计算机图形学教学大纲

计算机图形学教学大纲
计算机图形学教学大纲

《计算机图形学》教学大纲

前言

计算机图形学是计算机与应用专业的专业主干课,它的重要性体现在人们越来越强烈地需要和谐的人机交互环境:图形用户界面已经成为一个软件的重要组成部分,以图形的方式来表示抽象的概念或数据(可视化)已经成为信息领域的一个重要发展趋势。设置本课程的目的就在于让软硬件开发人员了解和掌握必要的图形学概念、方法和工具。

通过课程的学习:

了解图形系统的框架及其涉及的软件、硬件技术。了解图形学的基本问题,掌握图形学的基本概念、方法与算法。对与图形相关的应用及当前的研究热点有一个初步认识。具有一定实践体会和相关的编程能力。

教学目的要求和内容

第1章绪论

[目的要求]

了解计算机图形学的研究内容及其应用领域,

了解图形、图象、像素、分辨率等基本概念

了解图形显示设备、图形输入设备以及图形软件等的发展状况

了解阴极射线管的工作原理

[教学内容]

什么是图形,图象;

计算机图形学的研究内容及其应用领域。

掌握计算机中图形的两种表示方法,要求了解有关概念

了解图形显示设备、图形输入设备以及图形软件的发展状况;

了解阴极射线管的结构及工作原理,彩色阴极射线管的工作原理

像素、分辨率等概念;

第2章交互式绘图软件开发设计

[目的要求]

了解计交互式绘图技术,

掌握VC6.0下如何开发图形程序的步骤

[教学内容]

交互式绘图技术

用户接口设计

VC6.0开发图形程序的步骤

第3章基本图形的生成

[目的要求]

掌握直线的生成、圆的生成、自由曲线等二维线段图形的生成的基本方法要求掌握多边形的两种表示方法:顶点表示与点阵表示

掌握多边形的填充的基本算法:有序边填充算法、种子算法

掌握图形裁剪算法:线段裁剪算法,多边形裁剪算法

[教学内容]

1.直线的生成部分:

要求掌握直线段的DDA算法、Bresenham算法,以及它在哪些方面对DDA 算法做了改进;

2.圆的生成,圆的生成的基本方法,Bresenham算法,掌握圆弧的八对称性;

3.多边形的两种表示方法:顶点表示与点阵表示(实多边形)

4.多边形的点线结构和多边形生成

5.扫描转换多边形的逐点判断算法

6.种子算法、

7.有序边扫描转换多边形填充算法

8.掌握逐点判断算法、扫描线算法,它们采用的数据结构,了解各自的优缺点

9.直线段的CS裁剪算法,LB裁剪算法

第4章二维图形

[目的要求]

掌握用户坐标系、设备(屏幕)坐标系的区别相互之间的变换:

世界坐标系、用户坐标系、设备(屏幕)坐标系与局部坐标系;

掌握二维变换和二维组合等基本变换

[教学内容]

几何变换的方法

二维基本变换:.平移、比例、反射、旋转、错切、逆变换等齐次坐标变换矩阵

掌握二维:任意点的旋转放大、任意轴的反射及坐标系的变换。

第五章三维图形变换 6

[目的要求]

掌握三维图形的平移变换、放缩变换、旋转变换等变换;

了解三维图形投影的种类和一些基本概念和具体投影的方法

[教学内容]

了解概念:观察坐标系、观察平面、观察参考点、观察正向,以及观察坐标系的建立;

投影中心、投影平面、投影线、平面几何投影、透视投影与平行投影;

三维基本变换:平移、比例、反射、旋转、错切、逆变换,坐标变换

三维组合变换

透视投影变换及其矩阵表示,灭点与主灭点,一点透视、两点透视与三点透视;

三维图形投影:正投影中心、投影平面、投影线、平面几何投影、透视投影与平行投影

第6章曲线和曲面

[目的要求]

掌握样条曲线的定义

掌握Besier样条曲线和曲面

掌握B样条曲线和曲面

[教学内容]

掌握三次样条曲线和三次参数样条曲线的数学表达式及性质;

Bezier曲线的数学表达式及性质,三次Bezier曲线的生成;

B样条曲线的数学表达式及性质,二次、三次B样条曲线,三次B样条曲线的边界条件及生成。

第 7章几何造型技术

[目的要求]

了解形体的实体构造技术

了解分形技术

[教学内容]

实体构造技术

分形技术

第 8章消隐

[目的要求]

了解什么是(为什么要)消除隐藏面(消除隐藏线),了解提高消除隐藏了解消除隐藏面的:画家算法、Z缓冲器算法、扫描线Z缓冲器算法、[教学内容]

图形数据结构简述

三维物体的描述与数据结构

欧拉公式

消除隐藏面与消除隐藏线,包围盒技术,背面剔除,画家算法,Z缓冲器算法,扫描线Z缓冲器算法,扫描线算法

第九章真实感图形学

[目的要求]

了解简单光投射模型,光线投射绘制技术

了解纹理处理技术

[教学内容]

简单光照明模型,环境光,漫反射,镜面反射,Phong模型,光的衰减,整体光照明模型,光线跟踪算法,绘制真实感图形的流程图。

纹理处理相关技术。

第十章计算机动画

[目的要求]

了解计算机动画的基本原理

[教学内容]

计算机动画的基本原理

实践性教学内容安排

1.基本图形生成算法实验,用C++画直线、圆等基本图形4学时

2.图形的区域填充算法,直线裁剪算法实验4学时

3.2D图形变换实验4学时

4.3D图形变换实验4学时

使用说明

1.本大纲提供计算机专业本科生使用。

2.本大纲所列内容,尤其是掌握和理解的内容,任课教师必须通过各种教学方法使学生达到掌握和理解。

3.本课程为理论课+实验,请注重实验环节。

4.考核:

期末考核70%+平时和实验30%

教材

《计算机图形学原理及算法教程》(Visual C++版)和青芳著清华大学出版社

参考书

计算机图形学潘云鹤高等教育出版社

计算机图形学教程唐荣锡等科学出版社

Computer Graphics principles and practice

Donald Hearn, M. Pauline Baker ,“Computer Graphics (C Version)”, Prentice Hall , 1997.

