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1、2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,1,1.1 研究内容,简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。 图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实、图形信息的存贮、检索与交换技术等。,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,2,研究对象图形,研究计算机生成的图形 到处是计算机生成的图形 电视 书籍 杂志 当前的屏幕,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,3,1.1 研究内
2、容,1.1.1 何谓图形 1.1.2 构成图形的要素 1.1.3 图形的两种表示法 1.1.4 图形学所研究的内容 1.1.5 与相关学科的关系 1.1.6 计算机生成图形的工作模式,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,4,1.1.1 何谓图形,图形：计算机图形学的研究对象 广义上讲，图形是指能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象，它包括人眼观察到的自然景物、拍摄到的图片、绘图工具得到的工程图、用数学方法描述的图形等等。即对图像、图片、绘图、照片、插图等的统称。 图形是客观对象的一种抽象表示，它带有形状和颜色信息。 如一只玻璃杯和一只塑料杯形状、颜色和透明度一样，则图形一样，无法
3、区别,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,5,1.1.2 构成图形的要素,几 何 要素：刻画对象的轮廓形状的点、线、面、体等 非几何要素：刻画对象表面属性或材质的明暗、灰度、色彩、纹理、透明性、线型、线宽等,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,6,点阵表示 枚举出图形中所有的点，它强调图形由 哪些点组成，各点有什么颜色 (强调图形 由点构成) ，简称为像素图、图像 （数字图像） 参数表示 由图形的形状参数(指描述图形的方程或 分析表达式的系数，线段或多边形的顶 点坐标等)+属性参数(颜色、线型等)来表 示图形，简称为参数图、图形,1.1.3 计算机中图形的两种表示,20
4、18/11/27,苏大计算机科学与技术学院,7,计算机图形一般包括两种类型：矢量图形和位图图形 矢量图：由短的直线段（矢量）组成的图形（又叫线图、图形、Graphics ） 点阵图：由一系列点（象素）组成的图形（又叫点图、图像、Image） 对应地，生成计算机图形的方法有矢量法和描点法 。,计算机图形的生成原理,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,8,矢量图和点阵图,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,9,图形与图像,图象纯指计算机内以位图(Bitmap)形式存在的灰度信息. 图形含有几何属性，或者说更强调场景的几何表示，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的 从
5、处理技术上来看，图形主要分为两类， 一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等， 另一类是明暗图（shading），也就是通常所说的真实感图形。,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,10,1.1.4 计算机图形学的研究内容,图形的输入 如何开发利用图形输入 设备及软件将图形输入 到计算机中去，以便作 各种处理。,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,11,1.1.4 计算机图形学的研究内容,图形的处理 包括对图形进行变换(几何变换，投影变换)和运算（集合运算）,着色，形变等,一个三维人脸变形的例子,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,12,
6、1.1.4 计算机图形学的研究内容,图形的输出 如何将图形特定的表示形式 转换成图形输出系统便于 接受的表示形式，并将图形 在显示屏或打印机等输出 设备上输出。,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,13,（一）描述对象的模型及其图形的方法与数学工具,（二）描述对象的图形数据输入,（三）输入数据的存储,（四）对象图形数据的运算处理,（五）对象图形数据的输出显示,计算机图形学的主要研究对象是点、线、面、体、场的数学描述方法及其图形表示。 其研究内容主要包括以下五个方面：,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,14,（一）图形输出显示设备、输入设备的研究与计算机图 形系统结构的
7、发展。,（二）制定与图形应用软件有关的多种技术标准,（三）实时动画与多媒体技术,除上述五方面外，计算机图形学还研究下述几个方面的问题,随着计算机技术的进步和图形显示技术应用领域的扩大和深入，计算机图形学的研究、开发与应用还将得到进一步的发展。,即包含研究方法与所涉及的计算机生成图形的整个研究领域。,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,15,1.1.5 计算机图形学的学科特点,综合性 图学理论、现代数学、计算机科学、形态学、分形混沌学、小玻璃论等等 学科交叉性 计算机图形学、数字图像处理、计算几何、计算机视觉及模式识别等。,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,16,1.1
8、.5 与计算机图形学相关的学科,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,17,计算机图形学,计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。由几何数据和几何模型，利用计算机进行显示、存储，并可以进行修改、完善以及有关操作的过程。,是游戏?,是色彩缤纷的图片?,不会是数学方程和计算机算法吧!?,不是通过摄像机输入的,使用计算机通过算法和程序在显示设备上构造出图形来,特点：新兴学科 边缘性学科 与传统理论密切联系,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,18,计算几何 Computer Aided Geometric Design,研究几何模型和
9、数据处理的学科。 研究几何形体在计算机中的表示，分析和综合，包括曲线、曲面的表示、生成、拼接和造型，三维立体造型，散乱数据插值，计算复杂性等。 研究怎样灵活方便地建立几何形体的数学模型，提高算法效率 研究如何在计算机内更好地存储和管理这些模型等。,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,19,数字图像处理,研究对象为数字图像。它是将客观世界中原来存在的物体影像处理成新的数字化图像的相关技术；研究图形学的逆过程。 旨在对图像进行各种加工以改善图像的视觉效果。 研究如何对一幅连续图像取样、量化以产生数字图像， 如何对数字图像做各种变换以方便处理， 如何滤去图像中的无用噪声， 如何压缩图像数
10、据以便存储和传输， 如何提取图像的物体边缘， 如何增强图像的某些特征和提取。,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,20,简单图像处理,浮雕,柔化,底片,一个图象变形的例子,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,21,计算机视觉和模式识别,是研究用计算机来模拟生物视觉或宏观视觉功能的科学和技术。 图形学的逆过程，分析和识别输入的数字图像并从中提取二维或三维的数据模型（特征）。 与图像处理密切相关，研究的问题是如何对所输入的图像进行分析和识别，找出其中蕴涵的内在联系或抽象模型； 邮政分检设备、手写体识别、机器视觉、地形地貌识别等。,一个模式识别的例子,2018/11/27,苏
11、大计算机科学与技术学院,22,随着图形显示和图形输出技术的发展和应用的深入，Graphics & Image逐渐走向交叉、融合。计算机图形学、图像处理和模式识别的学科界限变得模糊起来，各学科相互交叉、界线模糊、相互渗透、融合。,发展特点,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,23,（一）被动式计算机绘图（也称程序绘图 ）,程序设计,缺点：在整个绘图过程中，人和计算机不能进行交互修改。,1.1.6 计算机生成图形工作模式,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,24,（二）交互式计算机绘图,（交互过程）,特点：可以实时修改，是计算机绘图应用的主要方式，尤其是大量应用在交互式计算机辅助设计中。,交互式计算机绘图过程,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,25,例,如何生成右图？需要 利用哪些硬件与软件？,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,26,简要答案,创意：基于太阳 软件：Maya建模并渲染(rendering). Maya是基于OpenGL的 硬件：用图形显示卡的PC机进行建模和渲染,2018/11/27,苏大计算机科学与技术学院,27,习题,什么是计算机图形学?它研究哪些内容？ 名词解释：图形、图象、点阵法、参数法 图形包括哪两方面的要素，在计算机中如何表示它们？ 分析计算机图形学、数字图象处理和计算机视觉学科间的关系,
