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1、计算机辅助几何设计计算机辅助几何设计计算机辅助几何设计计算机辅助几何设计计算机辅助几何设计计算机辅助几何设计计算机辅助几何设计计算机辅助几何设计Computer-Aided Geometric DesignComputer-Aided Geometric DesignCAGDCAGDComputer-Aided Geometric DesignCG, CAD/CAM, GCG, CAD/CAM, Geometric Modelingeometric Modeling, , Computational GComputational Geometreometry y课程主题及要求课程主题及要求CA
2、GDCAGD 研究对象，核心问题，发展主线，研究对象，核心问题，发展主线， 其他重要进展其他重要进展CAGDCAGDComputer-Aided Geometric DesignCG CG （ （Computer GraphicsComputer Graphics） ）GGeometric Modelingeometric ModelingCAD/CAMCAD/CAM (Computer(Computer- -Aided Design)Aided Design) (Computer(Computer- -Aided Manufacturing)Aided Manufacturing)Compu
3、tational GComputational Geometreometry yCG （Computer Graphics）CG （Computer Graphics）?计算机图形学是近计算机图形学是近计算机图形学是近计算机图形学是近30年来发展迅速年来发展迅速年来发展迅速年来发展迅速、应用广应用广应用广应用广 泛的新兴学科泛的新兴学科泛的新兴学科泛的新兴学科，是计算机科学最活跃的分支是计算机科学最活跃的分支是计算机科学最活跃的分支是计算机科学最活跃的分支 之一之一之一之一。?如何在计算机中表示图形如何在计算机中表示图形如何在计算机中表示图形如何在计算机中表示图形、以及利用计算机以及利用计算机
4、以及利用计算机以及利用计算机 进行图形的计算进行图形的计算进行图形的计算进行图形的计算、处理和显示的相关原理与处理和显示的相关原理与处理和显示的相关原理与处理和显示的相关原理与 算法算法算法算法，构成了其主要研究内容构成了其主要研究内容构成了其主要研究内容构成了其主要研究内容。?图形学的应用图形学的应用图形学的应用图形学的应用（从某种意义上从某种意义上从某种意义上从某种意义上）标志着计算标志着计算标志着计算标志着计算 机软机软机软机软、硬件的发展水平硬件的发展水平硬件的发展水平硬件的发展水平?计算机图形学是近计算机图形学是近计算机图形学是近计算机图形学是近30年来发展迅速年来发展迅速年来发展迅
5、速年来发展迅速、应用广应用广应用广应用广 泛的新兴学科泛的新兴学科泛的新兴学科泛的新兴学科，是计算机科学最活跃的分支是计算机科学最活跃的分支是计算机科学最活跃的分支是计算机科学最活跃的分支 之一之一之一之一。?如何在计算机中表示图形如何在计算机中表示图形如何在计算机中表示图形如何在计算机中表示图形、以及利用计算机以及利用计算机以及利用计算机以及利用计算机 进行图形的计算进行图形的计算进行图形的计算进行图形的计算、处理和显示的相关原理与处理和显示的相关原理与处理和显示的相关原理与处理和显示的相关原理与 算法算法算法算法，构成了其主要研究内容构成了其主要研究内容构成了其主要研究内容构成了其主要研究
6、内容。?图形学的应用图形学的应用图形学的应用图形学的应用（从某种意义上从某种意义上从某种意义上从某种意义上）标志着计算标志着计算标志着计算标志着计算 机软机软机软机软、硬件的发展水平硬件的发展水平硬件的发展水平硬件的发展水平计算机图形学的发展计算机图形学的发展计算机图形学的发展计算机图形学的发展计算机图形学的发展计算机图形学的发展计算机图形学的发展计算机图形学的发展?50年代：在绘图仪和CRT屏幕上输出图形?60年代：学科建立并蓬勃发展?70年代：进入实用化的阶段?80年代：一个相对很小的学科领域?50年代：在绘图仪和CRT屏幕上输出图形?60年代：学科建立并蓬勃发展?70年代：进入实用化的阶
7、段?80年代：一个相对很小的学科领域主要原因主要原因主要原因主要原因：图形设备昂贵图形设备昂贵图形设备昂贵图形设备昂贵、功能简单功能简单功能简单功能简单，基于图形的基于图形的基于图形的基于图形的 应用软件缺乏应用软件缺乏应用软件缺乏应用软件缺乏。随着光栅图形显示器的出现随着光栅图形显示器的出现随着光栅图形显示器的出现随着光栅图形显示器的出现，计算机图计算机图计算机图计算机图 形系统才得到了很大的发展和广泛的应用形系统才得到了很大的发展和广泛的应用形系统才得到了很大的发展和广泛的应用形系统才得到了很大的发展和广泛的应用。?90年代：软件技术、系统更加成熟，并朝 着标准化、集成化和智能化的方向发展
8、?90年代：软件技术、系统更加成熟，并朝 着标准化、集成化和智能化的方向发展?图形：传递信息的最主要媒体之一?人机界面：计算机之间传递信息的手段?图形：传递信息的最主要媒体之一?人机界面：计算机之间传递信息的手段 早期的读卡机及控制板上的开关、指示灯 键盘和字符中断 基于键盘、鼠标、光笔等输入设备和光栅 显示器的图形用户界面 三维用户界面虚拟环境（虚拟现实）计算机图形学的研究内容计算机图形学的研究内容?计算机图形学的一个重要研究内容就是要利用计算 机产生令人赏心悦目的真实感图形（类似于照片的 明暗图 ）?为此，必须建立图形所描述的场景的几何表示，再 用某种光照模型，计算在假想的光源、纹理、材质
