计算机图形学与GIS图形系统开发
GIS原理
Gis定义由计算机硬件，软件和不同的方法组成的系统，该系统设计来支持空间数据的采集，管理，处理，分析，建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。
GIS的基本构成：系统硬件，系统软件，空间数据，应用人员，应用模型空间数据：具体描述地理现象的空间特征，属性特征和时间特征应用人员：包括系统开发人员和地理信息系统的最终用户基本理论：地理信息系统死传统科学与现代技术相结合而诞生的边缘学科，因此它明显地体现出多学科交叉的特征。
这些交叉学科的基础理论同样构成地理信息系统的基础理论体系。
这些学科包括地理学，地图学，数学，计算机科学以及一切与获取，处理和分析空间数据有关的学科。
地理学：中的空间分析方法历史悠久，而空间分析正是地理信息系统的核心，地理学作为地理信息系统的理论依托，为地理信息系统提供引导空间分析的方法和观点测绘学：及其分支学科，如大地测量学，摄影测量学，地图学等，不但为地理信息系统提供高精度的空间数据，而且其中的误差理论，地图投影理论，图形理论及其相关的算法等，可直接用于地理信息系统空间数据的处理，保证空间数据的精度和质量，以及地理信息系统产品的开发地理信息系统也是地理空间数据与计算机科学相结合的产物，数据结构与数据库的原理为地理信息系统数据的组织，存储，检索和维护提供了信息模型和数据管理的方法论，使得各种形式的空间数据能够在计算机中表示。
计算机图形学原理是地理信息系统图形输出的理论依据。
GIS空间数据分类数据来源：1地图数据2影像数据3文本数据数据结构：1矢量数据2栅格数据数据特征：1空间定位数据2,非空间地位数据发布形式：1数字线画图数据2数字栅格图数据3数字高程模型数据4数字正射影像数据空间数据的基本特征：1空间特征2属性特征3时间特征栅格数据：是将空间分割成有规则的网格，在各个网格给出相应的属性值来表示空间实体的一种数据组织形式。
优缺点：表达地理要素较为直观，容易实现多层数据的叠合操作，便于与遥感图像及扫描输入数据相匹配使用等。
计算机图形学课件
光照与材质的应 用：实时渲染、 离线渲染、混合 渲染等
渲染技术：光栅化、光线追 踪、纹理贴图等
动画技术：关键帧动画、骨 骼动画、物理动画等
实时渲染：游戏、虚拟现实 等应用场景
离线渲染：电影、动画等应 用场景
计算机视觉：图像处理、模式识别、 机器学习等
计算机视觉与图形学的关系：相互 促进，共同发展
游戏：3D游戏、虚拟现实、 增强现实
设计：建筑设计、工业设计、 平面设计
地理信息：GIS、地图绘制
教育：在线教育、虚拟实验 室
颜色模型：RGB、CMYK、HSV等 颜色空间：RGB空间、HSV空间等 图像格式：JPEG、PNG、GIF等
图像压缩：有损压缩、无损压缩等 图像处理：缩放、旋转、裁剪等 图像渲染：光照、阴影、反射等
添加标题
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图形学：几何建模、渲染、动画等
计算机视觉与图形学的应用：虚拟 现实、增强现实、自动驾驶等
虚拟现实（VR）：通过计算机模拟产 生一个三维空间的虚拟世界，提供用 户视觉、听觉甚至触觉的模拟效果。
增强现实（R）：通过计算机技术将虚 拟信息叠加到现实世界中，实现虚拟 与现实的融合。
直线的绘制方法：DD算法、 Bresenhm算法等
曲线的绘制方法：贝塞尔曲线、 NURBS曲线等
直线与曲线的抗锯齿处理：超 采样、MS等
直线与曲线的填充处理：扫描 线填充、边界填充等
填充技术：单色填充、渐变填充、纹理填充等 描边技术：线宽、线型、线色等 填充与描边的结合：实现丰富的视觉效果 应用领域：广告设计、游戏开发、网页设计等