课时分配

计算机图形学复习重点

1:简述计算机图像学与数字图像处理和计算几何以及模式识别等学科之间的区别:计算机图形学研究计算机显示图像,即现实世界在计算机中的表示,其逆过程就是计算机视觉;图像处理:对图像进行处理包括图像变换,图像分析,边缘检测,图像分割等。模式识别:对数据的模式分析,涉及数据分析统计学,模式分类等。 2:第一台图像显示器是起源于:1950年麻省理工的旋风一号。 3:I.E萨瑟兰德被誉为计算机图像学之父,1963年他的SKETCHPAD被作为计算机图像学作为一个新学科的出现的标志。 4:列举计算机图像学的应用领域:计算机辅助绘图设计;事务管理中的交互式绘图;科学技术可视化;过程控制;计算机动画及广告;计算机艺术;地形地貌和自然资源的图形显示。5:计算机图形系统包括哪些组成:硬件设备和相应的程序系统(即软件)两部分组成。6:图像系统的基本功能:计算功能;存储功能;输入功能;输出功能;对话功能。 7:图像系统的分类:用于图形工作站的图形系统;以PC为基础的图形系统;小型智能设备上的图形系统 8:显示器的分类:阴极射线管(CRT);液晶显示器(LCD);LED(发光二极管)显示器;等离子显示器。 9:什么是CRT?其组成部分:即阴极射线管。组成有电子枪,加速结构,聚焦系统,偏转系统,荧光屏。 10:彩色阴极射线管生成彩色的方法:射线穿透法。应用:主要用于画线显示器。优点:成本低。缺点:只能产生有限几种颜色;影孔板法。 11:显示器的刷新方式经历了哪几个阶段:随机扫描显示;直视存储管式显示;光栅扫描显示。 12:什么是显示处理器,它与CPU是一回事吗?:显示处理器又称视觉处理器,是一种专门在PC,游戏机和一些移动设备上图像运算工作的微处理器,是显卡中重要组成部分。它的作用是代替CPU完成部分图形处理功能,扫描转换,几何变换,裁剪,光栅操作,纹理映射等。 13:什么是显存,它与内存的区别:显存全称显示内存,即显示卡专用内存。它负责存储显示芯片需要处理的各种数据。电脑的内存是指CPU在进行运算时的一个数据交换的中转站,数据由硬盘调出经过内存条再到CPU。区别:显存是显卡缓冲内存。内存是电脑的内部存储器。是不同的概念。 14:黑白显示器需要1个位平面;256级灰度显示器需要8个,真彩色需要24个位平面。15:OpenGL是什么?它在计算机图形学中的作用?OpenGL是一个工业标准的三维计算机图形软件接口,可以方便的用它开发出高质量的静止或动画三维彩色图形,并有多种特殊视觉效果,如光照,文理,透明度,阴影等。 16:图元:图形元素,可以编辑的最小图形单位。是图形软件用于操作和组织画面的最基本素材,是一组最简单,最通用的几何图形或字符。基本二维图元包括:点,直线,圆弧,多边形,字体符号和位图等。 17:直线的生产算法有:逐点比较法;数值微分法(DDA);中点画线法;Bresenham算法。18:采用哪种平移方法可以使任意二维直线变为第一和第二象限中的直线:逐点比较法。19:交互式图形系统的基本交换任务包括:定位,选择,文字输入,数值输出。定位任务是向应用程序指定一个点的坐标,定位中考虑的基本问题:坐标系统;分辨率;网格;反馈。选择任务是指从一个被选集中挑选出一个元素来。在作图系统中,操作命令、属性值、物种种类、物体等都可能是被选集。被选集可根据其元素的变化程度分为可变集和固定集。可变集的选择技术:指名和拾取。固定集的选择技术:指名技术、功能键、菜单技术、模式识

计算机图形学实验报告

《计算机图形学》实验报告姓名:郭子玉 学号:2012211632 班级:计算机12-2班 实验地点:逸夫楼507 实验时间:15.04.10 15.04.17

实验一 1 实验目的和要求 理解直线生成的原理;掌握典型直线生成算法;掌握步处理、分析实验数据的能力; 编程实现DDA 算法、Bresenham 中点算法;对于给定起点和终点的直线,分别调用DDA 算法和Bresenham 中点算法进行批量绘制,并记录两种算法的绘制时间;利用excel 等数据分析软件,将试验结果编制成表格,并绘制折线图比较两种算法的性能。 2 实验环境和工具 开发环境:Visual C++ 6.0 实验平台:Experiment_Frame_One (自制平台) 3 实验结果 3.1 程序流程图 (1)DDA 算法 是 否 否 是 是 开始 计算k ,b K<=1 x=x+1;y=y+k; 绘点 x<=X1 y<=Y1 绘点 y=y+1;x=x+1/k; 结束

(2)Mid_Bresenham 算法 是 否 否 是 是 是 否 是 否 开始 计算dx,dy dx>dy D=dx-2*dy 绘点 D<0 y=y+1;D = D + 2*dx - 2*dy; x=x+1; D = D - 2*dy; x=x+1; x

3.2程序代码 //-------------------------算法实现------------------------------// //绘制像素的函数DrawPixel(x, y); (1)DDA算法 void CExperiment_Frame_OneView::DDA(int X0, int Y0, int X1, int Y1) { //----------请实现DDA算法------------// float k, b; float d; k = float(Y1 - Y0)/float(X1 - X0); b = float(X1*Y0 - X0*Y1)/float(X1 - X0); if(fabs(k)<= 1) { if(X0 > X1) { int temp = X0; X0 = X1; X1 = temp; }

