计算机图形学12发展历史
计算机图形学的发展与应用
计算机图形学的发展与应用随着科技的不断发展，计算机图形学也得到了快速的发展。
计算机图形学是一门研究如何用计算机来处理、显示、存储和生成图像的学科。
它主要涉及到三维几何、光线追踪、图像处理、计算机视觉等技术。
本文将从计算机图形学的历史、技术和应用三个方面来介绍其发展与应用。
一、历史计算机图形学的历史可以追溯到20世纪60年代。
当时，人们开始尝试利用计算机来生成图像。
最早的计算机图形学技术包括向量图形和位图图形。
向量图形通过描述图像中各点之间的坐标关系来生成图像，而位图图形则是利用像素点的颜色和位置来生成图像。
在70年代，计算机图形学技术得到了快速的发展。
当时，人们开始开发出可以处理三维几何图形的系统。
1982年，商业计算机图形学工作站的出现，使得三维图像的制作变得更加容易。
90年代以来，图形学技术得到了突飞猛进的发展。
人们开始开发出了基于物理模型的真实感图形技术，使得图像可以更加逼真地呈现出来。
同时，计算机图形学也开始向虚拟现实和增强现实等领域延伸。
二、技术计算机图形学技术包括三维几何、光线追踪、图像处理、计算机视觉等方面。
其中，三维几何是计算机图形学技术的基础。
它包括了基本几何实体的建模、表面细化、曲面建模、多边形描绘等方面。
光线追踪技术是计算机图形学中的重要技术之一。
它模拟了光线从光源射向物体，再从物体的各个部位反射回来产生的影响，从而使得图像更加逼真。
图像处理是计算机图形学技术中的另一个重要方面。
它涉及到图像的增强、修复、压缩、分割等处理过程。
这些处理过程可以应用于数字摄像机、计算机视觉、医疗图像处理等领域。
计算机视觉技术可以通过计算机来模拟人类视觉活动，实现一些智能化的图像处理。
它主要涉及到图像识别、目标跟踪、人脸识别等方面。
三、应用计算机图形学技术在数字娱乐、医疗图像处理、工业制造等领域中得到了广泛的应用。
数字娱乐方面，计算机图形学被广泛应用于游戏、动画、电影等领域。
它可以实现更加逼真的图像呈现，从而带给观众更加舒适的视觉体验。
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计算机历史（图赏）今天，计算机已经成为人们学习、生活和工作中普遍使用的工具。
可有谁想到，即使是50年前，一台计算能力还不及我们目前普通计算器的计算机需要占用一间屋子的空间呢。
更不用说几百上千年前，人们又是用怎样的计算工具来帮助我们来简化计算的呢？下面，笔者就将带你领略一下2000年来计算机的进化史！1、早期的计算机：算盘人类最古老的计算也许一直是用手指来完成，知道有了最早的计算工具——算盘，它使用起来非常简单和有效。
算盘被广泛地应用于亚洲和欧洲已经有几个世纪了，甚至在今天依然有很多人在使用。
2、穿孔卡片：赫尔曼•霍尔瑞斯机器没有什么比危机更能促发人类的创新能力了。
美国宪法要求每10年进行一次人口普查。
这在1790年仅有不到400万人口的美国比较容易做到的。
但是一个世纪后，美国人口达到了6300万。
当时预测，1890年人口普查还没结束，1900年人口普查和统计又将开始了。
政府为此束手无策，只好有奖征集良方。
赫尔曼•霍尔瑞斯最终获得了胜利，他建议用穿孔卡片记录数据，卡片可以方便地被制表机阅读。
模拟计算机：Nordsieck微分分析仪3、模拟计算机：Nordsieck微分分析仪Arnold Nordsieck在第二次世界大战期间，差不多用700美元装配了一台模拟计算机。
他模仿了20世纪30年代以来的微分分析仪，但是又有着本质的差别。
例如，Nordsieck模拟计算机采用了电气连接，而不是机械轴。
他让机器的重点聚焦在“便捷、简单、可移植性和经济。
”该机器体积小，只需前简单的工程就能满足前三个要求，另外它标价700美元，也符合第四个特性。
4、计算机的诞生：ENIAC1942年，物理学家John Mauchly提出了一种完全电子器件的计算机器。
与此同时，美国军队正需要能够进行复杂计算的弹道分析。
于是他的建议遭到赞成，并获得了资助。
于是，在1943年到1945年间，ENIAC（电子数字积分计算机）被建造出来了。
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计算机图形学的发展简史（3）
- 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…… ；
- 1980年 Whitted 提出了一个光透视模型：Whitted 模型，第一次 给出光线跟踪算法的范例，实现 Whitted 模型；
▪ 科学计算可视化(Scientific Visualization)
▪ 必要性：直接分析大量的测量数据或统计数据有困难；
▪ 目标：用图形表现抽象的数据；
▪ 应用领域：医学图象重建，遥感，流场、气象、核爆模拟， 有限元分析 …
计算机图形学的应用（5）
▪ 真实感图形实时绘制与自然景物仿真
- 计算机中重现真实世界的场景叫做真实感绘制； - 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
▪ 协同设计使企业生产的时空观发生了根本的变化；异地设计、异地制造、 异地装配为企业在市场竞争中赢得了宝贵的时间；
- 基于工程图纸的三维形体重建
▪ 定义：从二维信息中提取三维信息，通过信息进行分类、综合等处理， 在三维空间中重新构造出二维信息对应的三维形体，恢复形体的点、线、 面及其拓扑关系，从而实现形体的重建；
刷新式光栅扫描 显示器
计算机图形学的发展简史（5）
▪ 硬件发展之 ... ...
