计算机图形学概念总结

1. 计算机图形学研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。

研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门的显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。

3. 计算机图形学的应用

计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）计算机辅助绘图计算机辅助教学（CAI）

办公自动化和电子出版技术（Electronic Publication）计算机艺术在工业控制及交通方面的应用在医疗卫生方面的应用图形用户界面

4.计算机图形系统：计算机硬件+图形输入输出设备+计算机系统软件+图形软件

5. 图形系统的基本功能和计算机图形系统的结构

图形系统的基本功能：

6：典型的图形输入设备：鼠标器、操纵杆、跟踪球、空间球、数字化仪的触笔或手动光标，图形扫描仪数据手套。

7：逻辑输入设备：定位、比划、数值、字符串、选择、拾取设备

8：输入模式：如何管理、控制多种输入设备进行工作。

常用的输入模式：请求（request）采样（sample）事件（event）组合形式

9：图形显示设备：显示器、显示控制器（卡）

10：阴极射线管CRT 从外形上看，CRT为：管颈部分、锥体部分、屏幕部分从结构上看，CRT为：电子枪、偏转系统、荧光屏

余辉时间：从电子束停止轰击到发光亮度下降到初始值的1%所经历时间。

CRT图形显示器包括：随机扫描的图形显示器直视存储管图形显示器光栅扫描的图形显示器

平板显示器包括：液晶显示器等离子体显示板薄片光电显示器发光二极管显示器平板CRT显示器激光显示器

. 分辨率

光点一般是指电子束打在显示器的荧光屏上，显示器能够显示的最小的发光点。

象素点是指图形显示在屏幕上时候，按当前的图形显示分辨率所能提供的最小元素点。１)屏幕分辨率，也称为光栅分辨率，它决定了显示系统最大可能的分辨率，任何显示控制器所提供的分辨率也不能超过这个物理分辨率。

屏幕分辨率=水平方向上的光点数*垂直方向上的光点数

显示分辨率，是计算机显示控制器所能够提供的显示模式分辨率，实际应用中简称为显示模式

存储分辨率是指帧缓冲区的大小，一般用缓冲区的字节数表示。存储分辨率不仅与显示分辨率有关，还与象素点的色彩有关。帧缓存大小的计算：

(x 方向的象素点数*y 方向的象素点数*log2n)/8 (B) （其中：n 为颜色数或灰度等级数）颜色查找表也称调色板，是由高速的随机存储器组成，用来储存表达象素色彩的代码。此时帧缓冲存储器中每一象素对应单元的代码不再代表该象素的色彩值，而是作为查色表的地址索引。

12：造型技术：

图形对象：规则+不规则对象（是否可以用欧式几何来描述）基本图形元素与段：：{图素：是指可以用一定的几何参数和属性参数描述的最基本

的图形输出元素。

体素：是三维空间中可以用有限个尺寸参数定位和定形的体。

段是指具有逻辑意义的有限个图素（或体素）及其附加属性的集合。段一般具有三个特性：可见性、醒目性、可选择性

图形信息又包括：

几何信息：形体在欧氏空间中的位置和大小。

拓扑信息：形体各分量（点、边、面）的数目及其相互间的连接关系。

用户坐标系建模坐标系

观察坐标系规格化的设备坐标系

坐标系直角坐标系仿射坐标系

圆柱坐标系球坐标系

极坐标系

1.空间位置枚举表示

2.八叉树（对空间进行自适应划分，采用具有层次结构的八

叉树来表示实体）（四叉树）3.BSP树

非规则对象的表示

基于分数维理论的随机模型基于文法的模型粒子系统模型

}

区域填充算法：

多边形的扫描转换

1:x扫描线填充算法求交排序配对填充

2：改进算法（Y连贯性算法）：求交点的时候利用增量的方法计算出下一个交点

在排序配对的时候只有在新加入边的时候才进行

为了防止走样：填充的原则左闭右开下闭上开

边表构造以及AET表两个不同的部分x，ymax，1/k、next

算法步骤：(1)初始化：构造边表，AET表置空；(2)将第一个不空的ET表中的边与AET 表合并；(3)由AET表中取出交点对进行填充。填充之后删除y=y max的边；(4)y i+1=y i+1,根据x i+1=x i+1/m计算并修改AET表，同时合并ET表中y=y i+1桶中的边，按次序插入到AET 表中，形成新的AET表；(5)AET表不为空则转(3)，否则结束

