计算机图形学第一章PPT课件
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计算机图形学章节1PPT课件
60年代：MIT、Bell Lab、 通用汽车公司、剑 桥大学开展大规模的研究 。
60年代确立并得到发展
70年代进入技术实用化
但80年代初，图形学 依然是较小的学科，原 因是图形硬件设备十分昂贵，且基于图形的应用相 对较少。后来，情况发生了变化……
14
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
3
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
第一讲 计算机图形学概述
1.1 研究内容 1.2 发展历史 1.3 应用举例 1.4 当前研究动态
4
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
1.1 研究内容
?何谓图形 ?构成图形的要素 ?两种表示法 ?所研究的内容
5
Graphics Lab.PKU
图像生成（计算机图形学）
图像变换 （图像处理）
数
数
字
据
图
模
像
型
模型（特征）提取 （计算机视觉，模式识别）
模型变换 （计算几何）
.发展特点: 交叉、界线模糊、相互渗透
8
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
CAGD（Computer Aided Geometric Design）
几何形体在计算机中的表示，分析、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，在计算机内更好地存储和管理这些模型等。 研究曲线、曲面的表示、生成、拼接、数据拟合。
硬件发展
图形显示器的发展
图形显示器是计算机图形学中关键的设备
60年代中期：画线显示器（亦称矢量显示器） 需要刷新。设备昂贵，限制普及
60年代后期：存储管式显示器 不需刷新，价格较低，缺点是不具有动态修
60年代确立并得到发展
70年代进入技术实用化
但80年代初，图形学 依然是较小的学科，原 因是图形硬件设备十分昂贵，且基于图形的应用相 对较少。后来，情况发生了变化……
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Graphics Lab.PKU
2020/11/6
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Graphics Lab.PKU
2020/11/6
第一讲 计算机图形学概述
1.1 研究内容 1.2 发展历史 1.3 应用举例 1.4 当前研究动态
4
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
1.1 研究内容
?何谓图形 ?构成图形的要素 ?两种表示法 ?所研究的内容
5
Graphics Lab.PKU
图像生成（计算机图形学）
图像变换 （图像处理）
数
数
字
据
图
模
像
型
模型（特征）提取 （计算机视觉，模式识别）
模型变换 （计算几何）
.发展特点: 交叉、界线模糊、相互渗透
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Graphics Lab.PKU
2020/11/6
CAGD（Computer Aided Geometric Design）
几何形体在计算机中的表示，分析、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，在计算机内更好地存储和管理这些模型等。 研究曲线、曲面的表示、生成、拼接、数据拟合。
硬件发展
图形显示器的发展
图形显示器是计算机图形学中关键的设备
60年代中期：画线显示器（亦称矢量显示器） 需要刷新。设备昂贵，限制普及
60年代后期：存储管式显示器 不需刷新，价格较低，缺点是不具有动态修
计算机图形学ppt(共49张PPT)
过程动画技术
过程动画的概念
通过定义物体的运动规律或过程，由计算机自动生成动画。
过程动画的实现方法
基于物理模拟、基于过程建模、基于行为建模等。
过程动画的应用场景
自然现象的模拟（如风、雨、雪）、物体的变形和破碎效果等。
基于物理的动画技术
基于物理的动画概念
利用物理引擎模拟现实世界中的物理现象，生成逼真的动画效果 。
表面模型（Surface Model）
用多边形面片逼近三维物体的表面。
实体模型（Solid Model）
定义三维物体的内部和外部，表示物体的实体。
光线追踪（Ray Tracing）
模拟光线在三维场景中的传播，生成真实感图形。
三维图形的变换与裁剪
几何变换（Geometric Trans…
包括平移、旋转、缩放等变换，用于改变三维物体的位置和形状。
如中点画圆算法，利用圆 的八对称性，通过计算决 策参数来生成圆。
多边形的生成算法
如扫描线填充算法，通过 扫描多边形并计算交点来 生成多边形。
二维图形的变换与裁剪
二维图形的变换
