绘制（NPR，Non-Photorealistic Rendering） 用于
10、模拟艺术效果，研究方法有别于真实感图形学 钢笔素描的生成产生于中世纪，从19世纪开始成为一门艺术20世纪90年代开始研究用计算机模拟 中国国画与书法的生成,Georges Winkenb1ach绘制的壶和碗(Siggraph96),Salisbury绘制的茶壶(Siggraph97),Salisbury绘制的熊(Siggraph97),Oliver Deussen绘制的素描树(Siggraph2000),较为活跃的研究方向,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(IB
11、R，Image Based Rendering)：完全摒弃传统的先建模，然后确定光源的绘制的方法。它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,较为活跃的研究方向,野外自然景物的模拟 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 主要绘制山、水、云、树、草、火等等 绘制火的粒子系统（Particle System），基于生理模型的绘制植物的方法，绘制云的细胞自动机方法等,较为活跃的研究方向,造型技术方面 几何造型技术 实体造型技术 基于物理的造型技术 真实感图形生成算法研究 裁剪、消隐、光照明模型等 基于图象的绘制技术,较为活跃的研究方向,人-机交互技术方面 WIMP：windows-icons-menu-pointing devices 虚拟现实交互技术 多通道技术 交互的模糊化：智能化 与计算机网络技术的结合,问题 01,OpenGL ? DirectX ? 各自典型的3D应用系统 优缺点的总结 分类列举典型的图形设备 CRT的刷新 CRT的刷新频率 像素 分辨率 显示存储器VRAM容量/帧缓冲存储器/显存/帧缓存 典型的图形处理器,调研与讨论,列举国内外做3D的技术公司及其典型产品 注明资料出处 要求图文并茂 虚拟现实应用 数据可视化应用 教学与培训应用 娱乐应用 计算机艺术应用 计算机视觉应用 分组讨论,