研究生计算机图形学课程室内场景OpenGL--实验报告Word版

《高级计算机图形学》实验报告 姓名:学号:班级: 【实验报告要求】 实验名称:高级计算机图形学室内场景 实验目的:掌握使用OpenGL生成真实感复杂对象的方法,进一步熟练掌握构造实体几何表示法、扫描表示法、八叉树法、BSP树法等建模方法。 实验要求:要求利用OpenGL生成一个真实感的复杂对象及其周围场景,并显示观测点变化时的几何变换,要具备在一个纹理复杂的场景中漫游功能。要求使用到光线跟踪算法、 纹理映射技术以及实时绘制技术。 一、实验效果图 图1:正面效果图

图2:背面效果图 图4:背面效果图

图4:室内场景细节效果图 图5:场景角度转换效果图

二、源文件数据代码: 共6个文件,其实现代码如下: 1、DlgAbout.cpp #include "StdAfx.h" #include "DlgAbout.h" CAboutDlg::CAboutDlg() : CDialog(CAboutDlg::IDD) { } void CAboutDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX) { CDialog::DoDataExchange(pDX); } BEGIN_MESSAGE_MAP(CAboutDlg, CDialog) END_MESSAGE_MAP() 2、FormCommandView.cpp #include "stdafx.h" #include "Tool.h" #include "MainFrm.h" #include "FormCommandView.h" #include "ToolDoc.h" #include "RenderView.h" // Download by https://www.360docs.net/doc/1c9900132.html, #ifdef _DEBUG #define new DEBUG_NEW #undef THIS_FILE static char THIS_FILE[] = __FILE__; #endif // CFormCommandView IMPLEMENT_DYNCREATE(CFormCommandView, CFormView) CFormCommandView::CFormCommandView() : CFormView(CFormCommandView::IDD) { //{{AFX_DATA_INIT(CFormCommandView)

计算机图形学复习资料

第一章 一、什么是计算机图形学? 计算机图形学是研究如何利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。 国际标准化组织(ISO)定义: 计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形,并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科 电气与电子工程协会(IEEE)定义: 计算机图形学是利用计算机产生图形化的图像的艺术和学科。 三、举例说明计算机图形学有哪些应用,分别用来解决什么实际问题? 应用领域: 1.计算机辅助设计与制造(CAD,CAM) 用于大楼,汽车,飞机,建筑工程,电子路线等的设计和制作过程中。 2.计算机辅助绘图 计算机辅助绘图的典型例子包括计算机可视化,近年来,这种技术已用于有限元分析的后处理,分子模型构造,地震数据处理,大气科学,生物信息及生物化学等领域。 3.计算机辅助教学(CAI) 4.办公自动化和电子出版社 5.计算机艺术 6.在工业控制及交通方面的应用 7.在医疗卫生方面的应用 8.图形用户界面 四、人机交互,什么是一致性原则 人机交互学是一门关于设计、评估和执行交互式计算机系统以及研究由此而发生的相关现象的学科。 一致性原则:指在设计系统的各个环节时,应遵从统一的、简单的规则,保证不出现例外和特殊的情况,无论是信息显示还是命令输入都应如此 一致性原则包含这样一些内容:1.一个特定的图符应该始终只有一个含义而不能依靠上下文来代表多个动作或对象;2.菜单总是放在相同的关联位置,使用户不必总是去寻找;3.键盘上的功能键,控制键以及鼠标上的按钮的定义需要前后一致;4.总是使用一种彩色编码,使相同的颜色在不同的情况下不会有不同的含义;5.输入时交互式命令和语法的一致性等 第二章 四、CRT的组成和工作原理是什么? CRT(Cathode Ray Tube)阴极射线管 ?是一种真空器件,它利用电磁场产生高速的、经过聚焦的电子束,偏转到屏幕的不

计算机图形学实验报告 (2)

中南大学信息科学与工程学院 实验报告实验名称 实验地点科技楼四楼 实验日期2014年6月 指导教师 学生班级 学生姓名 学生学号 提交日期2014年6月

实验一Window图形编程基础 一、实验类型:验证型实验 二、实验目的 1、熟练使用实验主要开发平台VC6.0; 2、掌握如何在编译平台下编辑、编译、连接和运行一个简单的Windows图形应用程序; 3、掌握Window图形编程的基本方法; 4、学会使用基本绘图函数和Window GDI对象; 三、实验内容 创建基于MFC的Single Document应用程序(Win32应用程序也可,同学们可根据自己的喜好决定),程序可以实现以下要求: 1、用户可以通过菜单选择绘图颜色; 2、用户点击菜单选择绘图形状时,能在视图中绘制指定形状的图形; 四、实验要求与指导 1、建立名为“颜色”的菜单,该菜单下有四个菜单项:红、绿、蓝、黄。用户通过点击不同的菜单项,可以选择不同的颜色进行绘图。 2、建立名为“绘图”的菜单,该菜单下有三个菜单项:直线、曲线、矩形 其中“曲线”项有级联菜单,包括:圆、椭圆。 3、用户通过点击“绘图”中不同的菜单项,弹出对话框,让用户输入绘图位置,在指定位置进行绘图。

五、实验结果: 六、实验主要代码 1、画直线:CClientDC *m_pDC;再在OnDraw函数里给变量初始化m_pDC=new CClientDC(this); 在OnDraw函数中添加: m_pDC=new CClientDC(this); m_pDC->MoveTo(10,10); m_pDC->LineTo(100,100); m_pDC->SetPixel(100,200,RGB(0,0,0)); m_pDC->TextOut(100,100); 2、画圆: void CMyCG::LineDDA2(int xa, int ya, int xb, int yb, CDC *pDC) { int dx = xb - xa; int dy = yb - ya; int Steps, k; float xIncrement,yIncrement; float x = xa,y= ya; if(abs(dx)>abs(dy))