- 图形输入设备的发展：（五个阶段） ▪ 第一阶段：控制开关、穿孔纸等等; ▪ 第二阶段：键盘; ▪ 第三阶段：二维定位设备，如鼠标、光笔、图形输入板、触 摸屏等等，语音; ▪ 第四阶段：三维输入设备（如空间球、数据手套、数据衣）， 用户的手势、表情等等; ▪ 第五阶段：用户的思维;
计算机图形学的发展与应用
计算机图形学的发展与应用计算机图形学是研究计算机如何生成、处理和显示图像的学科。
它借助计算机技术，通过对几何学、光学、物理学和计算机科学等多个领域的综合应用，实现了对图像的数字化处理和模拟，广泛应用于电影、游戏、虚拟现实、医学影像等领域。
本文将介绍计算机图形学的发展历程以及其在各个领域的应用。
一、计算机图形学的起源和发展计算机图形学最早可以追溯到二战期间，当时美国的飞机设计师们开始利用计算机进行模型的设计和分析。
然而，由于当时计算机的运算速度非常慢，图形学研究的进展非常缓慢。
直到1950年代末和1960年代初，随着计算机硬件的不断发展和提升，计算机图形学开始进入人们的视野。
在1963年，麻省理工学院的计算机科学家Ivan E. Sutherland发表了一篇关于计算机图形学的重要论文《Sketchpad：一种人机图形交互系统》，它被认为是计算机图形学的里程碑。
这篇论文展示了一种基于光笔的绘图技术，用户可以通过直接在屏幕上绘制线条、完成图形设计。
这种互动性的图形界面激发了人们对计算机图形学的兴趣，并成为后来图形界面设计的基础。
随着计算机硬件的进步，计算机图形学的研究越来越深入。
1970年代，出现了第一款使用缓冲区进行图像显示的计算机图形学系统。
这一突破使得计算机图形学的应用范围得以扩大，并使得图像的生成、变换和显示都能够实时进行。
1980年代，计算机图形学的研究进入了一个新的时代，出现了更加复杂的三维建模和渲染技术。
1990年代，计算机图形学逐渐发展成熟，并广泛应用于虚拟现实、游戏和电影等领域。
二、计算机图形学在虚拟现实中的应用虚拟现实是一种模拟的交互式体验方式，通过计算机图形学技术实现对人的感官的模拟，使其感觉自己身临其境。
计算机图形学在虚拟现实中的应用非常广泛，如虚拟现实游戏、虚拟训练和虚拟手术等。
虚拟现实游戏是计算机图形学在娱乐领域的重要应用之一。
通过计算机生成的三维场景和虚拟人物，玩家可以身临其境地参与游戏，享受沉浸式的游戏体验。
计算机图形图像技术发展历史概述
计算机图形图像技术发展历史概述计算机图形图像技术是计算机科学和图形学领域的重要分支，它涵盖了计算机生成的图像、图形处理和图形显示等各个方面。
随着计算机技术的飞速发展，图形图像技术也经历了多个阶段的演进和变革。
本文将对计算机图形图像技术的发展历史做一个概述。
一、1950-1960年代：计算机图形学的起步阶段在计算机诞生的早期阶段，由于计算能力有限，计算机图形学的发展非常有限。
1950年代，人们开始尝试使用计算机生成一些简单的图形，如直线、圆等。
而在1960年代，随着计算机硬件、软件以及算法的不断改进，计算机图形学逐渐得到了更多的关注和发展。
二、1970-1980年代：基础算法的提出与优化在1970年代，Bresenham提出了著名的Bresenham算法，这个算法可以高效地画出一条给定斜率的直线，其被广泛应用于计算机图形学中。
同时，随着处理器速度的提高以及内存容量的增加，计算机图形学得以取得更大的突破。
在1980年代，人们开始研究曲线和曲面的绘制算法，并取得了一定的成果。
三、1990年代：三维图形学的兴起进入1990年代，随着计算机性能的进一步提升，三维图形学逐渐兴起并得到了广泛应用。
同时，图形处理单元（GPU）的问世也推动了三维图形学的发展。
人们能够生成更加逼真的三维模型，模拟现实世界中的光照、材质等效果，为电影、游戏等行业带来了巨大的进步。