图形硬件：包括显卡、显示器、输入设备等 图形软件：包括图形操作系统、图形应用程序等 图形处理单元（GPU）：专门用于处理图形数据的硬件 图形处理软件：如Phoshop、Illustrr等，用于创建和编辑图形图像
计算机图形学
计算机图形学
，简称CG，是研究计算机图像处理和图像显示技术的一门学科。
它涉及到从算法到图像的相关实现技术。
它是一门交叉学科，涉及到数学、物理、计算机科学、工程、心理学等多个领域。
的发展历程可以追溯到20世纪50年代。
在这个时期，由于计算机的发展，人们开始将计算机作为处理数字图像的工具。
最初，人们使用计算机来数字化图像，但由于计算机的计算速度很慢且存储容量很小，无法处理大量的数据。
这时，人们开始研究如何利用计算机实现快速有效的图像处理和显示技术，逐渐形成了今天的。
涉及到几何处理、光学物理、色彩学、物理学、图像处理和计算机科学等多个学科。
它的研究方向很广泛，在CAD设计、游戏开发、虚拟现实等领域都有巨大的应用价值。
例如今天的3D电影、游戏、动画等都是在的基础上实现的。
的一个重要问题是如何构建真实感图像。
这需要涉及到光线的传播、反射、折射等物理现象，以及光源、材质、纹理和阴影等
概念。
为了实现真实感图像，人们发展了许多算法和技术，包括光线跟踪、光线追踪、全局光照等技术。
此外，还涉及到模型构建、动画生成等研究。
例如在CAD设计中，人们使用模型构建技术来创建各种复杂的机械部件、汽车、建筑等模型。
在动画生成中，人们使用动画序列技术来模拟各种动态的过程，例如游泳、跑步、跳舞等。
总之，是一个极具挑战性和创新性的领域，它的研究成果已经广泛应用到游戏、影视、工程、航天、医学等领域。
随着计算机性能的不断提升和算法技术的不断更新，必将迎来更加广阔的发展空间。
2024版计算机图形学基础
01计算机图形学概述Chapter计算机图形学的定义与发展定义发展历程影视特效游戏开发工业设计建筑设计虚拟现实计算机科学数学物理学美学02图形显示原理与设备Chapter光栅扫描显示原理矢量扫描显示原理三维图形显示原理030201阴极射线管显示器（CRT）01液晶显示器（LCD）02等离子显示器（PDP）0301020304分辨率色域覆盖率刷新率对比度和亮度图形显示设备的性能指标03基本图形生成算法Chapter直线的生成算法DDA算法通过计算直线上的每一个点的坐标来生成直线，适用于任意斜率的直线。
Bresenham算法通过决策参数的选择，在每一步选择离理想直线最近的像素点，适用于斜率在0到1之间的直线。
中点画线法通过计算直线与像素网格的交点，选择离交点最近的像素点，适用于任意斜率的直线。
圆的生成算法八分法中点画圆法Bresenham画圆法其他基本图形的生成算法椭圆的生成算法01多边形的生成算法02曲线的生成算法0304图形变换与裁剪Chapter01020304将图形在平面上沿某一方向移动一定的距离，不改变图形的形状和大小。
平移变换将图形绕某一点旋转一定的角度，不改变图形的形状和大小。
旋转变换将图形在某一方向上按比例放大或缩小，不改变图形的形状。
缩放变换将图形关于某一直线或点进行对称，得到一个新的图形。
对称变换将三维物体在空间中沿某一方向移动一定的距离，不改变物体的形状和大小。
将三维物体绕某一轴旋转一定的角度，不改变物体的形状和大小。
将三维物体在某一方向上按比例放大或缩小，不改变物体的形状。
将三维物体关于某一平面进行对称，得到一个新的物体。
平移变换旋转变换缩放变换对称变换图形裁剪算法Cohen-Sutherland裁剪算法通过计算直线与裁剪窗口边界的交点，将直线裁剪到窗口内。
Liang-Barsky裁剪算法通过参数化直线方程，利用参数的范围来判断直线与裁剪窗口的相交情况，并进行裁剪。
Weiler-Atherton裁剪算法适用于多边形裁剪，通过求多边形与裁剪窗口的交点，将多边形裁剪到窗口内。
《计算机图形学》课件
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