计算机图形学课程设计报告

一、设计内容与要求 1.1、设计题目 算法实现时钟运动 1.2、总体目标和要求 (1)目标:以图形学算法为目标,深入研究。继而策划、设计并实现一个能够表现计算机图形学算法原理的或完整过程的演示系统,并能从某些方面作出评价和改进意见。通过完成一个完整程序,经历策划、设计、开发、测试、总结和验收各阶段,达到巩固和实践计算机图形学课程中的理论和算法;学习表现计算机图形学算法的技巧;培养认真学习、积极探索的精神。 (2)总体要求:策划、设计并实现一个能够充分表现图形学算法的演示系统,界面要求美观大方,能清楚地演示算法执行的每一个步骤。(3)开发环境:Viusal C++ 6.0 1.3、设计要求 内容: (1)掌握动画基本原理; (2)实现平面几何变换; 功能要求: (1)显示时钟三个时针,实现三根时针间的相互关系;

(2)通过右键菜单切换时钟背景与时针颜色; 1.4设计方案 通过使用OpenGL提供的标准库函数,综合图形学Bresenham画线和画圆的算法,OpenGL颜色模型中颜色表示模式等实现指针式时钟运动,并通过点击右键菜单实习时钟背景与时针颜色的转换。根据Bresenham画线和画圆的算法,画出时钟的指针和表盘。再根据OpenGL颜色模型定义当前颜色。设置当时钟运行时交换的菜单,运行程序时可变换时钟背景与时针的颜色。最后再设置一个恢复菜单恢复开始时表盘与指针的颜色。

二、总体设计 2.1、过程流程图

2.2、椭圆的中点生成算法 1、椭圆对称性质原理: (1)圆是满足x轴对称的,这样只需要计算原来的1/2点的位置;(2)圆是满足y轴对称的,这样只需要计算原来的1/2点的位置; 通过上面分析可以得到实际上我们计算椭圆生成时候,只需要计算1/4个椭圆就可以实现对于所有点的生成了。 2、中点椭圆算法内容: (1)输入椭圆的两个半径r1和r2,并且输入椭圆的圆心。设置初始点(x0,y0)的位置为(0,r2); (2)计算区域1中央决策参数的初始值 p = ry*ry - rx*rx*ry + 1/4*(rx*rx); (3)在区域1中的每个Xn为止,从n = 0 开始,直到|K|(斜率)小于-1时后结束; <1>如果p < 0 ,绘制下一个点(x+1,y),并且计算 p = p + r2*r2*(3+2*x); <2>如果P >=0 ,绘制下一个点(x+1,y-1),并且计算 p = p + r2*r2*(3+2*point.x) - 2*r1*r1*(y-1) (4)设置新的参数初始值; p = ry*ry(X0+1/2)*(X0+1/2) + rx*rx*(Y0-1) - rx*rx*ry*ry; (5)在区域2中的每个Yn为止,从n = 0开始,直到y = 0时结束。 <1>如果P>0的情况下,下一个目标点为(x,y-1),并且计算 p = p - 2rx*rx*(Yn+1) + rx*rx;

计算机图形学课程设计书

计算机图形学课程设计 书 文档编制序号:[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

课程设计(论文)任务书 理学院信息与计算科学专业2015-1班 一、课程设计(论文)题目:图像融合的程序设计 二、课程设计(论文)工作: 自2018 年1 月10 日起至2018 年1 月12日止 三、课程设计(论文) 地点: 2-201 四、课程设计(论文)内容要求: 1.本课程设计的目的 (1)熟悉Delphi7的使用,理论与实际应用相结合,养成良好的程序设计技能;(2)了解并掌握图像融合的各种实现方法,具备初步的独立分析和设计能力;(3)初步掌握开发过程中的问题分析,程序设计,代码编写、测试等基本方法;(4)提高综合运用所学的理论知识和方法独立分析和解决问题的能力; (5)在实践中认识、学习计算机图形学相关知识。 2.课程设计的任务及要求 1)基本要求: (1)研究课程设计任务,并进行程序需求分析; (2)对程序进行总体设计,分解系统功能模块,进行任务分配,以实现分工合作;(3)实现各功能模块代码; (4)程序组装,测试、完善系统。 2)创新要求: 在基本要求达到后,可进行创新设计,如改进界面、增加功能或进行代码优化。

3)课程设计论文编写要求 (1)要按照书稿的规格打印誊写课程设计论文 (2)论文包括封面、设计任务书(含评语)、摘要、目录、设计内容、设计小结(3)论文装订按学校的统一要求完成 4)参考文献: (1)David ,《计算机图形学的算法基础》,机械工业出版社 (2)Steve Cunningham,《计算机图形学》,机械工业出版社 (3) 5)课程设计进度安排 内容天数地点 程序总体设计 1 实验室 软件设计及调试 1 实验室 答辩及撰写报告 1 实验室、图书馆 学生签名: 2018年1月12日 摘要 图像融合是图像处理中重要部分,能够协同利用同一场景的多种传感器图像信息,输出一幅更适合于人类视觉感知或计算机进一步处理与分析的融合图像。它可明显的改善单一传感器的不足,提高结果图像的清晰度及信息包含量,有利于更为准确、更为可靠、更为全面地获取目标或场景的信息。图像融合主要应用于军事国防上、遥感方面、医学图像处理、机器人、安全和监控、生物监测等领域。用于较多也较成熟的是红外和可见光的融合,在一副图像上显示多种信息,突出目标。一般情况下,图像融合由

