第一讲计算讲义机图形学概述

计算机图形学基础专业知识讲座

图形
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图像 —采用点阵法描述的图形（点阵图形）照片、位图、图片存储信息：灰度，色彩
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（6）虚拟现实技术
用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界，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。
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? 图像
? 放大前
放
大后
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二、计算机图形学的研究内容
(1)图形的输入
研究如何把需要处理的图形输入计算机，以便让计算机进行各种处理。
（2）图形的生成、显示、输出
三计算机图形学的应用
（1）在机械设计中的应用
（a）工程图
（b）线框图（c）实体图
Hale Waihona Puke 文档来源于网络仿，。文文档档所如第提有二供不章的当信之计息处算仅，机供请图参联形考系学之本基用人础，或不网能站作删为除机科。械学C依AD据/C，AM请勿模
（2）科学计算可视化
广泛应用于医学、流体力学、有限元分析及气候分析中。

计算机图形学第一讲

计算机图形学
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
计算机图形学
1.1 研究内容
• 什么是图形？ • 构成图形的要素是什么？ • 图形有哪两种表示法？
• 图形学所研究的内容是什么？
计算机图形学
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： 1、二维图形元素的生成算法点、直线、圆、弧、规则曲线、自由曲线、文本等图元的生成。 2、二维图形的基本操作和图形处理算法对图形的平移、缩放、旋转、镜像、错切等操作，此外还包括二维图形的裁剪、多边形填充以及二维图形的布尔运算（并、交、差）等。
计算机图形学
60年代 1963年，MIT林肯实验室的I. 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（提出基本交互技术、图元分层表示概念及数据结构 )。同时，雷诺汽车公司的工程师Pierre Bé zier 提出 Bé zier曲线、曲面的理论。 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。
计算机图形学
（3）用并行处理技术提高真实感图像的生成速度如采用多处理器，将一幅光栅图像的 512×512或更多个象素用几十个甚至几百个处理器并行计算，可以明显提高图像的生成速度。（4）探讨自然景象的模拟方法采用纹理映射、分维技术、粒子系统等方法再现景物表面的色彩和纹理细节，体现山峦的粗糙岩面，重现云、火、水等飘忽不定的景色。（5）科学可视化
计算机图形学
在医学领域，可视化有着广阔的发展前途

计算机图形学讲义课件第一章

Electronic Publication
随着微型计算机及桌上印刷设备的发展，计算机图形学及人机交互技术在办公自动化及电子出版系统中得到广泛的应用。昔日需要提交给专门的印刷机构出版的资料，现在可以在办公室内印刷了，办公自动化及电子出版系统可以产生传统的硬拷贝文本，也可以产生电子文本，包括正文、表格、图形及图象等内容。
路径探索
数字地球图片
HCI
HCI是设计、评估和执行交互计算机系统以及研究由此而发生的相关现象的 HCI是未来的计算机科学。我们已经花费了至少 50年的时间来学习如何制造计算机以及如何编写计算机程序。下一个新领域自然是让计算机服务并适应于人类的需要，而不是强迫人类去适应计算机。 ----Dan R. Olsen(CMU)
断路器操作盘
远程控制界面
医疗卫生方面
图形用户界面
介于人与计算机之间，人与机器的通信，人机界面（HCI）：软件＋硬件发展：由指示灯和机械开关组成的操纵界面→由终端和键盘组成的字符界面（80年代）→由多种输入设备和光栅图形显示设备构成的图形用户界面（GUI），（90年代）PC，工作站，WIMP(W-windows、I-icons、 M-menu、P-pointing devices)界面，所见即所得→VR 技术（发展方向）
CAD/CAM
图形学的主要应用领域之一建筑、机械结构和产品设计（结构分析和外形设计）、布局（各种管道，电子线路） AutoCAD, SolidWorks, Pro/E, UG, CATIA 实例需要用户绘制出对象的精确图形
计算机辅助设计软件
由计算机构造对象的线框图模型
实例：已绘制的图形如下
小结：概念与术语