4：区域填充把位于给定区域的边界上的象素一一列举出来的方法称为边界表示法。

边界填充算法（Boundary-fill Algorithm）

枚举出给定区域内所有象素的表示方法称为内点表示。

4连通区域8联通区域

改进：通过沿扫描线填充水平象素段，来代替处理4-邻接点和8-邻接点

内-外测试

奇-偶规则交点的奇偶数奇内偶外

非零环绕数规则任意位置p作一条射线。当从p点沿射线方向移动时，对在每个方向上穿过射线的边计数，每当多边形的边从右到左穿过射线时，环绕数加1，从左到右时，环绕数减1。处理完多边形的所有相关边之后，若环绕数为非零，则p为内部点，否则，p是外部点。

属性处理：线宽以及字符等

线宽线刷子与方刷子+线帽

走样及反走样

走样：用离散量表示连续量引起的失真

反走样：用于减少或消除这种效果的技术

处理方法：过取样（supersampling），或后滤波区域取样（area sampling），或前滤波

过取样：简单重叠加权

区域取样：简单重叠加权

二维变化及观察

齐次坐标

图形的几何变换是指对图形的几何信息经过平移、比例、旋转等变换后产生新的图形，是图形在方向、尺寸和形状方面的变换

二维裁剪及裁剪算法：裁剪算法包括：编码裁剪算法中点分割算法（与编码的区别是如何确定边界的交点二分逼近法）

梁友栋算法直线的参数方程

下边的三个点上边的三个点判断这三个点的位置来确定哪一个点为边界点来进行最后填充算法

区域裁剪算法 1. 边界线来切割轮流设置边界表及边表 2. 利用向量的方法判断入点及出点若入点则话，出点的话，找边界上那个离它较近的那个点，画起来

三维观察以及变换和裁剪三维图形的投影变化

平面几何投影主要指平行投影、透视投影以及通过这些投影变换而得到的三维立体的常用平面图形：三视图、轴测图。

观察投影是指在观察空间下进行的图形投影变换。平面几何投影平行投影透视投影

三维的几何变换与二维的不同之处在于多了一维的数字以及在旋转的时候需要注意绕哪一个轴旋转的时候那一个轴的值对应为一 cos sin 但是对于绕y 轴的时候要变

)()(121121y y u y y x x u x x -?+=-?+=平面几何投影平行投影

透视投影正投影斜投影三视图正轴测

斜等测斜二测正等测正二测正三测主视图

侧视图俯视图

一点透视

二点透视

三点透视

图7-3 平面几何投影的分类

-sin cos 化，需要另外对于三维的复合变化时候，需要多次旋转

二维三维观察流程的比较：

???

???????-=10000cos 0sin 00100sin 0cos θθθθRY T

在图形

设备上输出

应用程序到图形的用户坐标

图6-19 两维观察流程

在图形设备上

输出应用程序到图形的用户坐标图7-35 三维观察流程

《计算机英语》教学大纲

《计算机英语》教学大纲 (待定) 课程代码：09111306 课程名称：计算机英语总学时：56 一、课程任务与目的随着计算机技术的迅速发展和广泛应用，计算机在经济和社会发展中的地位日益重要。而国内计算机技术的应用与研究普遍滞后于西方尤其是美、英等发达的资本主义国家。如何才能跟上计算机技术发展与应用的最新水平，并迅速地掌握与利用各种新技术成果为我国的现代化建设服务呢?一个必要的条件就是要能熟练地阅读外文的计算机技术文献、资料和书籍。由于大量的最新研究成果和新产品都是以英文公布于世的。因此，每个从事计算机科学与技术的教学、科研、工程技术及经营管理的人员都必须具有一定的计算机英语水平。(本课程在大学一、二年级基础英语课程结柬后开设，作为专业阅读课)通过本课程的教学，使学生掌握必要的计算机英语基础词汇和基本术语，养成良好的专业阅读习惯，以便融会贯通地运用英语这个工具去帮助解决理论上和实践中所遇到的问题，这就是计算机专业开设计算机英语课程目的和任务之所在。学习本课程的主要目的： (一)介绍计算机技术系最新进展，为专业理论的深入学习提供指导。 (二)使学生掌握基本的系统的计算机专业术语，能阅读关于计算机专业的英文书籍，为进一步学习打下良好的基础。二、阅读大纲 (一)Introduction 1．Organization0f computer system components 2．Type of computer 3．Computer generations (二)Hardware and system concepts 1．Computer codes 2．What is a processsor 3．the storage hierarchy 4．computer—system input／output 5．multiprocessing 6．performance measurement and evaluation (三)Discrete mathmatics 1．mathmatical logic 2．Boolcan algebras 3．graph theory 4．combinational problems (四)Algorithm 1．Algorithm attribute 2．algorithms and complexity