四、2000年代：计算机动画技术的突破2000年代，计算机动画技术取得了重大突破。
随着硬件设备和软件工具的不断创新，计算机动画的制作变得更加容易和高效。
人们开始利用计算机生成更加生动、逼真的动画效果，并应用于电影、广告等领域。
此外，虚拟现实技术也在这一时期得到了快速发展，使用户能够沉浸在虚拟的三维环境中。
五、2010年代至今：计算机视觉和人工智能的融合进入2010年代，计算机视觉和人工智能的迅速发展为计算机图形图像技术带来了新的机遇和挑战。
通过人工智能算法的引入，计算机能够更加准确地识别和分析图像中的内容，并进行智能化的图像处理。
计算机图形学发展
计算机图形学发展1计算机图形学的发展简史1950年,第一台图形显示器作为美国麻省理工学院旋风1号)计算机的附件诞生了。
在整个50年代，只有电子管计算机，用机器语言编程,主要应用于科学计算，为这些计算机配置的图形设备仅具有输出功能。
计算机图形学处于准备和酝酿时期，并称之为：“被动式”图形学。
到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，操作者可以用笔在屏幕上指出被确定的目标。
它预示着交互式计算机图形学的诞生。
1962年,MIT林肯实验室的发表了1篇题为“Sketchpad:一个人机交互通信的图形系统”的博士论文,他在论文中首次使用了计算机图形学“ComputerGraphics”这个术语,证明了交互计算机图形学是一个可行的、有用的研究领域，从而确定了计算机图形学作为一个崭新的科学分支的独立地位。
同在60年代早期，法国雷诺汽车公司的工程师PierreBezier发展了1套被后人称为Bezier曲线、曲面的理论，成功地用于几何外形设计,并开发了用于汽车外形设计的UNISURF系统。
20世纪70年代,计算机图形学另外两个重要进展是真实感图形学和实体造型技术的产生。
另外,从1973年开始,相继出现了英国剑桥大学CAD小组的Build系统、美国罗彻斯特大学的PADLI系统等实体造型系统。
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的方法引入到计算机图形学中,用辐射度方法成功地模拟了理想漫反射表面间的多重漫反射效果;光线跟踪算法和辐射度算法的提出,标志着真实感图形的显示算法已逐渐成熟。
从20世纪80年代中期以来,超大规模集成电路的发展,为图形学的飞速发展奠定了物质基础。
计算机的运算能力的提高,图形处理速度的加快,使得图形学的各个研究方向得到充分发展,图形学已广泛应用于动画、科学计算可视化、CAD/CAM、影视娱乐等各个领域。
《计算机图形学》
《计算机图形学》计算机图形学是一门涉及计算机的二、三维图像处理、图像合成、图像识别、图像压缩、图像实时动画与可视化的学科。
它主要研究以计算机的计算能力和处理效率为基础，通过数学模型与算法，实现对图形图像的数字化处理与优化的过程。
计算机图形学广泛应用于游戏、电影、广告、教育、医疗、工程、建筑、机械等领域，是现代数字化世界中的重要组成部分。
一、计算机图形学的发展与历史计算机图形学的历史可以追溯到20世纪60年代，当时计算机刚刚出现，人们开始尝试将计算机应用于图形图像处理领域。
随着计算机技术的不断发展，计算机图形学得到了快速发展。
20世纪80年代和90年代，计算机图形学进入了一个高速发展的阶段，涌现出许多优秀的、广泛应用的计算机图形学算法和技术，如边缘检测、色彩空间变换、图像域滤波等。
二、计算机图形学的基本概念计算机图形学的主要目标是使用计算机生成、编辑、处理、显示和打印图形图像。
图形学的基本概念包括图像、像素、颜色模型、坐标系统、三维模型等。
其中，像素是最基本的图像处理单位，每个像素对应着图像中的一个点。
颜色模型用于表示图像中的颜色，常见的颜色模型有RGB、CMYK 等。