计算机图形学复习要点

计算机图形学 C o m p u t e r G r a p h i c s E-M A I L:t y z h u w e n b o@163.c o m 主要内容 ?计算机图形学绪论 ?基本二维图形的生成(图形生成算法原理)?二维变换及二维观察(二维图形变化的数 学原理) ?三维变换及三维观察(三维图形变化的数 学原理及变化方法) ?曲线曲面的生成(三维曲线曲面的几种形 式) ?总结全课程 图形学概述 计算机图形学(C o m p u t e r G r a p h i c s) ?定义:计算机图形学是研究怎样用数字计 算机生成、处理和显示图形的一门学科。 ?图形表示和绘制+输入/输出设备 M o d e l i n g+R e n d e r i n g v i a I n p u t/o u t p u t ?计算机图形学计算机科学中,最为活跃、 得到广泛应用的分支之一 数据计算机图形系统图形 计算机图形学 图形及图形的表示方法 ?图形:计算机图形学的研究对象 ?能在人的视觉系统中产生视觉印象的 客观对象 ?包括自然景物、拍摄到的图片、用数学 方法描述的图形等等 ?构成图形的要素 ?几何要素:刻画对象的轮廓、形状等 ?非几何要素:刻画对象的颜色、材质 等 ?表示方法 ?点阵表示 ?枚举出图形中所有的点(强调图 形由点构成) ?简称为图像(数字图像) ?参数表示 ?由图形的形状参数(方程或分析 表达式的系数,线段的端点坐标 等)+属性参数(颜色、线型等)来 表示图形简称为图形 ?图形主要分为两类: ?基于线条信息表示 ?明暗图(S h a d i n g) 第一章绪论 ?1.计算机图形学的发展简史 ?2.计算机图形学的研究内容 ?3.计算机图形学的应用 ?4.常用的图形设备 1.1C G的发展历史 ?50年代 ?1950年,第一台图形显示器作为美国 麻省理工学院(M I T)旋风I号 (W h i r l w i n d I)计算机的附件诞生了 ?1958年,美国C a l c o m p公司由联机的 数字记录仪发展成滚筒式绘图仪, G e r B e r公司把数控机床发展成为平板 式绘图仪 ?50年代末期,M I T的林肯实验室在 “旋风”计算机上开发S A G E空中防 御体系 ?60年代 ?1962年,M I T林肯实验室的I.E. S u t h e r l a n d发表了一篇题为 “S k e t c h p a d:一个人机交互通信的图 形系统”的博士论文--确定了交互图 形学作为一个学科分支(提出基本交互 技术、图元分层表示概念及数据结 构…)。 ?1962年,雷诺汽车公司的工程师P i e r r e Béz i e r提出Béz i e r曲线、曲面的理论 ?1964年M I T的教授S t e v e n A.C o o n s提出 了超限插值的新思想,通过插值四条任 意的边界曲线来构造曲面。 ?70年代(蓬勃发展时期) ?光栅图形学迅速发展 ?区域填充、裁剪、消隐等基本图形 概念、及其相应算法纷纷诞生 ?图形软件标准化 ?1974年,A C M S I G G R A P H的“与机 器无关的图形技术”的工作会议 ?A C M成立图形标准化委员会,制定 “核心图形系统”(C o r e G r a p h i c s S y s t e m) ?I S O发布C G I、C G M、G K S、P H I G S

计算机图形学实验报告

目录

实验一直线的DDA算法 一、【实验目的】 1.掌握DDA算法的基本原理。 2.掌握DDA直线扫描转换算法。 3.深入了解直线扫描转换的编程思想。 二、【实验内容】 1.利用DDA的算法原理,编程实现对直线的扫描转换。 2.加强对DDA算法的理解和掌握。 三、【测试数据及其结果】 四、【实验源代码】 #include

#include #include #include GLsizei winWidth=500; GLsizei winHeight=500; void Initial(void) { glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); glMatrixMode(GL_PROJECTION); gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0); } void DDALine(int x0,int y0,int x1,int y1) { glColor3f(1.0,0.0,0.0); int dx,dy,epsl,k; float x,y,xIncre,yIncre; dx=x1-x0; dy=y1-y0; x=x0; y=y0; if(abs(dx)>abs(dy)) epsl=abs(dx); else epsl=abs(dy); xIncre=(float)dx/(float)epsl; yIncre=(float)dy/(float)epsl; for(k=0;k<=epsl;k++) { glPointSize(3); glBegin(GL_POINTS); glV ertex2i(int(x+0.5),(int)(y+0.5)); glEnd(); x+=xIncre; y+=yIncre; } } void Display(void) { glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); DDALine(100,100,200,180); glFlush(); }

计算机图形学实验报告记录

计算机图形学实验报告记录

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计算机图形学实验报告 姓名:___ __________ 学号:_____ ________ 班级:______ _______ 时间:_____2016年12月_________

实验一OpenGL编程与图形绘制 1.实验目的 了解OpenGL编程,并熟悉OpenGL的主要功能、绘制流程和基本语法。学会配置OpenGL环境,并在该环境中编程绘图。 2.实验内容 OpenGL的主要功能:模型绘制、模型观察、颜色模式、光照应用、图像效果增强、位图和图像处理、纹理映射、实时动画和交互技术。 OpenGL的绘制流程分为两个方面:一个完整的窗口系统的OpenGL图形处理系统的结构为:最底层为图形硬件,第二层为操作系统,第三层为窗口系统,第四层为OpenGL,最上面的层为应用软件;OpenGL命令将被放在一个命令缓冲区中,这样命令缓冲区中包含了大量的命令、顶点数据和纹理数据。当缓冲区被清空时,缓冲区中的命令和数据都将传递给流水线的下一个阶段。 OpenGL的基本语法中相关库有:OpenGL核心库:gl、OpenGL实用程序库:glu、OpenG 编程辅助库:aux、OpenGL实用程序工具包(OpenGL utility toolkit,GLUT):glut、Windows 专用库:wgl。 OpenGL的基本语法中命名规则为:OpenGL函数都遵循一个命名约定,即采用以下格式:<库前缀><根命令><可选的参数个数><可选的参数类型>。 了解了上述基础知识后,配置好OpenGL环境,然后在该环境中编程练习图形的绘制,本次实验主要是对点的绘制、直线的绘制和多边形面的绘制。 3.实验代码及结果 3.1点的绘制: #include void Initial(void) { glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); //设置窗口背景颜色为白色 glMatrixMode(GL_PROJECTION); //指定设置投影参数 gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0); //设置投影参数 } void Display(void) {