9、 属性下的光照明效果。所以计算机图形学与另一门 学科计算机辅助几何设计计算机辅助几何设计计算机辅助几何设计计算机辅助几何设计有着密切的关系?图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术 和实体造型技术作为其重要的研究内容。?计算机图形学的一个重要研究内容就是要利用计算 机产生令人赏心悦目的真实感图形（类似于照片的 明暗图 ）?为此，必须建立图形所描述的场景的几何表示，再 用某种光照模型，计算在假想的光源、纹理、材质 属性下的光照明效果。所以计算机图形学与另一门 学科计算机辅助几何设计计算机辅助几何设计计算机辅助几何设计计算机辅助几何设计有着密切的关系?图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技
10、术 和实体造型技术作为其重要的研究内容。计算机图形学的研究内容与应用计算机图形学的研究内容与应用Entertainment Industry: Movie industryEntertainment Industry: Movie industryEntertainment Industry: GameEntertainment Industry: GameCAD/CAMCAD/CAMCAD/CAM?计算机辅助设计与制造是计算机图形学 在工业界最广泛、最活跃的应用领域。?计算机图形学被用来进行土建工程、机 械结构和产品的设计，包括设计飞机、 汽车、船舶的外形和发电厂、化工厂等 的布局以及电子线
11、路、电子器件等。?计算机辅助设计与制造是计算机图形学 在工业界最广泛、最活跃的应用领域。?计算机图形学被用来进行土建工程、机 械结构和产品的设计，包括设计飞机、 汽车、船舶的外形和发电厂、化工厂等 的布局以及电子线路、电子器件等。CAD : Product designCAD : Product designCAD : Architectural DesignCAD : Architectural DesignWater Cube 水立方Water Cube 水立方Birds Nest 鸟巢Birds Nest 鸟巢National Grand Theater 国家大剧院National Gr
12、and Theater 国家大剧院SIGGRAPH SIGGRAPH ?the Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques ?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。?每年只录取大约50篇论文，基本上代表 了图形学的主流方向。?the Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques ?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
13、左右。?每年只录取大约50篇论文，基本上代表 了图形学的主流方向。Geometric ModelingG Geometric Modelingeometric Modeling?几何造型：是用计算机及其图形工具来表 示、描述物体形状，设计几何形体，模拟 物体动态处理过程的一门综合技术。?几何造型集成了如下的数学方法：?几何造型：是用计算机及其图形工具来表 示、描述物体形状，设计几何形体，模拟 物体动态处理过程的一门综合技术。?几何造型集成了如下的数学方法： 曲面造型（surface modeling） 实体造型（solid modeling） 代数几何（algebraic geometry）
14、计算几何（computational geometry）Computational GeometryComputational GComputational Geometreometry y?几何物体的算法及数据结构的系统性研究，如 Nearest searching problem Voronoi diagram Path optimization problem motion planning Line segment Intersection problem map overlay?应用： robotics, computer graphics, CAD/CAM, and geograp
15、hic information systems (GIS)?几何物体的算法及数据结构的系统性研究，如 Nearest searching problem Voronoi diagram Path optimization problem motion planning Line segment Intersection problem map overlay?应用： robotics, computer graphics, CAD/CAM, and geographic information systems (GIS)计算几何计算几何计算几何计算几何 （数学辞海数学辞海数学辞海数学辞海第四卷
16、第四卷第四卷第四卷）计算几何计算几何计算几何计算几何 （数学辞海数学辞海数学辞海数学辞海第四卷第四卷第四卷第四卷）?计算几何是应用数学和计算数学的一个新分支计算几何是应用数学和计算数学的一个新分支计算几何是应用数学和计算数学的一个新分支计算几何是应用数学和计算数学的一个新分支。它它它它 是在计算机环境中研究几何模型是在计算机环境中研究几何模型是在计算机环境中研究几何模型是在计算机环境中研究几何模型（包括自由曲线包括自由曲线包括自由曲线包括自由曲线、 曲面和几何体曲面和几何体曲面和几何体曲面和几何体）的设计的设计的设计的设计、表示表示表示表示、分析和输入分析和输入分析和输入分析和输入、输出输出输出输出 、交互修改等问题交互修改等问题交互修改
