计算机图形学电子教案c2

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1、第2章 计算机图形系统2.1 计算机图形系统概述2.2 基于Windows的图形程序开发方法2.3 OpenGL介绍2.1 计算机图形系统概述 计算机图形系统由硬件系统和软件系统组成计算机图形系统由硬件系统和软件系统组成 。计算机图形学硬件系统主要体现在图形显示器、 相关图形输入和输出设备等方面。而计算机图形学软 件系统主要体现在计算机图形学的理论研究和图形学 软件的标准化问题方面。如 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等软件标准。2.1.1 图形标准图形标准的制定是为了在不同的计算机系统

2、和外设之图形标准的制定是为了在不同的计算机系统和外设之 间进行图形应用软件的移植。间进行图形应用软件的移植。为了实现这些可移植性，有为了实现这些可移植性，有 三个接口必须实现统一标准。三个接口必须实现统一标准。应用接口应用接口: :应用程序与图形软件的接口，它隔离了应用应用程序与图形软件的接口，它隔离了应用 程序与处理图形的实际物理设备的联系，从而保证了应用程序与处理图形的实际物理设备的联系，从而保证了应用 程序在不同系统之间的可移植性。程序在不同系统之间的可移植性。虚拟图形设备接口虚拟图形设备接口: :图形软件与图形外部设备之间的接图形软件与图形外部设备之间的接 口，它保证了图形软件与图形外

3、部设备的无关性。口，它保证了图形软件与图形外部设备的无关性。数据接口数据接口: :规定了记录图形信息的数据文件的格式，使规定了记录图形信息的数据文件的格式，使 得软件与软件之间可以交换图形数据。得软件与软件之间可以交换图形数据。 图形标准的产生与发展历史19741974年，提出了制定有关标准的基本原则。年，提出了制定有关标准的基本原则。 19771977年，美国计算机协会计算机图形学专业组年，美国计算机协会计算机图形学专业组ACMACM提出了三维核提出了三维核 心图形系统心图形系统(3(3D Core Graphics System)D Core Graphics System)的图形软件标准

4、，在的图形软件标准，在19791979又又 推出了该图形软件标准的改进版本。推出了该图形软件标准的改进版本。 19851985年年, ,国际标准化组织国际标准化组织ISOISO批准了第一个图形软件标准批准了第一个图形软件标准 GKS(Graphical Kernel System)GKS(Graphical Kernel System)，这是一个二维图形软件包，是以这是一个二维图形软件包，是以 3 3D CoreD Core为蓝本。为蓝本。 19881988年年, , GKSGKS的三维扩充的三维扩充GKS-3DGKS-3D被被ISOISO批准为三维图形软件标准批准为三维图形软件标准 。与此同

5、时，。与此同时，PHIGSPHIGS程序员层次交互式图形系统也被程序员层次交互式图形系统也被ISOISO批准为三批准为三 维图形软件标准。随后，维图形软件标准。随后，ISOISO又发布了计算机图形接口标准又发布了计算机图形接口标准 CGI(Computer Graphics Interface)CGI(Computer Graphics Interface)和计算机图形元文件标准和计算机图形元文件标准 CGM(Computer Graphics Metafile)CGM(Computer Graphics Metafile)。另外，另外，OpenGL OpenGL 等也被工业界普遍使用，成为事

6、实上的标准。等也被工业界普遍使用，成为事实上的标准。 CGI CGI (Computer Graphic Interface(Computer Graphic Interface）计算机图形接口，是图）计算机图形接口，是图 形设备驱动程序的一种标准。它为用户程序以一种独立于图形设备驱动程序的一种标准。它为用户程序以一种独立于图 形设备的方式提供图形信息的描述和通信。形设备的方式提供图形信息的描述和通信。 CGMCGM(Computer Graphic Metafile)(Computer Graphic Metafile)计算机图形元文件计算机图形元文件: :规定了规定了 生成与设备无关的图形

7、定义、存取、传送图形数据的格式。生成与设备无关的图形定义、存取、传送图形数据的格式。 它提供了把不同图形系统所产生的图形集成到一起的一种手它提供了把不同图形系统所产生的图形集成到一起的一种手 段，适用于各种设备、应用程序。段，适用于各种设备、应用程序。 GKS(Graphical Kernel System)GKS(Graphical Kernel System)，这是一个二维图形软件包这是一个二维图形软件包 ，是以，是以3 3D CoreD Core为蓝本，提供了在应用程序和图形输入输出为蓝本，提供了在应用程序和图形输入输出 设备之间的功能接口。设备之间的功能接口。 GKS-3D(Graph

8、ical Kernel System)GKS-3D(Graphical Kernel System)，这是一个三维图形软件这是一个三维图形软件 包，包， 是对是对GKSGKS的三维扩充。的三维扩充。 常见的图形标准 IGES(IGES(IntialIntial Graphics Graphics Exchange Exchange Specification)Specification)初始图形交初始图形交 换文件换文件，用于不同，用于不同CAD/CAMCAD/CAM系统间或同一系统间或同一CAD/CAMCAD/CAM系统系统 内部不同模块间交换图形信息，在内部不同模块间交换图形信息，在198