计算机图形学课程教学大纲

《计算机图形学》课程教学大纲一、课程基本信息 课程代码:110053 课程名称:计算机图形学 英文名称:Computer Graphics 课程类别:专业课 学时:72 学分: 适用对象:信息与计算科学专业本科生 考核方式:考试(平时成绩占总成绩的30%) 先修课程:高级语言程序设计、数据结构、高等代数 二、课程简介 中文简介: 计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图形的学科。它的重要性体现在人们越来越强烈地需要和谐的人机交互环境:图形用户界面已经成为一个软件的重要组成部分,以图形的方式来表示抽象的概念或数据已经成为信息领域的一个重要发展趋势。通过本课程的学习,使学生掌握计算机图形学的基本原理和基本方法,理解图形绘制的基本算法,学会初步图形程序设计。 英文简介: Computer Graphics is the subject which concerned with how computer builds, processes and shows graphics. Its importance has been shown in people’s more and more intensively need for harmony human-machine interface. Graphics user interface has become an important part of software. It is a significant trend to show abstract conception or data in graphics way. Through the learning of this course, students could master Computer Graphics’basic theories and methods,understand graphics basic algorithms and learn how to design basic graphics program. 三、课程性质与教学目的 《计算机图形学》是信息与计算科学专业的一门主要专业课。通过本课程的学习,使学生掌握基本的二、三维的图形的计算机绘制方法,理解光栅图形生成基本算法、几何造型技术、真实感图形生成、图形标准与图形变换等概念和知识。学会图形程序设计的基本方法,为图形算法的设计、图形软件的开发打下基础。 四、教学内容及要求 第一章绪论 (一)目的与要求 1.掌握计算机图形学的基本概念; 2.了解计算机图形学的发展、应用; 3.掌握图形系统的组成。