包括平移（Translation）、旋转（Rotation）、 缩放（Scaling）等变换，可以通过变换矩阵来实 现。
二维图形的裁剪
Screen-Space Methods
利用屏幕空间信息进行半透明 物体的渲染，如屏幕空间环境 光遮蔽（SSAO）和屏幕空间 反射（SSR）。
06
计算机动画技术
Chapter
计算机动画概述
计算机动画的定义
01
通过计算机生成连续的动态图像，实现虚拟场景和角色的动态
表现。
计算机动画的应用领域
02
影视特效、游戏设计、虚拟现实、工业设计等。
《计算机图形学》课件
04
光照模型与阴影生成算法的应用广泛，例如在游戏开发、虚拟现实和 电影制作等领域。
纹理映射算法
纹理映射算法用于将图像或纹理贴图映射到三维物体 的表面。
输标02入题
常用的纹理映射算法包括纹理坐标、纹理过滤和纹理 压缩等。
01
03
纹理映射算法的应用广泛，例如在游戏开发、虚拟现 实和数字艺术等领域。
04
工业设计
使用CAD等技术进行产品设计和原型制作 。
游戏开发
创建丰富的游戏场景和角色，提供沉浸式 的游戏体验。
科学可视化
将复杂数据以图形方式呈现，帮助人们理 解和分析数据。
虚拟现实与增强现实
构建虚拟环境，实现人机交互，增强现实 感知。
02
计算机图形学基础知识
图像与图形的关系
图像
由像素组成的二维或三维数据，通常 用于表示真实世界或模拟的视觉信息 。
全息投影技术
总结词
全息投影技术能够实现三维立体显示，为观众提供沉浸式的 观影体验。
详细描述
全息投影技术利用干涉和衍射原理，将三维物体以全息图像 的形式呈现出来，使观众能够从不同角度观察到物体的立体 形态。这种技术将为电影、游戏和其他娱乐领域带来革命性 的变化。
增强现实技术
总结词
增强现实技术能够将虚拟信息与现实世界相结合，提供更加丰富的交互体验。
HSL和HSV模型
基于色调、饱和度和亮度（或 明度）来描述颜色。
RGBA模型
在RGB基础上增加透明度通道 。
图像处理技术
滤波和锐化
通过改变图像的像素值 来减少噪声、突出边缘
或细节。
色彩调整
改变图像中颜色的分布 和强度，以达到特定的
视觉效果。
图像分割
光照模型与阴影生成算法的应用广泛，例如在游戏开发、虚拟现实和 电影制作等领域。
纹理映射算法
纹理映射算法用于将图像或纹理贴图映射到三维物体 的表面。
输标02入题
常用的纹理映射算法包括纹理坐标、纹理过滤和纹理 压缩等。
01
03
纹理映射算法的应用广泛，例如在游戏开发、虚拟现 实和数字艺术等领域。
04
工业设计
使用CAD等技术进行产品设计和原型制作 。
游戏开发
创建丰富的游戏场景和角色，提供沉浸式 的游戏体验。
科学可视化
将复杂数据以图形方式呈现，帮助人们理 解和分析数据。
虚拟现实与增强现实
构建虚拟环境，实现人机交互，增强现实 感知。
02
计算机图形学基础知识
图像与图形的关系
图像
由像素组成的二维或三维数据，通常 用于表示真实世界或模拟的视觉信息 。
全息投影技术
总结词
全息投影技术能够实现三维立体显示，为观众提供沉浸式的 观影体验。
详细描述
全息投影技术利用干涉和衍射原理，将三维物体以全息图像 的形式呈现出来，使观众能够从不同角度观察到物体的立体 形态。这种技术将为电影、游戏和其他娱乐领域带来革命性 的变化。
增强现实技术
总结词
增强现实技术能够将虚拟信息与现实世界相结合，提供更加丰富的交互体验。
HSL和HSV模型
基于色调、饱和度和亮度（或 明度）来描述颜色。
RGBA模型
在RGB基础上增加透明度通道 。
图像处理技术
滤波和锐化
通过改变图像的像素值 来减少噪声、突出边缘
或细节。
色彩调整
改变图像中颜色的分布 和强度，以达到特定的
视觉效果。
图像分割
计算机图形学基础教程PPT课件
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。
经典的真实感图形学
光照模型
• 简单光照模型 • 局部光照模型 • 整体光照模型
绘制方法
• 光线跟踪 • 辐射度
加速算法及其他
• 包围体树、自适应八叉树等 • 阴影算法、纹理合成
Xfrog3.0生成的挪威云杉
1974年，在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH 年会， 并取得了巨大的成功
图形学的杂志和会议
会议：Siggraph， Eurograph， Pacific Graphics
Computer Graphics International，
Graphics Interface
杂志: ACM Transaction on Graphics
基于多层阴影翼的软影绘制
研究热点
真实感图形实时绘制
• 物体网格模型的面片简化，LOD, Occlusion culling
• 吴建华的牛头ห้องสมุดไป่ตู้
• 基于图象的绘制、基于Vedio绘制 • 画中游
画中游
Video from HKUST:
野外自然景物的模拟：山、水、云、树、草、火等
清 华 山 水
1999
1964年MIT的教授Steven A. Coons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。