9、21982年成为年成为ANSIANSI标准。标准。 IGESIGES图形交换标准以几何信息描述为中心，可描述的几何图形交换标准以几何信息描述为中心，可描述的几何 模型有线框模型、面模型、实体模型等。模型有线框模型、面模型、实体模型等。 STEP(Standard STEP(Standard for for the the Exchange Exchange of of Product Product model model Data)Data) 产品模型数据交换标准产品模型数据交换标准: :是为了克服是为了克服IGESIGES存在的问题存在的问题( (如文如文 件太长，有些数据不能表达件太长，

10、有些数据不能表达) )而开发的，是一个描述产品整而开发的，是一个描述产品整 个生命周期中的产品数据的国际标准，强调建立能存入数个生命周期中的产品数据的国际标准，强调建立能存入数 据库中的一个产品模型的完整表示。产品生命周期包括产据库中的一个产品模型的完整表示。产品生命周期包括产 品的设计、制造、使用、维护和报废等。品的设计、制造、使用、维护和报废等。STEPSTEP标准规定了标准规定了 产品数据的表达和交换。产品数据的表达和交换。 DXF DXF (Drawing (Drawing Exchange Exchange File)File)图形交换文件标准图形交换文件标准: : 是是 Autod

11、eskAutodesk公司用于描述公司用于描述AutoCADAutoCAD图形的文件。许多图形的文件。许多CADCAD系系 统具有输出和读入该文件的功能。统具有输出和读入该文件的功能。2.1.2 计算机图形软件通用编程软件包：通用编程软件包：常常是图形库，提供了生成各种图形、实常常是图形库，提供了生成各种图形、实 现图形的处理和输入输出操作、控制和处理各种图形设备以现图形的处理和输入输出操作、控制和处理各种图形设备以 及交互过程中的各种事件，如及交互过程中的各种事件，如OpenGL OpenGL 、VRMLVRML等。等。一般由一般由 程序员在开发时使用。程序员在开发时使用。专业应用图形软件包

12、：专业应用图形软件包：专用应用图形软件包是具有图形处理专用应用图形软件包是具有图形处理 能力的交互式图形软件系统，为非程序员提供的而且往往应能力的交互式图形软件系统，为非程序员提供的而且往往应 用于某个或某些领域，如用于某个或某些领域，如AutoCADAutoCAD、3DS MAX3DS MAX等。专用应等。专用应 用图形软件包使用范围广，使用人员众多。主要有以下四大用图形软件包使用范围广，使用人员众多。主要有以下四大 类类: : 几何造型系统 两种流行的几何造型系统：两种流行的几何造型系统：ACISACIS和和ParasolidParasolid，现今大现今大 多数著名的多数著名的CAD/C

13、AMCAD/CAM软件是基于软件是基于ACISACIS或或ParasolidParasolid开发的开发的 。几何造型平台。几何造型平台ACISACIS和和ParasolidParasolid最早都源于英国剑桥大最早都源于英国剑桥大 学。学。计算机辅助设计CAD/计算机辅助制造CAM AutoCADAutoCAD UnigraphicsUnigraphics(UG)(UG)： Pro/EngineerPro/Engineer： I-DEASI-DEAS： CATIACATIA： CimatronCimatron： MasterCAMMasterCAM： 国内北航金银花、清华高华国内北航金银花、

14、清华高华CADCAD、华中开目华中开目CADCAD、浙江大学大天等浙江大学大天等 计算机动画软件 最早出名计算机动画软件有三大公司的产品：加拿大最早出名计算机动画软件有三大公司的产品：加拿大SoftimageSoftimage 公司公司SoftimageSoftimage、美国的美国的Alias ResearchAlias Research公司的公司的AliasAlias、WavefrontWavefront TechnologiesTechnologies公司的公司的WavefrontWavefront。 SoftimageSoftimage公司公司19861986年成立于加拿大的蒙特利尔，

15、公司创始人丹年成立于加拿大的蒙特利尔，公司创始人丹 尼尔尼尔 朗格鲁斯是三维动画技术的先驱。他发明了反向动力学和运朗格鲁斯是三维动画技术的先驱。他发明了反向动力学和运 动捕获等众多重要的三维动画技术动捕获等众多重要的三维动画技术, ,是模拟物理运动和角色动画方是模拟物理运动和角色动画方 面最优秀的制作软件。曾用面最优秀的制作软件。曾用 SoftimageSoftimage创作的大片有泰坦尼克创作的大片有泰坦尼克 、木乃伊复活、侏罗纪公园、人工智能等。、木乃伊复活、侏罗纪公园、人工智能等。 19941994年年SoftimageSoftimage被微软公司收购，被微软公司收购，19961996年

16、推出基于年推出基于NTNT平台的平台的 SoftimageSoftimage 3D 3D。SoftimageSoftimage 3D 3D最擅长卡通造型和角色动画以及模拟最擅长卡通造型和角色动画以及模拟 各种虚幻的情景、光影。电影侏罗纪公园中的恐龙就是用各种虚幻的情景、光影。电影侏罗纪公园中的恐龙就是用 SoftimageSoftimage 3D 3D制作完成的。国内电视台和一些影视广告公司都是制作完成的。国内电视台和一些影视广告公司都是 用它来制作片头和动画的，如中央电视台东方时空和中国用它来制作片头和动画的，如中央电视台东方时空和中国 新闻等。新闻等。SoftimageSoftimage现在隶属于现在隶属于AvidAvid公司，公司，20002000年年4 4月推出月推出 SoftimageSoftimage|XSI|