计算机图形学必考知识点

Phong Lighting 该模型计算效率高、与物理事实足够接近。Phong模型利用4个向量计算表面任一点的颜色值,考虑了光线和材质之间的三种相互作用:环境光反射、漫反射和镜面反射。Phong模型使用公式:I s=K s L s cosαΦα:高光系数。计算方面的优势:把r和v归一化为单位向量,利用点积计算镜面反射分量:I s=K s L s max((r,v)α,0),还可增加距离衰减因子。 在Gouraud着色这种明暗绘制方法中,对公用一个顶点的多边形的法向量取平均值,把归一化的平均值定义为该顶点的法向量,Gouraud着色对顶点的明暗值进行插值。Phong着色是在多边形内对法向量进行插值。Phong着色要求把光照模型应用到每个片元上,也被称为片元的着色。 颜色模型RGB XYZ HSV RGB:RGB颜色模式已经成为现代图形系统的标准,使用RGB加色模型的RGB三原色系统中,红绿蓝图像在概念上有各自的缓存,每个像素都分别有三个分量。任意色光F都可表示为F=r [ R ] + g [ G ] + b [ B ]。RGB颜色立方体中沿着一个坐标轴方向的距离代表了颜色中相应原色的分量,原点(黑)到体对角线顶点(白)为不同亮度的灰色 XYZ:在RGB 系统基础上,改用三个假想的原色X、Y、Z建立了一个新的色度系统, 将它匹配等能光谱的三刺激值,该系统称为视场XYZ色度系统,在XYZ空间中不能直观地评价颜色。 HSV是一种将RGB中的点在圆柱坐标系中的表示法,H色相S饱和度V明度,中心轴为灰色底黑顶白,绕轴角度为H,到该轴距离为S,沿轴高度为S。 RGB优点:笛卡尔坐标系,线性,基于硬件(易转换),基于三刺激值,缺点:难以指定命名颜色,不能覆盖所有颜色范围,不一致。 HSV优点:易于转换成RGB,直观指定颜色,’缺点:非线性,不能覆盖所有颜色范围,不一致 XYZ:覆盖所有颜色范围,基于人眼的三刺激值,线性,包含所有空间,缺点:不一致 交互式计算机程序员模型 (应用模型<->应用程序<->图形库)->(图形系统<->显示屏).应用程序和图形系统之间的接口可以通过图形库的一组函数来指定,这和接口的规范称为应用程序编程人员接口(API),软件驱动程序负责解释API的输出并把这些数据转换为能被特定硬件识别的形式。API提供的功能应该同程序员用来确定图像的概念模型相匹配。建立复杂的交互式模型,首先要从基本对象开始。良好的交互式程序需包含下述特性:平滑的显示效果。使用交互设备控制屏幕上图像的显示。能使用各种方法输入信息和显示信息。界面友好易于使用和学习。对用户的操作具有反馈功能。对用户的误操作具有容忍性。Opengl并不直接支持交互,窗口和输入函数并没有包含在API中。 简单光线跟踪、迭代光线跟踪 光线跟踪是一种真实感地显示物体的方法,该方法由Appel在1968年提出。光线跟踪方法沿着到达视点的光线的相反方向跟踪,经过屏幕上每一象素,找出与视线所交的物体表面点P0,并继续跟踪,找出影响P0点光强的所有的光源,从而算出P0点上精确的光照强度。光线跟踪器最适合于绘制具有高反射属性表面的场景。优缺点:原理简单,便于实现,能生成各种逼真的视觉效果,但计算量开销大,终止条件:光线与光源相交光线超出视线范围,达到最大递归层次。一般有三种:1)相交表面为理想漫射面,跟踪结束。2)相交表面为理想镜面,光线沿镜面反射方向继续跟踪。3)相交表面为规则透射面,光线沿规则透射方向继续跟踪。 描述光线跟踪简单方法是递归,即通过一个递归函数跟踪一条光线,其反射光想和折射光线再调用此函数本身,递归函数用来跟踪一条光线,该光线由一个点和一个方向确定,函数返回与光线相交的第一个对象表面的明暗值。递归函数会调用函数计算指定的光线与最近对象表面的交点位置。 图形学算法加速技术BVH, GRID, BSP, OCTree 加速技术:判定光线与场景中景物表面的相对位置关系,避免光线与实际不相交的景物表面的求交运算。加速器技术分为以下两种:Bounding Volume Hierarchy 简写BVH,即包围盒层次技术,是一种基于“物体”的场景管理技术,广泛应用于碰撞检测、射线相交测试之类的场合。BVH的数据结构其实就是一棵二叉树(Binary Tree)。它有两种节点(Node)类型:Interior Node 和Leaf Node。前者也是非叶子节点,即如果一个Node不是Leaf Node,它必定是Interior Node。Leaf Node 是最终存放物体/们的地方,而Interior Node存放着代表该划分(Partition)的包围盒信息,下面还有两个子树有待遍历。使用BVH需要考虑两个阶段的工作:构建(Build)和遍历(Traversal)。另一种是景物空间分割技术,包括BSP tree,KD tree Octree Grid BSP:二叉空间区分树 OCTree:划分二维平面空间无限四等分 Z-buffer算法 算法描述:1、帧缓冲器中的颜色设置为背景颜色2、z缓冲器中的z值设置成最小值(离视点最远)3、以任意顺序扫描各多边形a) 对于多边形中的每一个采样点,计算其深度值z(x,y) b) 比较z(x, y)与z缓冲器中已有的值zbuffer(x,y)如果z(x, y) >zbuffer(x, y),那么计算该像素(x, y)的光亮值属性并写入帧缓冲器更新z缓冲器zbuffer(x, y)=z(x, y) Z-buffer算法是使用广泛的隐藏面消除算法思想为保留每条投影线从COP到已绘制最近点距离,在投影后绘制多边形时更新这个信息。存储必要的深度信息放在Z缓存中,深度大于Z缓存中已有的深度值,对应投影线上已绘制的多边形距离观察者更近,故忽略该当前多边形颜色,深度小于Z缓存中的已有深度值,用这个多边形的颜色替换缓存中的颜色,并更新Z缓存的深度值。 void zBuffer() {int x, y; for (y = 0; y < YMAX; y++) for (x = 0; x < XMAX; x++) { WritePixel (x, y, BACKGROUND_VALUE); WriteZ (x, y, 1);} for each polygon { for each pixel in polygon’s projection { //plane equation doubl pz = Z-value at pixel (x, y); if (pz < ReadZ (x, y)) { // New point is closer to front of view WritePixel (x, y, color at pixel (x, y)) WriteZ (x, y, pz);}}}} 优点:算法复杂度只会随着场景的复杂度线性增加、无须排序、适合于并行实现 缺点:z缓冲器需要占用大量存储单元、深度采样与量化带来走样现象、难以处理透明物体 着色器编程方法vert. frag 着色器初始化:1、将着色器读入内存2、创建一个程序对象3、创建着色器对象4、把着色器对象绑定到程序对象5、编译着色器6、将所有的程序连接起来7、选择当前的程序对象8、把应用程序和着色器之间的uniform变量及attribute变量关联起来。 Vertex Shader:实现了一种通用的可编程方法操作顶点,输入主要有:1、属性、2、使用的常量数据3、被Uniforms使用的特殊类型4、顶点着色器编程源码。输入叫做varying变量。被使用在传统的基于顶点的操作,例如位移矩阵、计算光照方程、产生贴图坐标等。Fragment shader:计算每个像素的颜色和其他属性,实现了一种作用于片段的通用可编程方法,对光栅化阶段产生的每个片段进行操作。输入:Varying 变量、Uniforms-用于片元着色器的常量,Samples-用于呈现纹理、编程代码。输出:内建变量。 观察变换 建模变换是把对象从对象标架变换到世界标架 观察变换把世界坐标变换成照相机坐标。VC是与物理设备无关的,用于设置观察窗口观察和描述用户感兴趣的区域内部分对象,观察坐标系采用左手直角坐标系,可在用户坐标系中的任何位置、任何方向定义。其中有一坐标轴与观察方向重合同向并与观察平面垂直。观察变换是指将对象描述从世界坐标系变换到观察坐标系的过程。(1):平移观察坐标系的坐标原点,与世界坐标系的原点重合,(2):将x e,y e轴分别旋转(-θ)角与x w、y w轴重合。 规范化设备坐标系 规范化设备坐标系是与具体的物理设备无关的一种坐标系,用于定义视区,描述来自世界坐标系窗口内对象的图形。 光线与隐式表面求交 将一个对象表面定义为f(x,y,z)=f(p)=0,来自P0,方向为d的光线用参数的形式表示为P(t)=P0+td. 交点位置处参数t的值满足:f(P0+td)=0,若f是一个代数曲面,则f是形式为X i Y j Z k的多项式之和,求交就转化为寻求多项式所有根的问题,满足的情况一:二次曲面,情况二:品面求交,将光线方程带入平面方程:p*n+c=0可得到一个只需做一次除法的标量方程p=p0+td。可通过计算得到交点的参数t的值:t=(p0*n+c)/(n*d). 几何变换T R S矩阵表示 三维平移T 三维缩放S旋转绕z轴Rz( ) 100dx 010dy 001dz 0001 Sx000 0Sy00 00Sz0 0001 cos-sin00 sin cos00 0010 0001 θθ θθ 旋转绕x轴Rx(θ) 旋转绕y轴Ry(θ) 1000 0cos-sin0 0sin cos0 0001 θθ θθ cos0sin0 0100 -sin0cos0 0001 θθ θθ 曲线曲面 Bezier曲线性质:Bezier曲线的起点和终点分别是特征多边形的第一个顶点和最后一个顶点。曲线在起点和终点处的切线分别是特征多边形的第一条边和最后一条边,且切矢的模长分别为相应边长的n倍;(2)凸包性;(3)几何不变性(4)变差缩减性。端点插值。 均匀B样条曲线的性质包括:凸包性、局部性、B样条混合函数的权性、连续性、B样条多项式的次数不取决于控制函数。 G连续C连续 C0连续满足:C1连续满足: (1)(0) p(1)=(1)(0)(0) (1)(0) px qx py q qy pz qz == ???? ???? ???? ???? (1)(0) p'(1)=(1)'(0)(0) (1)(0) p x q x p y q q y p z q z == ???? ???? ???? ???? C0(G0)连续:曲线的三个分量在连接点必须对应相等 C1连续:参数方程和一阶导数都对应相等 G1连续:两曲线的切线向量成比例 三维空间中,曲线上某点的导数即是该点的切线,只要求两个曲线段连接点的导数成比例,不需要导 数相等,即p’(1)=aq’(0) 称为G1几何连续性。将该思想推广到高阶导数,就可得到C n和G n连续性。

