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1、,计算机图形学,计算机图形学,Computer Graphics,东莞理工学院计算机系,教材： 倪明田、吴良芝，计算机图形学，北京大学出版社，1999.11 主要参考书： Donald Hearn, M. Pauline Baker. “Computer Graphics: C version”. Prentice-Hall Inc, 1997 James D. Foley, etc. “Introduction to Computer Graphics”. Addison-Wesley publishing Company, 1996 考试（成绩分布）： 1、期末考试-60% 2、上机作业-
2、40%,东莞理工学院计算机系,第 1 章 计算机图形学概述,第 3 章 二维线画图元的生成,第 4章 二维填充图元的生成,第 6 章 二维裁减,第 7 章 图形变换,第 8 章 投影,第 9 章 三维实体的表示,第10章 曲线与曲面,第 5 章 二维光栅图形的混淆与反混淆,课程概述,教学进程,总复习,东莞理工学院计算机系,计算机图形学概述,1.1 计算机图形学的研究内容 1.2 计算机图形学的发展历史 1.3 计算机图形学的应用领域 1.4 计算机图形硬件系统 1.5 计算机图形软件系统 1.6 计算机图形研究动态,第1章,东莞理工学院计算机系,1.1 计算机图形学的研究内容,图形的输入 图形
3、的处理 图形的生成和输出,图形输入,图形处理,图形生成/输出,计算机图形学的研究内容涉及到用计算机对图形数据进行处理的硬件和软件两方面的技术，以及与图形生成、显示密切相关的基础算法:,东莞理工学院计算机系,计算机图形学与其他相关学科的关系,东莞理工学院计算机系,图形的相关概念,从广义上说，能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象都统称为图形，而图形学领域中的图形必须是能被输入到计算机并被处理的对象。,几何要素、非几何要素,点阵法、参数法, 图形, 构成图形的要素, 图形的表示方法, 图形学,研究怎样用数字计算机生成、处理和显示图形的一门学科,东莞理工学院计算机系,通过计算而描述的矢量图形,图
4、形,矢量图形对象,东莞理工学院计算机系,用像素点描述的自然影像,图像,位图图像对象,东莞理工学院计算机系,1.2计算机图形发展历史, 1950年，MIT研制出第一台图形显示器。, 60年代，计算机图形学兴起和确立, 80年代，计算机图形学迅速推广与普及, 90年代，计算机图形学出现新的研究领域,东莞理工学院计算机系,用户接口,计算机辅助设计与制造,科学计算可视化,地理信息系统（GIS）,虚拟现实技术（VR）,多媒体技术,计算机动画,计算机艺术,1.3计算机图形学的应用领域,概念：用户与计算机交 互的渠道 类型：字符、图形、多 通道 图形用户界面（GUI） 的好处：直观、易用,CAD/CAM是计
5、算机图形学在 工业界最广泛、最活跃的应用 领域，被用来进行土建工程、 机械结构和产品的设计 网络环境下进行异地异构 系统的协同设计，已经成为 CAD领域最热门的课题之一 应用领域：飞机、轮船、 汽车外形，大规模集成电路， 建筑，服装，玩具,必要性：直接分析大量 的测量数据或统计数据 有困难 目 标：用图形表现抽 象的数据 应用领域：医学，遥 感，流场等等, 动画原理与基本概念 生成动画的方法 动画的应用,软件工具：画笔程序（ CorelDraw，Photoshop， PaintShop）、三维建模和 渲染软件包（3DMAX， Maya）、动画创作软件 （Flash MX） 优点:功能多、创作轻
6、松 缺点：无法溶入人的灵感, 三S技术:(GIS、GPS、RS) 应用：交通、医疗、物流管理 发展趋势：三维实时, 概念：由计算机实时生成 一个虚拟的三维世界 应用：航空航天、医疗、 军事、旅游,多媒体技术是利用计算机 对文字、图像、图形、动画 、音频、视频等多种信息进 行综合处理、建立逻辑关系 和人机交互作用的产物 特征：多样性、实时性、 交互性,东莞理工学院计算机系,计算机图形学应用举例（1/8）,图形用户界面 发展历程操作系统 Macintosh，OS/2，Windows，Unix/X-Window,人 机 界 面,命令行界面CLI,图形用户界面GUI,多通道用户界面(MMI),东莞理工
7、学院计算机系,计算机图形学应用举例（2/8）,计算机辅助设计 Computer-Aided Design 应用领域：飞机、轮船、汽车外形，大规模集成电路，建筑，服装，玩具 优点：设计周期短，成本低，质量高,东莞理工学院计算机系,计算机图形学应用举例（3/8）,科学计算可视化 Scientific Visualization 必要性：直接分析大量的测量数据或统计数据有困难 目标：用图形表现抽象的数据 应用领域：医学，遥感，流场等等,东莞理工学院计算机系,计算机图形学应用举例（4/8）,科技、教育、商业领域的交互式绘图,东莞理工学院计算机系,计算机图形学应用举例（5/8）,计算机艺术 书法、艺术图
