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1、第9章 图形学和可视化,本章学习目标,掌握图形学基本概念 了解图形系统 掌握计算机视觉和可视化 了解图形用户界面的程序设计 了解人机交互 了解虚拟现实,9.1 图形学基本概念 9.1.1 计算机图形信息的处理,计算机图形学(Computer Graphics)：是研究怎样用计算机构造(生成)图形，并把图形的描述数据(数学模型)通过指定的算法转换(处理)成图形显示的一门学科。 图像处理(Image Processing)：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。 模式识别：是当图像信息输入计算机后，先对它进行预处理和特征抽取等处理；然后对图像进行分析和识别，找出其中蕴涵的
2、内在联系或抽象模型；最后由计算机按照要求得到该图像的分类与描述。,计算机图形学、图像处理和模式识别三者之间有千丝万缕的联系，彼此相互融合、相互促进,9.1.2 计算机图形学的起源,从20世纪50年代初到60年代中计算机辅助设计/制造技术的开拓性研究 。 20世纪60年代中期开始，麻省理工学院、通用汽车公司、洛克西德飞机制造公司、贝尔电话实验室等都展开了计算机图形显示的工作。 20世纪70年代后，相继出台了许多图形标准，图形软件的开发也更加方便，计算机图形学发展趋于成熟。,9.1.3 计算机图形学主要研究的内容,计算机图形学的主要研究对象是点、线、面、体、场的数学构造方法与其图形显示，以及它们随
3、时间变化的情况。 (1) 描述复杂物体图形的方法与数学工具。 (2) 物体图形描述数据的输入。 (3) 几何图形数据的存储。 (4) 物体图形数据的运算处理 (5) 物体图形数据的输出显示。 (6) 实时动画和多媒体技术。 (7) 制定与图形应用软件有关的技术标准。,9.1.4 计算机图形学的应用,1计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 2用户可视化接口 3地理信息系统与制图 4过程控制和指挥系统 5计算机动画和艺术,9.1.5 计算机图形的标准化,1计算机图形接口 (Computer Graphics Interface：CGI) 2计算机图形元文件标准 (Computer Graphic
4、s Metafile：CGM) 3计算机图形核心系统 (Graphics Kernel System：GKS) 4初始图形交换规范 (Initial Graphics Exchange Specification：IGES) 5图形库 (Graphics Library：GL) 6程序员层次交互式图形系统 (Programmers Hierarchical Interactive Graphics System：PHIGS) 7计算机图形参考模型 (Computer Graphics Reference Model：CGRM),9.1.6 常见的图形图像格式,1BMP格式 2GIF格式： 图形
5、交换格式(Graphics Interchange Format：GIF) 3JPEG格式：Joint Photographic Experts Group 4TIFF格式：Tag Image File Format 5PNG格式 ：可移植性网络图像 (Portable Network Graphics：PNG) 5PCX格式 6PSD格式 7CDR格式,9.3 计算机视觉和可视化 9.3.1 人的视觉,视觉是一个复杂的感知和思维过程，视觉器官(眼睛)接受外界的刺激信息，而大脑对这些信息通过复杂的机理进行处理和解释，使这些刺激具有明确的物理意义。,9.3.2 计算机视觉,计算机视觉(Compu
6、tational Vision)就是用各种成像系统代替视觉器官作为输入敏感手段，由计算机来代替大脑完成处理和解释。 计算机视觉的最终研究目标就是使计算机能象人那样通过视觉观察和理解世界，具有自主适应环境的能力，这是要经过长期努力才能达到的目标。,9.3.3 可视化,现代的数据可视化(Data Visualization)技术是指运用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换为图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。,9.5 人 机 交 互9.5.1 人机交互技术基础,人机交互技术(Human Computer Interaction Techniques)是指通过计算机输入、
7、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术。,9.5.4 人机界面的设计,1人机界面应具备的特性 (1) 功能性界面 (2) 情感性界面 (3) 环境性界面,9.5.5 数据交互,数据交互：是人通过输入数据的方式与计算机进行交流的一种方式，它是人机交互的重要内容和形式。 1数据交互的方式 (1) 问答式对话数据输入交互 (2) 菜单选择数据输入交互 (3) 填表数据输入交互 (4) 直接操纵数据输入交互 (5) 关键词数据输入交互 (6) 条形码数据输入 (7) 光学字符识别 (8) 声音数据输入交互 (9) 图像数据输入,9.5.6 语音交互,语音交互就是研究人们如何通过自然的语音或机器
8、合成的语音同计算机进行交互的技术。 语音交互系统一般采取两种途径： （1）用基于语音识别和理解技术 （2）利用语音技术与系统的其他交互方式结合在一起来进行交互的系统,9.5.7 图像交互,图像交互：简单说，就是计算机根据人的行为，去理解图像，然后作出反应。 目前人们研究的机器视觉系统可以分为三个层次： 图像处理(最低级层次) 图像识别(较高级层次) 图像感知(最高层次),9.5.8 行为交互,通过身体的姿态和动作来表达意思，这就是所谓的人体行为交互。,9.6 虚拟现实9.6.1 虚拟现实技术基本概念,虚拟现实(Vorture Reality：VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。 虚
9、拟现实技术(Virtual Reality Technology：VRT)的出现实际是计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及人工智能技术等交叉与综合的结果。,9.6.2 虚拟现实技术的发展和特征,Burdea G在Electro 93国际会议上发表的“Virtual Reality System and Application”一文中，提出了虚拟现实技术三角形， 即三“I”特征：Immersion(沉浸) 、Interaction(交互)、Imagination(想象) 。,1沉浸性（虚拟现实技术的浸没感或临场参与感 ） 2交互性（开放、互动的环境） 3想象性（以视觉形式反映了设计者的思想
10、）,9.6.3 虚拟现实系统的组成,虚拟现实一般有三个要素组成： 软件播放平台、专业计算机(SGI)、成像设备。,9.6.5 VRML虚拟现实建模语言,1VRML语言概述 虚拟实境描述模型语言(Virtual Reality Modeling Language：VRML)是描述虚拟环境中场景的一种标准，利用它可以在Internet建立交互式的三维多媒体的境界。 VRML的基本特征包括分布式、交互式、平台无关、三维、多媒体集成、逼真自然等。 VRML是一种建模语言，其基本目标是建立Internet上的交互式三维多媒体。,9.6.6 虚拟现实技术的研究与应用,9.7 本 章 小 结,本章阐述了计算机图形信息系统的基本内容，主要从计算机图形学、图形系统、可视化、人机交互、虚拟现实等方面来介绍。图形学和可视化的研究范围很广，所涉及的学科很多，有些课题是目前研究的热点，比如人的生物特征的识别(人脸的识别、指纹识别、手写体识别等)。虚拟现实是很多研究者的研究的方向，它涉及到人自身的许多特征，需要人融入情感，才能取得很好的效果。 本章旨在抛砖引玉，给读者一个基本的认识，为今后继续学习相关的知识打下基础。,