• 58年提出“CAD”概念 • 图形学最高奖以他名字命名。
70年代
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，ACM SIGGRAPH的与ACM成立图形标准化委 员会，制定“核心图形系统”（Core Graphics System）
经典的真实感图形学
光照模型
• 简单光照模型 • 局部光照模型 • 整体光照模型
绘制方法
• 光线跟踪 • 辐射度
加速算法及其他
• 包围体树、自适应八叉树等 • 阴影算法、纹理合成
Xfrog3.0生成的挪威云杉
1974年，在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH 年会， 并取得了巨大的成功
图形学的杂志和会议
会议：Siggraph， Eurograph， Pacific Graphics
Computer Graphics International，
Graphics Interface
杂志: ACM Transaction on Graphics
基于多层阴影翼的软影绘制
研究热点
真实感图形实时绘制
• 物体网格模型的面片简化，LOD, Occlusion culling
• 吴建华的牛头ห้องสมุดไป่ตู้
• 基于图象的绘制、基于Vedio绘制 • 画中游
画中游
Video from HKUST:
野外自然景物的模拟：山、水、云、树、草、火等
清 华 山 水
1999
1964年MIT的教授Steven A. Coons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。
• 58年提出“CAD”概念 • 图形学最高奖以他名字命名。
70年代
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，ACM SIGGRAPH的与ACM成立图形标准化委 员会，制定“核心图形系统”（Core Graphics System）
图形学课件之第一章
计算机图形学
• 可视化
– 海量的数据使得人们对数据的分析和处理变 得越来越难，用图形来表示数据的迫切性与 日俱增。 – 1986年，美国科学基金会（NSF）专门召开 了一次研讨会，会上提出了“科学计算可视 化（Visualization in Scientific Computing）” – 科学计算可视化广泛应用于医学、流体力学、 有限元分析、气象分析当中。
工程图及其三维重建结果1
计算机图形学
完整的涡轮机绘制和装配图 （Autodesk公司提供）
计算机图形学
工程图及其三维重建结果2
计算机图形学
奥迪效果图和线框图
过程控制
• 利用交互式图形生成 技术形成的人机交互 系统，实现人与控制 或管理对象之间的相 互作用。如工厂中的 设备、工序控制，机 场与铁路的调度等。
计算机图形学
刘文涛
计算机图形学
第一章
绪论
• 什么是计算机图形学？
– 计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、 生成、处理、显示的学科。 – 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
计算机图形学
计算机图形学的研究内容
• 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，构成了计算机图形学的 主要研究内容。
计算机图形学
由清华大学自然景物平台生成的野外场景
计算机图形学
日本Yoshinori Dobashi等人绘制的真实感云
计算机图形学
Xfrog3.0生成的 挪威云杉
计算机图形学
虚拟现实
是计算机与用户之间的一种更为理想化的人-机界面形 式。简单地说，就是借助于计算机技术及硬件设备，实现一 种人们可以通过视听触嗅等手段所感受到的虚拟幻境，故又 称幻境或灵境技术。 与传统计算机相比，虚拟现实系统具有三个重要特征：临境 性，交互性，想象性。虚拟现实技术的应用范围很广，诸如 国防、建筑设计、工业设计、培训、医学领域。 例如，建筑设计师可以运用虚拟现实技术向客户提供三维虚 拟模型，而外科医生还可以在三维虚拟的病人身上试行一种 新的外科手术。
Unit 1 Introduction 计算机图形学课件
Computer Graphics with OpenGL
主讲：曹正林
1
讲
授 内 容
• • • • • •
Unit 1： Introduction Unit 2： The OpenGL API Unit 3: Scan Convention Unit 4: Transformations Unit 5： Color and Shading Models Unit 6：Viewing and Clipping
32
Color CRT
产生彩色的常用方法： • 射线穿透法 • 影孔板法
33
射线穿透法
• 原理：
– 两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光 物质，电子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所 产生的颜色。 荧光涂层
