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1、,2.计算机图形学与其他学科的关系,图像（image）：计算机中以具有颜色信息的点阵来表示的图形，它强调图形由哪些点组成，记录点及它的灰度或色彩,图形（graphics）：计算机中由场景的几何模型和景物的物理属性表示的图形，它更强调场景的几何表示，记录图形的形状参数与属性参数。它的显示形式是基于线条信息的矢量图和光照处理后的图像图。,处理图像信息的主要理论是数字图像处理。,2.计算机图形学与其他学科的关系,计算机图形学最直观目的是将具有属性信息的几何模型（以图像形式）显示在计算机上。,在CAD/计算机绘图等应用中，常通过图像识别和反求工程等得到几何模型。,2.计算机图形学与其他学科的关系,处理
2、几何模型的主要理论是计算几何/计算机辅助几何设计（CAGD）和计算机图形学。,计算几何/计算机辅助几何设计（CAGD）集中在曲线、曲面的生成和处理。,而几何造型等常被认为是计算机图形学的工作。,2.计算机图形学与其他学科的关系,以上各种理论、方法和技术的基础是数学、数据结构和程序设计等,3. 计算机图形学的发展简史,3.1 硬件平台,1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风I号（Whirlwind I）计算机的附件诞生了。50年代末，MIT的林肯实验室在旋风计算机上第一次使用具有指挥和控制功能的CRT显示器，预示着交互式计算机图形学的诞生。70年代，光栅显示器的产生，图形
3、学进入了第一个兴盛的时期，并开始出现实用的CAD图形系统。80年代中期，超大规模集成电路的发展，为图形学的飞速发展奠定了物质基础。,3.2 基础理论,1962年，MIT林肯实验室的Ivan E.Sutherland发表了一篇题为“Sketchpad：一个人机交互通信 的图形系统”的博士论文， 首次使用“ComputerGraphics”这个术语，证明了交互计算机图形学是一个可行的、有用的研究领域。20世纪70年代，真实感图形学和实体造型技术的产生是计算机图形学的两个重要进展。,3.2 基础理论,1970年，Bouknight提出了第一个光反射模型 1971年，Gourand提出“漫反射模型插值
4、”的思想，被称为Gourand明暗处理 1975年，Phong 提出著名的简单光照模型Phong模型。这些可以算是真实感图形学最早的开创性工作。,3.3 SIGGRAPH,SIGGRAPH 会议“The Special Interest Group on ComputerGraphics and Interactive techniques” ACM SIGGRAPH会议是计算机图形学最权威的国际会议，每年在美国召开，参加会议的人在50,000人左右。世界上没有第二个领域每年召开如此规模巨大的专业会议，SIGGRAPH会议很大程度上促进了图形学的发展。 因为每年只录取大约50篇论文，在Comp
5、uter Graphics杂志上发表，因此论文的学术水平较高，基本上代表了图形学的主流方向。,4. 计算机图形学的应用领域,4.1 计算机辅助设计与制造,计算机图形学（Computer Graphics）是计算机辅助设计（Computer Aided Design）的理论基础。 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、土建、机械、化工等等。,Teapot,奥迪效果图和线框图,奥迪效果图和线框图,雪佛莱敞篷轿车曲面造型,4.2 科学计算可视化,科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing,ViSC)是指运用计算
6、机图形学和图像处理技术,将科学计算过程中产生的数据及计算结果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。 科学计算可视化广泛应用于医学、流体力学、有限元分析、气象分析、地质勘测等当中。 目前,科学计算可视化已成为计算机图形学的一个重要研究方向。,天气云图,4.3 虚拟现实,简单地说，虚拟现实技术就是利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境，通过自然技能使用传感设备与之相互作用的新技术。 它与传统的模拟技术完全不同，是将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一，利用头盔显示器、图形眼镜、数据服、立体声耳机、数据手套及脚踏板等传感装置，把操作者与计算机生成的三维虚拟环境连结在一起。