坐标系统用于确定图像中各点的位置和方向，常见的坐标系统有笛卡尔坐标系、极坐标系等。
三维模型是基于三维坐标系的模型，用于描述三维物体的形状和结构。
三、计算机图形学的应用计算机图形学广泛应用于游戏、电影、广告、教育、医疗、工程、建筑、机械等领域。
在游戏领域，计算机图形学是游戏制作必不可少的环节。
它可以用于场景建模、人物建模、动画制作等。
在电影和广告领域，计算机图形学可以用于特效制作、数字合成、虚拟演员等。
在教育和医疗领域，计算机图形学可以用于模拟和可视化，例如手术模拟、医学图像处理等。
在工程和建筑领域，计算机图形学可以用于机械设计、建筑设计等。
在机械领域，计算机图形学可以用于数字化设计、加工和制造。
四、计算机图形学的未来随着计算机图形学技术的不断发展和应用的不断扩展，计算机图形学在数码世界中的应用前景广阔。
CAD及国产CAD发展历史
自主知识产权
国外软件不断并购，与二次开发商形成直接竞争，致使二次开发商生存越来越艰难。例如Autodesk 公司收购了德国的GENIUS机械软件后，一些制造业二次开发商自己的产品逐步退出市场，许多最终成为了 Autodesk的经销商。90年代中后期，一些学校也逐步将自己研究成果商品化，形成了一批国产绘图软件， 如高华CAD，武汉的开目CAD，北航海尔、凯图CAD等。但随着光盘和网络的出现，盗版迅速普及，在盗版的 挤压下，这些产品由于商品化和市场推广等各方面问题大部分逐步退出市场，只有一两家通过低价策略、 教育市场推广勉强存活下来。
12
二次开发
虽然从七五到九五，一些学校和研究单位已经开发了一些CAD通用支撑软件，但在当 时的环境下没有很好地商品化和市场推广。随着国外推出个人电脑上的CAD，国内涌现了一 大批基于国外产品的二次开发商，浩辰就是最早的一批，是92年成立，在AutoCAD平台上开 发专业应用软件。也正是这些二次开发商推动了甩图板的工程，但同时也将国外的产品引入 到中国。
CAD是一个人、机结合的求解系统
具有创造性、 能判断、推理
运算速度快、存储 能力大、绘图精确、 能正确无误的重复 同一操作
人机交互、各有所长 6
CAD的发展史
1946年，第一台电子计算机的问世推动了许多 学科的发展和新学科的建立，其中就包括现代图 形学技术，包括计算机辅助绘图和设计技术。
1959年，美国Calcomp公司研制出的世界上 第一台滚筒式绘图机，使计算机辅助绘图仪 开始代替人工绘图。
15
全面发展
>>标准化 >>……
>>开放化 >>集成化
>>智能化
>> 数字化
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➢ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS，欧洲，成
为二维图形的ISO标准
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提出了著名的简单光照模 型- Phong模型
➢ 生成一些简单图示
➢ 条形图 ➢ 绘图仪 ➢ 显示设备简单
➢ 显示设备价格昂贵，速度很慢
Whirlwind: early graphics using VectorScope (1951)
first CAD system (IBM 1959)
1960’s：萌芽期
➢ 线框图形
➢ 只绘制线段
➢ Sketchpad项目 ➢ 显示处理器 ➢ 存贮设备改进
➢ 1964年MIT的教授Steven A. Coons提出了被后人称为超限插值的 新思想，通过插值四条任意的边界曲线来构造曲面。用小块曲面 片组合表示自由曲面，使曲面片边界上达到任意高阶连续的理论 方法，称孔斯曲面。
➢ 58年提出“CAD”概念 ➢ 图形学最高奖以他名字命名。获得第一届（1983）和第二届(1985) Steven A.