产生颜色
低速电子束
电子束
较低速电子束 较高速电子束
高速电子束
34
• 影孔板法
– 原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于 精确定位像素的位置。 Nhomakorabea43
• 液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)是由六层薄板组成的平板式显 示器
观 察 方 向
44
• 可视角度(viewing angle)：能清晰看到图像 的最大角度。 • 点距(Pixel pitch)：两个液晶颗粒（光点） 之间的距离。点距一般为0.28~0.32mm就能 取得较好的显示效果。 • 分辨率(resolution)：液晶显示器中含有的液 晶颗粒数，是真实分辨率，只有在真实分 辨率下才能得到最佳的显示效果。
TsingHua University
25
Japan , Yoshinori Dobashi
26
主讲：曹正林
1
讲
授 内 容
• • • • • •
Unit 1： Introduction Unit 2： The OpenGL API Unit 3: Scan Convention Unit 4: Transformations Unit 5： Color and Shading Models Unit 6：Viewing and Clipping
32
Color CRT
产生彩色的常用方法： • 射线穿透法 • 影孔板法
33
射线穿透法
• 原理：
– 两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光 物质，电子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所 产生的颜色。 荧光涂层
产生颜色
低速电子束
电子束
较低速电子束 较高速电子束
高速电子束
34
• 影孔板法
– 原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于 精确定位像素的位置。 Nhomakorabea43
• 液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)是由六层薄板组成的平板式显 示器
观 察 方 向
44
• 可视角度(viewing angle)：能清晰看到图像 的最大角度。 • 点距(Pixel pitch)：两个液晶颗粒（光点） 之间的距离。点距一般为0.28~0.32mm就能 取得较好的显示效果。 • 分辨率(resolution)：液晶显示器中含有的液 晶颗粒数，是真实分辨率，只有在真实分 辨率下才能得到最佳的显示效果。
TsingHua University
25
Japan , Yoshinori Dobashi
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计算机图形学课件第一章引言常用文档
■图形的表示 Graphics Image 点阵法：用具有颜色信息的点阵来表示图形的
一种方法。（Image）
参数法：以计算机中所记录图形的形状参数与
属性参数来表示图形的一种方法。（Graphics）■与计算机图形学相关的学科
计算机图形学试图从非图象形式的数据描述来
生成（逼真的）图象。
数字图象处理旨在对图象进行各种加工以改善
■具有一定实践体会和相关的编程能力。
课程内容
■概论 ■计算机图形设备 ■交互式技术 ■几何造型技术
■基本图形生成算法 ■二维图形变换及二维观察 ■三维图形变换及三维观察
■曲线和曲面、真实感图形显示
第1章 引言
主要内容：
•什么是计算机图形学？ 3 计算机图形学的应用
图1-3 计算机图形系统的结构 •计算机图形学研究的对象是什么？ 计算机图形学基础 陈传波 陆枫 编著 计算机图形学中所研究的图形：从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信息的图和形。
图象的视觉效果。
计算机视觉是研究用计算机来模拟生物外显或
宏观视觉功能的科学和技术。
特征数据、结构数据
计算机图 形学
计算机 视觉
图象信号
数字图象处理 图1-1 图形图象处理相关学科间的关系
1.2 计算机图形学的发展
计算机图形学的确立 ■酝酿期（50年代） ■萌芽期（60年代） ■发展期（70年代） ■普及期（80年代） ■提高增强期（90年代）
■近二十年中，国际标准化组织ISO已经批准 和正在讨论的与计算机图形有关的标准有：
GKS、GKS-3D、PHIGS、CGM、 CGI、IGES、STEP ■事实标准 如SGI的OpenGL，微软的Direct X， Adobe的Postscript等
计算机图形学完整ppt课件
工业设计
利用计算机图形学进行产品设计、仿 真和可视化，提高设计效率和质量。
建筑设计
建筑师使用计算机图形学技术创建三 维模型，进行建筑设计和规划。
计算机图形学的相关学科
计算机科学
计算机图形学是计算机科学的一个重 要分支，涉及计算机算法、数据结构、 操作系统等方面的知识。