计算机图形学-第一章--概述资料

它已经并将进一步给人类带来巨大的影响和
利益。现在，CAD技术的水平已成为衡量一
个国家工业技术水平的重要标志。
2024/7/19
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1.3 计算机图形学的应用领域
• 二、科学计算可视化
• 用图形来表示大量数据计算的结果或中间过程。例如：
科技工作者需要认真分析大量的计算结
果以确定一个系统的描述；
商业主管需要分析大量的统计数据以做
出对未来商业行为的决策；
医生需要面对大量的CT数据以确定病人
体内是否发生病变及何处发生病变；
气象人员需要处理气象卫星传回的大批
数据以绘出未来一段时间内的天气变化趋势
图。 2024/7/19
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1.3 计算机图形学的应用领域
• 分析处理这些大批数据是艰难和枯燥的，但如果应用计算机图形处理技术建立数据与图形之间的关系并将它们以图形的形式在屏幕上显示出来，则使用者很容易观察其中的各种现象并找出变化规律。
的确立和发展也经历了从矢量显示器、存
储管显示器到光栅显示器的发展过程。
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1.2 计算机图形学的发展历史
• 图形输入设备也在发展，出现了：拇指轮、操作杆、跟踪球、光笔、鼠标、触摸屏、数据手套、数字化仪、扫描仪等输入设备。
• 和图形硬件一样，图形软件也得到很大的发展，各种图形算法、图形标准、图形数据结构等逐渐成熟并投入使用，使计算机图形学成为一门成熟的学科。
本自动阅读装置、还有地图符号的识别，都
是先由扫描得到图像，然后经识别还原为图
形或字符。
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ห้องสมุดไป่ตู้
6
第一章概述
• 3、计算几何（Computational Geometry） • 计算几何则着重讨论几何形体在计算机

计算机图形学(1-3章讲义汇总整理)

图形显示系统
图形显示系统是计算机图形处理系统中极其重要的部分。图形显示系统负责实时显示图形处理的中间或最终结果，为用户提供可视的工作界面等。PC 机的图形显示系统逻辑上是由监视器(Monitor，又称显示器)和显示卡(又称显示适配器)两大部分组成。目前显示器中主要包括阴极射线管(CRT)，液晶显示器(LCD)和等离子显示器(PDP)。
图形输入板与坐标数字化仪
图形输入板与坐标数字化仪两者的工作原理与功能完全相同，它们都是将图形转变成计算机能接收的数字量的专用设备。它们按工作原理的不同分为电磁式、超声波式、电位梯度式、机械式等多种。数字化仪往往具在定位、拾取、选择的功能，其主要性能指标有分辨率、精度和幅面。许多数字化仪提供多种压感。现在非常流行的汉字手写系统就是一种数字化仪。
光笔
光笔是一种手持检测光的装置，它直接在屏幕上操作，拾取位置。光笔原理简单，操作直观，但荧光屏的分辨率、电子束扫描速度、荧光粉的特性、笔尖与荧光粉的距离和角度等诸多因素都会影响光笔的分辨率与灵敏度。另外，光笔对于荧光屏上不发光的区域无法检测，也不能用于液晶、等离子体等类型的显示器。
触摸屏
触摸屏利用手指等对屏幕的触摸位置进行定位。按工作原理可以分为：电阻式、电容式、红外线式和声波表面波式。
计算机图形学的研究内容计算机图形学的定义
计算机图形学是利用计算机来建立、处理、传输和存储从某个客观对象抽象得到的几何和物理模型，并根据模型产生该对象图形输出的有关理论、方法和技术。1982 年，国际标准化组织 ISO 将计算机图形学定义为：研究用计算机进行数据和图形之间相互转换的方法和技术。
CRT 显示器
CRT 显示器由于分辨率和可靠性高、速度快、成本低等优点，多年来一直是图形显示系统中最重要的设备。CRT 显示器的工作方式分为随机扫描和光栅扫描两种方式，目前以光栅扫描方式为主，这是因为，虽然随机扫描图形显示器具有画线速度快、分辨率高等优点，但难以生成具有多种灰度和颜色且色调能连续变化的图形，而光栅扫描图形显示器却可以生成有高度真实感的图形，因而已成为 PC 机和 Macintosh 计算机以及各种工作站所使用的最重要的信息显示设备。