计算机图形学 课程设计作品

《计算机图形学Visual c++版》考试作业报告 题目:计算机图形学图形画板 专业:推荐IT学长淘宝日用品店530213 班级:推荐IT学长淘宝日用品店530213 学号:推荐IT学长淘宝日用品店530213 姓名:推荐IT学长淘宝日用品店530213 指导教师:推荐IT学长淘宝日用品店530213 完成日期: 2015年12月2日

一、课程设计目的 本课程设计的目标就是要达到理论与实际应用相结合,提高学生设计图形及编写大型程序的能力,并培养基本的、良好的计算机图形学的技能。 设计中要求综合运用所学知识,上机解决一些与实际应用结合紧密的、规模较大的问题,通过分析、设计、编码、调试等各环节的训练,使学生深刻理解、牢固掌握计算机图形学基本知识和算法设计的基本技能术,掌握分析、解决实际问题的能力。 通过这次设计,要求在加深对课程基本内容的理解。同时,在程序设计方法以及上机操作等基本技能和科学作风方面受到比较系统和严格的训练。 二、设计内容推荐IT学长淘宝日用品店530213 设计一个图形画板,在这个图形画板中要实现: 1,画线功能,而且画的线要具备反走样功能。 2, 利用上面的画线功能实现画矩形,椭圆,多边形,并且可以对这些图形进行填充。 3,可以对选中区域的图形放大,缩小,平移,旋转等功能。 三、设计过程 程序预处理:包括头文件的加载,常量的定义以及全局变量的定义 #include "stdafx.h" #include "GraDesign.h" #include "GraDesignDoc.h" #include "GraDesignView.h" #include "math.h" #ifdef _DEBUG #define new DEBUG_NEW #undef THIS_FILE static char THIS_FILE[] = __FILE__; #endif //******自定义全局变量 int type = -1; CPoint point1; CPoint point2; CPoint temp[2];

计算机图形学实验报告

计算机图形学 实验报告 姓名:谢云飞 学号:20112497 班级:计算机科学与技术11-2班实验地点:逸夫楼507 实验时间:2014.03

实验1直线的生成 1实验目的和要求 理解直线生成的原理;掌握典型直线生成算法;掌握步处理、分析 实验数据的能力; 编程实现DDA算法、Bresenham中点算法;对于给定起点和终点的 直线,分别调用DDA算法和Bresenham中点算法进行批量绘制,并记 录两种算法的绘制时间;利用excel等数据分析软件,将试验结果编 制成表格,并绘制折线图比较两种算法的性能。 2实验环境和工具 开发环境:Visual C++ 6.0 实验平台:Experiment_Frame_One(自制平台)。 本实验提供名为 Experiment_Frame_One的平台,该平台提供基本 绘制、设置、输入功能,学生在此基础上实现DDA算法和Mid_Bresenham 算法,并进行分析。 ?平台界面:如错误!未找到引用源。所示 ?设置:通过view->setting菜单进入,如错误!未找到引 用源。所示 ?输入:通过view->input…菜单进入.如错误!未找到引用 源。所示 ?实现算法: ◆DDA算法:void CExperiment_Frame_OneView::DDA(int X0, int Y0, int X1, int Y1) Mid_Bresenham法:void CExperiment_Frame_OneView::Mid_Bresenham(int X0, int Y0, int X1, int Y1)

3实验结果 3.1程序流程图 1)DDA算法流程图:开始 定义两点坐标差dx,dy,以及epsl,计数k=0,描绘点坐标x,y,x增 量xIncre,y增量yIncre ↓ 输入两点坐标x1,y1,x0,y0 ↓ dx=x1-x0,dy=y1-y0; _________↓_________ ↓↓ 若|dx|>|dy| 反之 epsl=|dx| epsl=|dy| ↓________...________↓ ↓ xIncre=dx/epsl; yIncre=dy/epsl ↓ 填充(强制整形)(x+0.5,y+0.5); ↓←←←← 横坐标x+xIncre; 纵坐标y+yIncre; ↓↑ 若k<=epsl →→→k++ ↓ 结束 2)Mid_Bresenham算法流程图开始 ↓ 定义整形dx,dy,判断值d,以及UpIncre,DownIncre,填充点x,y ↓ 输入x0,y0,x1,y1 ______↓______ ↓↓ 若x0>x1 反之 x=x1;x1=x0;x0=x; x=x0;

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