物理学
计算机图形学中的很多技术都借鉴了 物理学的原理，如光学、力学等，用 于实现逼真的渲染效果和物理模拟。
02
03
显示器
LCD、LED、OLED等，用 于呈现图形图像。
投影仪
将计算机生成的图像投影 到大屏幕上，用于会议、 教学等场合。
虚拟现实设备
如VR头盔，提供沉浸式的 3D图形体验。
图形输入设备
键盘和鼠标
最基本的图形输入设备，用于操 作图形界面和输入命令。
触摸屏
通过触摸操作输入图形指令，常 见于智能手机和平板电脑。
多边形裁剪算法
文字裁剪算法
判断一个多边形是否与另一个多边形相交， 如果相交则求出交集部分并保留。
针对文字的特殊性质，采用特殊的裁剪算法 进行处理，以保证文字的完整性和可读性。
05
光照模型与表面绘制
光照模型概述
光照模型是计算机图形学中用于模拟光线与物体表面交互的数学模型。
光照模型能够模拟光线在物体表面的反射、折射、阴影等效果，从而增强图形的真 实感。
二维纹理映射原理
根据物体表面的顶点坐标和纹理坐标，计算出每个像素点对应的纹 理坐标，从而确定像素点的颜色值。
二维纹理映射实现方法
使用OpenGL中的纹理映射函数，将纹理图像映射到物体表面。
三维纹理映射技术
三维纹理坐标
定义在三维空间中的坐标，表示纹理图像上的位置。
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1958年，美国Calcomp公司由联机的数字记 录仪发展成滚筒式绘图仪，GerBer公司把数 控机床发展成为平板式绘图仪
50年代末期，MIT的林肯实验室在“旋风” 计算机上开发SAGE空中防御体系
17
60年代
1962年，MIT林肯实验室的I. 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--确定了交互 图形学作为一个学科分支
20
80年代
1980年Whitted提出了一个光透视模型Whitted模型，并第一次给出光线跟踪算法 的范例，实现Whitted模型
1984年，美国Cornell大学和日本广岛大学 的学者分别将热辐射工程中的辐射度方法 引入到计算机图形学中
图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发 展
21
90年代
计算机图形技术
yuli110@ 1205
整体概述
概述一
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相关文本内容
概述二
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相关文本内容
概述三
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相关文本内容
教材和参考书
主要参考书：
吴宾、段海波、薛凤武译，《OpenGL编程权威指 南》，中国电力出版社，2001.8
NeHe的OpenGL教程 /default.asp 周炜的NeHe中文教程 /DancingWind/
OpenGL(SGI) Direct3D (Microsoft) Xlib（X-Window系统） Adobe公司Postscript
23
计算机图形学的应用及研究前沿
计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 可视化(Visualization) 真实感图形实时绘制与自然景物仿真 计算机动画 用户接口(User Interface) 计算机艺术
数 据 模
模型变换 （计算几何）
像 模型（特征）提取 型
（计算机视觉，模式识别）
发展特点：交叉、界线模糊、相互渗透
11
一个典型的图形生成过程
3D Scanning Interactive
Gemetric Modeling
Model Libraries Displacement Mapping
12
图形学过程：绘制(Rendering)
24
计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）
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、船舶的外形的设计 发电厂、化工厂等的布局 土木工程、建筑物的设计 电子线路、电子器件的设计 设计结果直接送至后续工艺进行加工处理，
如波音777飞机的设计和加工过程
存储为磁盘文件
电影胶片记录 视频记录 打印
14
计算机图形学的3大主题
modeling + Rendering + Animation
15
计算机图形学发展的历史回顾
历史追溯 硬件发展
图形显示器的发展 图形输入设备的发展
图形软件及软件标准的发展
16
50年代
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
变换(Transformation) 裁减(Clipping) 投影(Projection) 图像生成
光照明模型(Illumination Model) 物体材质属性 纹理信息(Texture)
13
图形学过程：图像显示与存储