计算机图形学概述分析课件

电影特效中的计算机图形学
3D建模与贴图
利用计算机图形学，电影制作人员可以创建逼真的3D场景和角色模型，为电影添加视觉效果。
合成与渲染
利用计算机图形学技术，电影中的多个特效和场景可以合成在一起，并通
过渲染得到最终的视觉效果。
特效制作
通过计算机图形学，电影中的特效如火、水、烟雾等得以实现，增强电影的视觉冲击力。
计算机图形学概述分析课件
目录
Contents
• 计算机图形学简介 • 计算机图形学基础知识 • 计算机图形学关键技术 • 计算机图形学应用案例 • 计算机图形学未来发展
01 计算机图形学简介
定义与概念
定义
计算机图形学是研究使用计算机生成和操作图形的科学。
概念
通过编程技术，将数据转化为图像并在屏幕上显示。
发展历程
起步阶段
20世纪50年代，计算机图形学开始起步，主要应用于科学可视化。
发展阶段
20世纪80年代，随着个人电脑的普及，计算机图形学在娱乐、广告等行业得到广泛应用。
成熟阶段
21世纪初，随着计算机硬件和软件技术的飞速发展，计算机图形学在电影制作、游戏设计等领域达到高峰。
应用领域
电影与游戏制作
增强。
02 计算机图形学基础知识
图像表示与处理
01
02
03
图像数字化
将连续的图像转换为离散的像素集合，便于计算机处理。
图像编码与压缩
通过特定的算法对图像数据进行压缩，以减少存储空间和传输时间。
图像增强
通过各种技术改善图像的视觉效果，如对比度增强、噪声去除等。
颜色理论与空间
RGB颜色模型
将三维场景转换到二维屏幕上的过程，涉及到颜色、光照和纹理等细节的处理。

计算机图形学概述

1.1什么计算机图形学
表示（representation ）：如何利用图形的几何和物理信息来描述图形。
生成（create ）：如何快速、有效的生成图形的几何和物理信息。
处理（manipulate）：对现有的图形信息进行存储、加工、处理以满足实际的需要。显示（display)：根据图形的几何和物理信息，如何将图形在图形设备上显示出来。
1.3计算机图形学的应用领域
1.3.1图形用户接口（GUI）
通过图标或代表一定意义的图形作为人们与机器设备的接口，通过gui人们可以更加直观、更加简单的实现人机交互。
1.3计算机图形学的应用领域
1.3.2 计算机辅助设计（CAD）
CAD是计算机图形学在工业界最广泛、最活跃的应用领域。
通过虚拟画笔和虚拟画纸，画家可以用数字化输入设备代替传统的纸和笔来创作美术作品
虚拟毛笔
1.3计算机图形学的应用领域
非真实感绘制技术
非真实绘制就是将图形绘制成各种手绘的艺术效果，是80年代后期兴起的计算机图形学的一个研究热点。在艺术、娱乐和工程领域得到了广泛的应用，非真实感绘制的研究又有两个研究内容：一个是针对三维模型通过边缘检测、光照处理等技术将三维模型输出为某种手绘或艺术风格的图像；另一个是将一幅数字照片转化成某种艺术风格的图像。
第一季度第二季度第三季度第四季度
1.3计算机图形学的应用领域
1.3.4计算机美术（computer art )
计算机美术是计算机图形学最直接、最活跃、最广泛的应用领域之一，计算机美术的研究主要有两个方面：虚拟绘画工具非真实感绘制技术。
1.3计算机图形学的应用领域
虚拟绘制工具：
Computer graphics

精品课件-计算机图形学-第1章计算机图形学概述

第 1 章计算机图形学概述
计算机图形系统由硬件和软件两部分组成。计算机图形系统的基本物理设备统称为硬件, 它包括主机及大容量外存储器、显示处理器、图形输出和图形输入设备。其中图形显示器、打印机、绘图机、键盘、数字化仪和光笔等供系统配置时由用户选用。单主机模式的计算机图形系统的硬件组成如图1.2所示。
1.3 计算机图形学的发展
1.3.1 计算机图形学的发展简史自20世纪50年代以来, 计算机图形学的发展
历程经历了50多年。根据其发展的特点, 这50年可以分为酝酿期 (50年代)、萌芽期 (60年代)、发展期 (70 年代)、普及期 (80年代)和提高增强期 (90年代)等五个阶段。
第 1 章计算机图形学概述
图 1.4 三维物体输出流水线图
第 1 章计算机图形学概述
1.1.2 计算机图形学的主要研究内容除了理论和方法已经非常成熟的基本图形元素
生成算法(也叫光栅图形学)和图形变换的内容之外, 计算机图形学的主要内容还有造型技术、真实感图形生成及人机交互技术等三部分。
第 1 章计算机图形学概述
2) 参数法参数法用图形的形状参数和属性参数来表示图形。形状参数指的是描述图形的方程或分析表达式的系数、线段和多边形的端点坐标等。属性参数则包括颜色、线型等。
第 1 章计算机图形学概述
4. 计算机图形系统的概念 1) 计算机图形系统的组成计算机图形系统是为了支持图形应用程序便于实现图形的输入、处理、输出而设计的计算机硬件和软件的组合体。没有绘图系统的支撑, 就会使图形应用程序的编写极为困难, 计算机图形学潜在的用途也难以开发。
第 1 章计算机图形学概述