8、片 输入工具：键盘、鼠标、手写笔等等 软件工具：PhotoShop、CorelDraw、PaintBrush等等 优点：功能多、创作轻松、调色方便等等 缺点：目前难以容入人的灵感（未来的研究课题）,东莞理工学院计算机系,计算机图形学应用举例（6/8）,地理信息系统 Geographical Information System 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 计算机动画及广告影视创作 传统动画：费时费力，质量差， 例子：大闹天宫，90*60*24=129，600张胶片，几十位动画工作者近两年的时间 计算机动画（Computer Animation):效率高，质量高 例子：侏
9、罗纪公园 计算机动画创作工具：3D MAX, MAYA等等,东莞理工学院计算机系,计算机图形学应用举例（7/8）,电脑游戏 实时性 逼真性 蕴含了先进的图形处理技术 多媒体系统 在计算机控制下，对多种媒体信息进行生成、操作、表现、存储、通信、或集成的信息系统，其中媒体至少应包括一种“连续媒体”及一种“离散媒体” 计算机处理的常见媒体：文本、图形、图像、语音、音频、视频、动画 特点：媒体的多样性、操作的交互性、系统的集成性,东莞理工学院计算机系,计算机图形学应用举例（8/8）,虚拟现实系统 Virtual Reality 或称虚拟环境（Virtual Environment) 是用计算机技术来生
10、成感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等。某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。 输入输出设备,东莞理工学院计算机系,计算机图形学应用举例（9/9）,网上虚拟现实：虚拟现实建模语言VRML,VRML例子,东莞理工学院计算机系,1.4.1计算机图形输入设备,键盘： 鼠标： 坐标数字化仪：由一块平板和一个探头组成。工作时，导轨和探头沿两个方向移动，带动光栅轮移动，产生光电信号，从而得到两相对距离的坐标数。 光笔：外形象一支笔，笔尖由一组透镜组成。透镜聚焦处是连接光电二极管的光导纤维。光线由透镜入，通过光导纤维，由光电二极管转换为电
11、信号，数字化后输出。 触摸屏：将接触点的坐标信息送入计算机。根据工作原理不同可分为：表面声波触摸屏、矢量压力触摸屏、电阻触摸屏。 图形扫描仪：将从样张反射（透射）出的光信号转化为电信号，经数字化后输出。,东莞理工学院计算机系,1.4.2计算机图形输出设备,图形输出设备可分为向量型和光栅扫描型两大类。向量型设备的作画机构随着图形的输出形状而移动并成像。绘图机属于向量型设备。光栅扫描型设备的作画机构按光栅矩阵扫描整张图面，并按输出内容对图面成像。常见图形输出设备如下： 阴极射线管：利用电场产生高速的聚焦电子束，在通过偏转系统控制它轰击荧光屏的不同部位，产生可见图形。 显示器：可分为光栅扫描显示器、
12、随机扫描显示器、液晶显示器、等离子显示器。 打印机：针式打印机、喷墨打印机、激光打印机。 绘图仪：按结构可分为平板式、滚筒式两大类。,东莞理工学院计算机系,1.5计算机图形学软件系统,图形软件包：处于硬件设备与应用程序之间，负责从输入设备读取信息传到应用程序，并将应用程序处理的结果输出到显示设备。 应用程序:建立于图形软件包之上，用户直接通过应用程序创建、修改、编辑应用模型。 应用模型：用户设计图形的数据表示，包含三部分信息：几何数据、属性数据、拓扑数据。,东莞理工学院计算机系,1.6计算机图形学的研究动态,东莞理工学院计算机系,当前的研究动态（1/7）,造型技术：研究如何在计算 机中构造出二
13、维、三维物体的模 型，并采用合适的数据结构将它 用一批数据及相互之间的拓扑关 系表示出来。规则形体：欧氏几何方法 不规则形体： 分形几何方法 粒子系统 纹理映射,东莞理工学院计算机系,当前的研究动态（2/7）,实体造型 基于物理的造型 基于图像的造型 真实感图形绘制技术 光照明模型 绘制算法 快速算法 易于图像的绘制 例子,东莞理工学院计算机系,当前的研究动态（3/7）,东莞理工学院计算机系,当前的研究动态（4/7）,东莞理工学院计算机系,当前的研究动态（5/7）,东莞理工学院计算机系,当前的研究动态（6/7）,东莞理工学院计算机系,当前的研究动态（7/7）,人机交互技术 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,东莞理工学院计算机系,1.3计算机图形学应用举例,工程图,线框图,实体图,CAM,计算机生成的云,虚拟现实,计算机艺术,东莞理工学院计算机系,
