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1、2020/9/6,计 算 机 图 形 学 Computer Graphics,2020/9/6,章节安排,第一章：计算机图形学概述(ch1) 附加：计算机图形软件的标准化 第二章：交互技术与用户接口(ch2) 第三章：基本图形生成算法(ch3) 第四章：图形几何变换(ch4) 第五章：三维观察(ch5) 第六章：曲线生成基础(ch6) *光照明模型基础(ch7),本课程体系结构,第一部分：图形设备（ch1 & 2） 第二部分：介绍图形界面设计及接口技术（ch2） 第三部分：图形生成、显示及处理技术 光栅图形的生成（ch3） 图形处理（ch4 & 5） 三维图形造型技术（ch6） 真实感图形生成
2、技术（ch7）,2020/9/6,绪言 Introduction to Computer Graphics,2020/9/6,什么是图形(Graphics),广义范畴 图形的两个要素： 几何信息：点、线、面 非几何信息：灰度、颜色等 概念辨异 图形与图像 (Graphics & Images),2020/9/6,什么是计算机图形学(Computer Graphics),计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专用的图形设备上进行显示的原理、方法和技术的学科。,ISO在其数据处理词典中给出如下定义：,2020/9/6,计算机图形学总体研究内容,第一部分：硬件部分 输入输出设备：与相应软
3、件共同完成图形的输入输出 第二部分：接口部分 图形的输入、输出界面设计及功能实现 第三部分：软件部分 图形处理:针对图形几何、非几何要素进行的处理,2020/9/6,图形：从客观世界的物体（对象）中抽象 出来的，具有灰度、颜色（色彩） 和形状的图或形 。,什么是图形呢？,2020/9/6,人眼所看到的景物； 用摄影机、录象机等装置获得的照片、图片； 用绘图机或绘图工具绘制的工程图、设计图、方框图； 各种人工美术绘画、雕塑品； 用数学的方法描述的图形（包括几何图形、代数方程或分析表达式所确定的图形）；,图形的实例,2020/9/6,1）点阵法-象素图（简称图象） 用具有灰度或色彩的点阵来表示图形
4、。强调由那些点组成，并具有什么灰度或色彩。二维灰度图象用矩阵Pij(i=0,1,2,m,j=0,1,2,n)表示。 2)参数法-参数图（简称图形） 用形状参数和属性参数来表示图形。,图形的表示方法,2020/9/6,计算机图形学(computer graphics),图象处理(image process),模式识别(pattern recognition),计算几何学(computing geometry),相关学科,2020/9/6,计算机图形学发展简史（1）,计算机图形学是伴随着电子计算机及其外围设备而产生和发展起来的. 总体发展情况： 50年代：MITWhirlwind,SAGE 60年
5、代：1962,Sutherland博士学位论文(Sketchpad drawing system) 60年代后期，一些大公司、著名实验室开展相关研究 70年代：后期开始进入实用阶段 80年代：软硬件技术的快速发展使图形学得到广泛应用 90年代：进入标准化、智能化研究阶段,2020/9/6,计算机图形学发展简史（2）,图形发展的三个阶段(图形硬件的发展)： 50年代,准备和酝酿的时期,“被动”的图形学 60年代,蓬勃发展的时期 70年代，开花结果的时期，进入这种技术的使用阶段 显示设备： 60年代：矢量(vector)显示器（刷新能力非常有限） 60年代末期：存储管式显示器（使用金属网构造靶像）
6、 70年代初期：刷新式光栅(raster)扫描显示器 输入设备： 形式多样、推陈出新。 向着使人能够更自然、更方便地与计算机进行交互的方向发展,2020/9/6,计算机图形学发展简史（3）,图形软件及算法的发展 图形软件系统分类 子程序包 为语言扩充出图形功能 专用的图形系统 图形学软件功能标准化 1974年ACM SIGGRAPH举办“与机器无关的图形技术会议” 成立了一个图形标准化委员会开始标准的制定 ISO和ANSI批准的第一个国际图形标准是：GKS 事实上的企业标准与国际标准并存，如：OpenGL,DirectX等,2020/9/6,计算机图形的标准通常是指图形系统及其相关应用系统中各
7、界面之间进行数据传送和通信的接口标准,以及供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准。 前者称之为数据及文件格式标准(包括CGI，CGM，IGES 和STEP) 后者称为子程序界面标准(包括GKS，PHIGS和GL),计算机图形软件的标准化,2020/9/6,图形软件标准,2020/9/6,数据及文件格式标准,图形系统及其相关应用系统中各界面间进行数据传送和通信的接口标准。包括： CGI(Computer Graphics Interface) CGM(Computer Graphic Metafile) IGES(Initial Graphics Exchange Specification
8、) STEP(STandard for the Exchange of Product model data),2020/9/6,子程序界面标准,供图形应用程序调用的子程序功能及格式标准。包括： GKS(Graphics Kernel System) PHIGS(Programmers Hierarchical Interactive Graphics System) GL(Graphic Library),2020/9/6,计算机图形接口CGI,Computer Graphics Interface 标准号是ISO DP 9636。 与ANSI在1985年公布的VDI（Virtual Dev
9、ice Interface）是一致的。 可看作是图形设备驱动标准。 目的：提供控制图形硬件的一种与设备无关的方 法，以最大限度地、灵活地直接控制图形设备。,2020/9/6,计算机图形元文件（CGM）,Computer Graphics Metafile 标准号是ISO IS8632 通过元文件产生器生成并通过原文件解释器与CGI（驱动器）配套使用。,2020/9/6,基本图形转换规范IGES,是实际上的工业标准。 目的：处理在不同的CAD/CAM系统间进行的数据交换。 内容：定义了一套表示CAD/CAM系统中常用的几何和非几何数据格式以及响应的文件结构。 使用：由系统中的IGES前、后处理器完成IGES格式文件的输出、输入。 问题：数据不精确、数据量太大等,2020/9/6,产品模型数据转换标准STEP,标准号：ISO 10303 具体组成包括： 描述方法标准 实现方法标准 一致性测试方法与工具标准 信息模型标准 应用协议,