硬件帧缓存(Hardware Framebuffer):控制三 色电子枪发射的电子束强度
8
根据处理技术不同，图形可以分为
线框图形：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
真实感图形：利用计算机生成像照片一样 真实的图形
场景表示：曲线曲面造型、实体造型 光照模型：光源、纹理、材质
9
奥迪汽车效果图和线框图
10
与相关学科的关系
图像生成（计算机图形学）
数 图像变换 字 （图像处理） 图
计算机图形学之父 1983年获Coons奖 1988年获图灵奖
1962年，雷诺汽车公司的工程师 Pierre Bézier 提出Bézier曲线、曲面的理论
1985年获Coons奖
18
70年代
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，ACM SIGGRAPH的与“与机器 无关的图形技术”的工作会议 ACM成立图形标准化委员会，制定“核 心图形系统”（Core Graphics System） ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS
微机和软件系统的普及使得图形学的应用领 域日益广泛。 标准化、集成化、智能化 多媒体技术、人工智能、科学计算可视化、 虚拟现实 三维造型技术
22
图形软件标准
第一个官方标准，1977 GKS (Graphics Kernel System)
一些非官方图形软件，广泛应用于工业界， 成为事实上的标准
19
70年代
真实感图形学 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” 的思想，被称为Gourand明暗处理 1975年，Phong的简单光照模型- Phong模型
实体造型技术 英国剑桥大学CAD小组的Build系统 美国罗彻斯特大学的PADL-1系统
期中成绩（20%） 期末成绩（50%）
5
身边的计算机图形学－电影
6
身边的计算机图形学－游戏
目前图形硬件发展的动力所在
7
什么是计算机图形学
计算机图形学:Computer Graphics, CG
研究如何利用计算机表示、生成、处理和显 示图形的学科
图形通常由点、线、面、体等几何属性和颜 色、纹理、线型、线宽等非几何属性组成
清华大学计算机系计算机图形学基础课程主页 /course/
3
如何学习本课程？
以课件、教材为主线 勤于实践； 利用网络资源；
课程中心
熟练OpenGL； 随时接受CG的新思想和新进展
4
本课程的考核方式
平时成绩（30%） 课堂提问+书面作业+上机实验成绩
50年代末期，MIT的林肯实验室在“旋风” 计算机上开发SAGE空中防御体系
17
60年代
1962年，MIT林肯实验室的I. 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--确定了交互 图形学作为一个学科分支
20
80年代
1980年Whitted提出了一个光透视模型Whitted模型，并第一次给出光线跟踪算法 的范例，实现Whitted模型
1984年，美国Cornell大学和日本广岛大学 的学者分别将热辐射工程中的辐射度方法 引入到计算机图形学中
图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发 展
21
90年代
计算机图形技术
yuli110@ 1205
整体概述
概述一
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概述二
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相关文本内容
概述三
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相关文本内容
教材和参考书
主要参考书：
吴宾、段海波、薛凤武译，《OpenGL编程权威指 南》，中国电力出版社，2001.8
NeHe的OpenGL教程 /default.asp 周炜的NeHe中文教程 /DancingWind/
OpenGL(SGI) Direct3D (Microsoft) Xlib（X-Window系统） Adobe公司Postscript
23
计算机图形学的应用及研究前沿
计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 可视化(Visualization) 真实感图形实时绘制与自然景物仿真 计算机动画 用户接口(User Interface) 计算机艺术
数 据 模
模型变换 （计算几何）
像 模型（特征）提取 型
（计算机视觉，模式识别）
发展特点：交叉、界线模糊、相互渗透
11
一个典型的图形生成过程
3D Scanning Interactive
Gemetric Modeling
Model Libraries Displacement Mapping
12
图形学过程：绘制(Rendering)
24
计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）