7、 虚拟现实系统具有三个重要特征：临境性、交互性、想象性。,几种常用的虚拟现实设备：,高性能图形计算机,环形屏幕,头盔,眼镜,三维显示器,三维鼠标,手套,几种虚拟现实,虚拟环境,虚拟房间,虚拟汽车,虚拟人,我国第一个虚拟节目主持人比尔-邓出现在电视节目科技新闻周刊,由一虚拟主持人Tilde 介绍最新及有趣的科技和互联网的资讯,4.4 计算机艺术,将计算机图形学与人工智能技术结合起来，可构造出丰富多彩的艺术图象，为创作艺术和商品艺术的应用开创了更广阔的前景。以计算机为工具，完成多种艺术品的制作和设计，如绘画（平面图形）、雕塑（立体图形）、音乐、平面构成、空间结构，还有体操舞蹈设计等等,其中美术作品
8、占比重最大.,4.5 计算机动画,计算机动画是计算机图形学和艺术相结合的产物，它综合利用计算机科学、艺术、数学、物理学和其它相关学科的知识在计算机上生成绚丽多彩的连续的虚拟真实画面，给人们提供了一个充分展示个人想象力和艺术才能的新天地。 电脑游戏、卡通动画片、广告设计、影视特技,胜利十一人动画,Intel公司中央处理器推广广告,影视特技,泰坦尼克号剧照,在计算机中重现真实世界的场景叫做真实感绘制。真实感绘制的主要任务是模拟真实物体的物理属性，简单的说就是物体的形状、光学性质、表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置、遮挡关系等等。这其中光照和表面属性是最难模拟的。,4.6 景观仿真,日本Yo
9、shinori Dobashi等人绘制的真实感云,由清华大学自然景物平台生成的野外场景,天空和海洋的真实模拟,生物仿真模拟,室外建筑效果图,室内装饰效果图,计算机图形学的另一个重要的应用领域是产生高精度的地理图形或其它自然资源的图形。例如各种地理图、地形图、矿藏分布图、海洋地理图、气象图、植被分布图、人口分布图等。目前，地理信息管理系统（GIS）已经得到广泛的应用，它是由图形技术、遥感技术、数据库技术以及管理信息相结合形成的新技术，其中图形技术起着核心和控制作用。使用地理信息管理系统可以方便地实现地理和自然资源的三维信息管理。,4.7 地理和自然资源的图形显示,长江三峡地区图2,喜马拉雅山数字
10、地面高程模型,4.8 图形用户接口,一个友好的图形化的用户界面能够大大提高软件的易用性，图形用户界面以WIMP为特征： W（Window，窗口）：用户可以随意在屏幕上创建、移动和缩放窗口，在不同的窗口中可以执行不同的任务。 I（Icon，图标）：它形象化地标示一个对象或功能。 M（Menu，菜单）：提供选项功能，避免命令记忆之苦。 P（Pointing Devices，指点设备）：便于用户对屏幕对象进行直接操作。,5. 计算机图形学的相关开发技术,5.1 OpenGL,OpenGL：OpenGL是OpenGraphicsLib的缩写，是一套三维图形处理库，也是该领域的工业标准。OpenGL源于
11、SGI公司为其图形工作站开发的IRIS GL，在跨平台移植过程中发展成为OpenGL。 OpenGL被设计成独立于硬件，独立于窗口系统的，在运行各种操作系统的各种计算机上都可用，并能在网络环境下以客户/服务器模式工作，是专业图形处理、科学计算等高端应用领域的标准图形库。,5.2 ACIS,ACIS是美国Spatial Technology公司推出的三维几何引擎，是一个基于边界表示法的造型引擎，集线框、曲面和实体造型于一体，并允许这三种表示共存于统一的数据结构中。,5.3 DirectX,DirectX是一种图形应用程序接口（API），它是一个提高系统性能的加速软件，由微软公司创建开发，微软将其
12、定义为“硬件设备无关性”。 DirectX 就是一系列的 DLL(Dynamic Link Lib)，通过这些DLL，程序员可以在无视于设备差异的情况下访问底层的硬件，提供了一整套的多媒体接口方案。 DirectX主要应用于游戏软件的开发。微软公司给众多的软、硬件商家提供一个共同开发的标准平台(就是DirectX)。,5.4 Java3D,Java3D API是Sun定义的用于实现3D显示的接口。 3D技术是底层的显示技术，Java3D提供了基于Java的上层接口。 Java3D把OpenGL和DirectX这些底层技术包装在Java接口中。这种全新的设计使3D技术变得不再繁琐并且可以加入到J2SE、J2EE的整套架构，这些特性保证了Java3D技术强大的扩展性。 Java3D是一个独立的可选组件，可以单独下载 。,5.5 VRML,不是API，VRML(Virtual Reality Modeling Language)是一种标记语言，它使用VRML浏览器能读懂的ASC文本格式来描述世界和链接。 VRML浏览器，既是插件，又是帮助应用程序，还是独立运行的应用程序，几乎所有生产三维产品的厂商，无论是CAD、建模、动画、VR，还是VRML，它们的结构核心都有场景图。,5.6 五种计算机图形开发技术比较,