– 1958年美国CALCOMP由联机的数字记录仪发展成滚筒绘 图仪、GERBER把数控机床发展成为平板绘图仪。
– 50年代末期，MIT林肯实验室，在Whirlwind上开发SAGE 空中防御系统，通过光笔在屏幕上指点与系统交互。--标志 着交互式图形技术的诞生。
➢ 在整个50年代，只有电子管计算机，用机器语言编 程，主要应用于科学计算，为这些计算机配置的图 形设备仅具有输出功能。计算机图形学处于准备和 酝酿时期，并称之为：“被动式”图形学。
➢ 为博士论文答辩，制作一部电影，答辩时，边放映，边讲解，大获成功，该 电影广为流传。提出图形学的概念，证明了交互计算机图形学是一个可行的、 有用的研究领域，从而确定了计算机图形学作为一个崭新的科学分支的独立 地位，成就“图形学之父”的英名。提出的交互技术、分层存储符号的数据 结构等至今还在广为应用。
Sketchpad项目
➢ 1962年，MIT林肯实验室的Ivan E. Sutherland发表一篇题为“Sketchpad： 一个人机交互通信的图形系统”的博士论文拉开图形学研究的序幕；
➢ I. E. Sutherland，38年生，美国人，CMU学士、Catech硕士、MIT博士，59 年博士毕业，参军，26岁担任国防部高级研究计划署（DARPA）信息处理技 术局局长(仅中尉衔)，该局曾组织Internet前身ARPANet等重大项目。1964年 起，先后在哈佛、Utah、Catech工作。
➢ 许多新的更加完备的图形系统不断被研制出来。
➢ 除了在军事上和工业上的应用之外，计算机图形学 还进入教育、科研以及事务管理等领域。
➢ 光栅图形学迅速发展 ➢ 图形软件标准化 ➢ 真实感图形学 ➢ 实体造型技术
➢ 工作站与PC机
光栅图形学迅速发展
基于电视技术的光栅扫描显示器出现极大地推动了计算 机图形学的发展。以点阵形式表示图形，使用专用 的缓冲区存放点阵，由视频控制器负责刷新扫描。
1.2 发展历史
1.2.1 历史追溯 1.2.2 硬件发展 1.2.3 软件的发展
1.2.1 历史追溯
➢ 1950’s ➢ 1960’s ➢ 1970’s ➢ 1980’s ➢ 1990’s ➢ 2000’s
1950’s：酝酿期
– 1950年，MIT旋风I号（Whirlwind I)计算机的图形显示器， 类似于示波器的CRT来显示简单图形，主要用于图形输出， 没有交互功能。 --CRT的出现为计算机生成和显示图形提 供了可能，也就是说图形显示器诞生。
➢ 获“图灵”奖、IEEE 计算机杰出成就奖、Coons奖 ➢ Sutherland也是许多图形学基本算法的创始人
Sketchpad项目
SketchPad: first interactive graphics (1961)
Spacewars: first computer graphics game (MIT 1961)
实体造型技术
➢ 1973年，英国剑桥大学CAD小组的Build 系统
➢ 美国罗彻斯特大学的PADL-1系常小，但历史 上它们的来源是不同的。
➢ 工作站：
➢网络连接 ➢交互性
➢ PC机：
➢早期的PC机把帧缓冲区作为内存的一部分
1980’s：普及期
80年代，出现了带有光栅图形显示器的个人计算机和工作站，极 大地促进了计算机图形学的发展。
➢ 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 ➢ 开始出现实用的CAD图形系统
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），北美，但没
Coons 奖的，恰好是Ivan E. Sutherland和Pierre Bézier
➢ 大公司开展大规模研究（通用、AT&T、BELL）
1970’s：发展期
70年代是计算机图形学发展过程中一个重要的历 史时期，计算机图形技术的应用进入了实用化的阶 段。
➢ 交互式图形系统在许多国家得到应用，如美国洛克 德飞机公司用于飞机设计的交互式图形处理系统 （CAD/AM），应用计算机显示技术和交互技术的 时期到来；
➢ 1962年，法国雷诺汽车公司的工程师Pierre Bézier 提出Bézier曲线、 曲面的理论，成功地用于几何外形设计，并开发了用于汽车外形 设计的UNISURF系统。而成为CAGD的先驱。
➢ Bezier与de Casteljau ➢ Beizer的“天上掉下来”－到Forrest的“蓦然回首”
➢ 真实感图形 ➢ 专门硬件的出现
➢ Silicon Graphics公司的geometry engine ➢ 图形流程的VLSI实现