GIS专业《计算机图形学》课程建设与改革初探
三、 下一步建设举措 尽 管我校 《 财务 分析 》 程建设 取得 了部分成 效 ， 课 但是， 目前还存在着许多需要进一步 改进的地方 ， 师 如
３ ． 内容体系修订和完善。 课程 在现有课程建设 的基 础上 ， 本着 “ 理论前沿 和实践 技能” 相结合 的教学原则 ， 加强财务会计学科基 础知识 、热点 问题 和前 沿 问题 的 教学 ，不断完 善课 程资料库建设 ，形 成 比较合理 的教 材、 专题 阅读材料和财务分 析技能相结合 的内容体系 。
１ ． 财务分析师资的培养。 依据２０ 年新实施 的培养 ０９ 方案 ，财务分析 同时成 为了财务管理 和会计 学专业 的 专业核心课程 。与此 同时 ， 财务分析同时是我校新近成 功 申报 的会计专业和 资产评 估专业硕士 的核 心课 程 以
及ＭＢ 的专业选修课 程。在此局面下 ， Ａ 财务分析课程组 的师资力量显得尤其薄弱 ， 因此 ， 进一步加大 师资队伍 建设成为我们 下一步建设 的重点 。 ２ ． 团队的管理运行机制。 完善 强化团队的激励约束 机制 ， 加大教 学 、 研奖励 的力度 ， 科 调动 团队教 师进行 教学科研 的积极性 ， 同时加强教师 的职业 道德教育 ； 加 强 团队教师 的 日常教 学管理 ，并按教学 管理规范要求 完备 、 完善各种教学文件 。
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。
计算机图形学简介及未来应用和发展方向
计算机图形学简介及未来应用和发展方向姓名: 王清晓专业班级: 信计试点10学号: 201011011114摘要：客观世界的事物是多姿多彩的，而呈现的往往是他们的外观，通过外观人们进一步研究他们。
以图片的表现形式展示信息成为一种很直接的表现形式，与其他的表现形式相比，图形更容易记忆并且为人们所理解，能更加直观的表现出来。
随着科技发展，人们开始用计算机来处理图形信息，计算机图形学因此诞生，随即成为一个人们探索的一个新的领域。
一．计算机图形学起源1950年，麻省理工学院的显示器显示了简单的图形。
交互式图形终端随之诞生。
在20实际50年代，计算机还不适应交互式使用，计算机图形学发展缓慢，那时的计算机主要用于大量数据的冗长的数据计算，50年代末期，交互式计算机诞生，随即计算机图形学开始走进人们的视野。
这一时期计算机图形学得到了史无前例的飞速发展。
1962年麻麻省理工学院的Ivan E.sutherland发表了题为“人—机图形通信系统”的论文，向人们证实了图形显示是一个极其具有生命力有前途的研究领域。
60年代中期，计算机图形学进入了发展的黄金年代。
70年代计算机图形学发展大有收获，这些技术广泛应用到了计算机辅助设计，事务管理，过程控制，教育等诸多领域。
20世纪90年代以来，科学计算的可视化，虚拟现实环境的应用又向计算机图形学提出了诸多问题，使得三维及多维图形学在真实性和实时性方面有了巨大的发展。
计算机图形学是人机交互最有效的最通俗的手段。
计算机图形的显示对用户有强大的吸引力，直观清晰的特性拓展了其应用范围。
集成电路的发展为图形学提供了坚强的硬件支持，图形学也使得硬件的工作效率大幅度提高。
这一学科必将继续且长期持续发展。
二：计算机图形学简介随着计算机技术的快速发展，涉及到图形学的方面越来越多，应用也变得越来越深入，比如卫星照片的处理，汽车零部件的图形显示等等。
经过多年的发展，逐渐形成了多个与图形学相关的分之科学，计算机图形学，图像处理和模式识别就是其代表。
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①设施的空间数据，用来描述空间地理位置信息的数据， 如空间坐标位置、图形数据；