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、船舶的外形的设计 发电厂、化工厂等的布局 土木工程、建筑物的设计 电子线路、电子器件的设计 设计结果直接送至后续工艺进行加工处理，
如波音777飞机的设计和加工过程
存储为磁盘文件
电影胶片记录 视频记录 打印
14
计算机图形学的3大主题
modeling + Rendering + Animation
15
计算机图形学发展的历史回顾
历史追溯 硬件发展
图形显示器的发展 图形输入设备的发展
图形软件及软件标准的发展
16
50年代
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
变换(Transformation) 裁减(Clipping) 投影(Projection) 图像生成
光照明模型(Illumination Model) 物体材质属性 纹理信息(Texture)
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图形学过程：图像显示与存储
硬件帧缓存(Hardware Framebuffer):控制三 色电子枪发射的电子束强度
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根据处理技术不同，图形可以分为
线框图形：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
真实感图形：利用计算机生成像照片一样 真实的图形
场景表示：曲线曲面造型、实体造型 光照模型：光源、纹理、材质
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奥迪汽车效果图和线框图
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与相关学科的关系
图像生成（计算机图形学）
数 图像变换 字 （图像处理） 图
计算机图形学之父 1983年获Coons奖 1988年获图灵奖
1962年，雷诺汽车公司的工程师 Pierre Bézier 提出Bézier曲线、曲面的理论
1985年获Coons奖
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70年代
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，ACM SIGGRAPH的与“与机器 无关的图形技术”的工作会议 ACM成立图形标准化委员会，制定“核 心图形系统”（Core Graphics System） ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS
微机和软件系统的普及使得图形学的应用领 域日益广泛。 标准化、集成化、智能化 多媒体技术、人工智能、科学计算可视化、 虚拟现实 三维造型技术
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图形软件标准
第一个官方标准，1977 GKS (Graphics Kernel System)
一些非官方图形软件，广泛应用于工业界， 成为事实上的标准
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70年代
真实感图形学 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” 的思想，被称为Gourand明暗处理 1975年，Phong的简单光照模型- Phong模型
实体造型技术 英国剑桥大学CAD小组的Build系统 美国罗彻斯特大学的PADL-1系统
期中成绩（20%） 期末成绩（50%）
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身边的计算机图形学－电影
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身边的计算机图形学－游戏
目前图形硬件发展的动力所在
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什么是计算机图形学
计算机图形学:Computer Graphics, CG
研究如何利用计算机表示、生成、处理和显 示图形的学科
图形通常由点、线、面、体等几何属性和颜 色、纹理、线型、线宽等非几何属性组成
清华大学计算机系计算机图形学基础课程主页 /course/
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如何学习本课程？
以课件、教材为主线 勤于实践； 利用网络资源；
课程中心
熟练OpenGL； 随时接受CG的新思想和新进展
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本课程的考核方式
平时成绩（30%） 课堂提问+书面作业+上机实验成绩