②对象的属性数据，如建筑的基础、状况信息以及图像 数据等。
属性数据
空间数据
1、空间数据分析
学校 医院 景点
建筑区
车站
政府机构
河流
公路
绿地
铁路
房 地 产
石 油 矿 产
专题GIS应用
三、基本功能设计
基础GIS系统
GIS基本功能
GIS专题功能
GIS数据管理
图 形 放 大
图 形 缩 小
图 形 漫 游
鹰 视
测 量
选 择
图 层 管 理
专 题 呈 现
专 题 跟 踪
专 题 定 位
专 题 分 析
空 间 数 据 维 护
属 性 数 据 维 护
四、空间数据与属性数据
III.开发方式
一、开发方式选择
独立开发: 不依赖于任何GIS工具软件。
单纯二次开发: 指完全借助于GIS工具软件提供的开发 语言进行应用系统开发。
集成二次开发: 指利用专业的GIS工具软件，如ArcView、 MapInfo等，实现GIS的基本功能，以通 用软件开发工具尤其是可视化开发工具， 如Delphi、Visual C++、Visual Basic、 Power Builder等为开发平台，进行二者 的集成开发 。 OLE/DDE GIS控件
GIS图形系统开发
计算机图形学应用与开发
内容提要
GIS图形系统案例分析 GIS图形系统整体设计 GIS图形系统开发方式 总结
I.GIS图形系统案例
功能特点： 放大、缩小、平移、整图、尺标、图层、图例
查询定位
自驾导航、公交车导航
数据特点
标注 市区 道路
水系与绿地
铁路
规划开发活动 满足可用性需求
数据准备与环境配置
基于用户评估与发行
系统框架搭建与GIS 组件应用
功能程式设计与测式
IV.总结
想一想？
明晰普适性平台与专业应用结合
数据规范与编码定义 数据组织与系统开发要有明确定位
工具选择应充分考虑开发模式
Thank you
MapX的特征2
选择 可在地图上拖动鼠标以在圆、矩形或特定的点上选择一个或多个对象 或记录以供分析； 对象库 可以使用FeatureFactory对象，创建、联接或删除点、线、区域图形对 象； 工具 使用MapX的标准工具或根据需要自己创建的自定义工具，用户可通过 点击或拖拽对地图直接进行操作； 地图编辑 允许用户添加、修改、删除地图上的文本、编辑区域、点等特殊对象； 远程空间数据服务器 可以访问存储在Oracle8i 和MapInfo SpatialWare中的远程地图数据。空 间数据服务器如SpatialWare和Oracle8i等都提供了先进的查询处理能力 ， 提高了空间数据组织的性能。将空间数据存储到关系型数据库中，可 以增加应用程序的灵活性，同时也要求在地图编辑和大数据集方面做 更多的工作。
由于独立开发难度太大，单纯二次开发受GIS工具提供 的编程语言的限制，因此结合GIS工具软件与当今可视化 开发语言的集成二次开发方式就成为GIS应用开发的主流。 它的优点是既可以充分利用GIS工具软件对空间数据 库的管理、分析功能，又可以利用其它可视化开发语言具 有的高效、方便等编程优点，集二者之所长，不仅能大大 提高应用系统的开发效率，而且使用可视化软件开发工具 开发出来的应用程序具有更好的外观效果，更强大的数据 库功能，而且可靠性好、易于移植、便于维护。 尤其是使用OCX技术利用GIS功能组件进行集成开发， 更能表现出这些优势。
政府部门
GIS系统 派出机构
城 市 规 划 交 通 运 输 公 共 安 全 天 燃 气 管 道 自 来 水 管 道 电 力
社会公众
电 信
系统组成框架图
GIS管理系统
基础GIS系统 行业管理系统 信息呈现
公 共 பைடு நூலகம் 通
商 贸 市 场
旅 游 娱 乐
医 医 疗 卫 生
邮 政 电 信
金 融 保 险
农 林 畜 牧
文 文
火车站 中医院 四医院
市委
一医院
彩灯公园
河 溪 釜
6、空间数据与属性数据联接
属性数据 文件头 字段数 字段1说明 … 字段n说明 图元数据描述： 图幅区域 图幅说明 图上实体描述 … .Tab文件 文件头 字段定义 记录1 记录2 ... 记录n ... .Dat文件 索引1 索引2 ... 索引n ... .ID文件 空间数据 文件头 点，记录号，坐标 线，记录号，坐标，线型 面，记录号，边界，填充 ... 图例，颜色，大小 拐点数和坐标信息 .MAP文件
2、对象表达方式
空间地物
点状地物
线状地物
面状地物
复杂地物
电 视 塔
桥 梁
车 站
道 路
水 管
电 力 线
建 筑 物
公 湖 园
矿 山
大 县 学
3、空间数据图例化
路网
河流
小区
文文
4、空间数据合成
钟云山 川理工 釜溪职中
文 文
火车站 中医院 四医院
市委
一医院
彩灯公园
河 溪 釜
5、专用图层（管道等）
钟云山 川理工 釜溪职中
II. GIS图形系统整体设计
一、总述
为全面提升管理水平，不少省市把信息化建设作为发展的 重点，其中以地理信息系统为基础，搭建综合型信息平台是一 种极为有效的方式。
二、设计总体框架
地理信息系统是一个以图形开发利用为平台，覆盖管理 各方面的信息管理系统，一般按不同应用进行划分。
数空 据间 库
数属 据性 库
SQL Server 零件ID 零件名称 零件型号 零件规格 …
空间数据表
空间数据与属性数据库互联：
零件ID
7、空间数据经纬度匹配
（1）GPS简介
GPS系统有21颗工作卫星，平 均配置在6个轨道上。卫星发 射用伪随机码（伪码）调制的 二种频率（L1、L2）的信号， L1 ＝ 1575.42MHz ， L2 ＝ 1227.6MHz。用户设备用测量 到几颗卫星的距离的方法，来 确定观察点的位置。它能连续 提供三维位置（经度、纬度、 高度）、三维速度和时间，实 现近乎实时的导航定位。双频 发射是为了供用户设备消除电 离层对传播的影响。
MapX的特征3
栅格图象 采用栅格图象作为地图的基础图层可使其它图层有一个更细致的背 景； 自动标记 自动在地图上加入标记，同时标记属性和显示.
二、开发语言选择
PB
MapX组件开发
GIS应用
.NET
要求：（1）简单，容易上手；
（2）功能强大，具有普适性；
（3）开发结果易于撑控。
三、开发过程（VB中开发过程）
（3）经纬度匹配
GPS位置采积点
GPS位置采积点 GPS位置采积点
GPS位置采积点
GPS位置采积点
GPS位置采积点
（4）经纬度获取
经度：120.011 纬度：29.211
7、数据来源
数据编辑
关键字连接 非空间数据 空间数据
输入文件
手工数字化
矢量化
空间非空间连接
检查、建立识别符
属性数据库 矢量数据库
MapX的特征1
专题地图 将数据库表中的特定值赋给地图对象的颜色、图案或符号从而创建不 同的专题地图；可创建范围值、等级符号、点密度、独立值、直方 图和饼图6种方式的专题地图； 可深入的地图 通过简单的点击方式可浏览与地图对象相连的数据信息； 数据绑定 地图可通过嵌入OCX的容器与数据库相连，并提供了几种不同的数 据绑定方式包括ZIP Code-level地理编码法； 注解 可提供方向、加亮显示特殊数据，还可加入文本、符号、表格使地图 信息更加丰富直观； 图层 显示和控制图层的缩放、使用或创建无缝地图、还可支持一些特殊的 应用，比如用于实时跟踪的活动图层和可绘制特殊图形的用户自定 义图层（如logo图案）。
（2）GPS伪码
伪码有P码、Y码、C/A码 三种。P码（或Y码）信号， 定位精度高 、保密性好， 仅供美军和特许用户使用 ， 实时定位精度约为 10米。 C/A码信号，供一般用户使 用，定位精度将受到控制， 计 划 限 制 在 100 米 （ 2drms ） 范围。为了能获得更好的 定位精度 ，已经相继采取 了一些措施。 例如，C/A码采用差分GPS技术，可以达到米级的定位精度； 供测地用的采用无码技术的用户设备，可以达到厘米级的相 对定位精度。