计算机图形学总结

第一章绪论计算机图形学的基本概念计算机图形学：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：计算机图形学的研究对象。构成图形的要素：几何要素——几何属性（点、线、面、体）非几何要素——视觉属性（明暗、灰度、色彩、纹理、透明性、线型、线宽）表示图形的方法：点阵表示；参数表示研究内容计算机中表示图形、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。图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。计算机图形学的应用图形用户界面；计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）；4 科学计算的可视化：CT；真实感图形实时绘制与自然景物仿真；地理信息系统（GIS）；Virtual Reality（虚拟现实、灵境）；事务和商务数据的图形显示；地形地貌和自然资源的图形显示过程控制及系统环境模拟；电子出版及办公自动化；计算机动画及广

告计算机艺术；科学计算的可视化；工业模拟；计算机辅助教学当前研究热点： 1.真实感图形实时绘制 2.野外自然景物的模拟3 与计算机网络技术的紧密结合 4 计算机动画 5 用户接口 6 计算机艺术 7 并行图形处理所熟悉的图形软件包图形软件的标准 GKS (Graphics Kernel System) (第一个官方标准，1977) PHIGS(Programmer’s Herarchical Iuteractive Graphics 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 DirectX (MS) Xlib(X-Window系统) OpenGL(SGI) Adobe公司Postscript CAGD（Computer Aided Geometric Design）图形系统的功能1．计算功能2．存储功能3．对话功能4．输入功能5．输出功能图形输入设备 1 键盘和鼠标 2 跟踪球和空间球 3 光笔 4 数字化仪 5 触摸板 6 扫描仪

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

计算机图形学基础教学大纲

《计算机图形学基础》课程教学大纲一、课程概述（一）基本说明中文名称：计算机图形学基础课程代码：16JS062 总学时/学分：48/3 考核方式：考试适用专业：计算机科学与技术 (二）课程属性 1.课程性质本课程是计算机科学与技术专业选修课，主要介计算机图形学的经典核心体系：图形系统、二维图形生成、几何变换、二维与三维观察、三维对象(实体造型与曲线曲面)、真实感图形技术、交互技术及动画等。通过本课程的学习，有助于学生对计算机图形学原理的理解和图形编程技术的掌握。 2.课程与课程群的联系本课程与《Java程序设计基础》、《C语言程序设计》、《线性代数》等基础课程有着密切的关系，通过本课程的学习，使学生掌握图形方面的基本知识。为了使学生能够顺利完成本课程的学习，在学习本课程之前，需对相关课程（群）有一定的了解和掌握。前修课程：《Java程序设计基础》、《C语言程序设计》、《数据库原理及应用》等，这些课程对本课程学习起着基础铺垫作用。二、教学设计（一）课程设置的主要依据本课程是一门理实融合、教学做一体的理论课程，着眼于满足计算机科学与技术专业对应用型人才需求，遵循“基础/应用”的导向原则，教学内容与教学组织紧紧围绕应用型的计算机科学与技术专业人才培养目标进行设计、选择和实施，以“必需、够用、适度超前”为度，突出打牢理论基础和实践能力培养。在教学过程中，注重创新精神、实践能力和职业道德的培养，倡导探究性学习（或研讨式、案例式、专题式、项目式等），引导学生主动参与教学过程，主动思考、勤于实践、知行合一，逐步培养学生分析解决计算机类项目开发过程中实际问题、沟通交流与团队协作能力。（二）课程设计思路以《Java程序设计基础》、《C语言程序设计》、《线性代数》等课程为基础，紧紧围绕计算机科学与技术专业应用型人才培养目标，准确把握本课程在计算机科学与技术课程群中的定位和作用，以能力为本位，强调打牢基本知识和基本理论基础，强化基本技能训练，充分利用信息化教学平台，打破以知识

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;

图形学场景设计

计算机图形学课程设计报告题目自然场景设计院（系、部）专业班级学号

姓名成绩

1 设计目的与要求 1.1设计题目自然场景设计 1.2 设计目的以小组合作的方式绘制一个自然场景，给绘制的实体添加纹理光照效果，进一步巩固所学知识，提高团队合作能力 1.3 设计要求（1）采用真实感图形学技术设计一个自然场景（2）模拟出水、云、山体等至少三种景物（3）实现场景的漫游（4）对设计出的图像进行光照处理（5）将图片的纹理贴附到物体表面 2 总体设计 2.1 功能简介创建一个900*600的Windows窗口，在窗口中显示冰箱、电灯、茶壶三个实体，根据电灯位置在

地面上绘制个实体的投影；为茶壶添加纹理；利用键盘的方向键控制冰箱旋转，实现场景漫游2.2 功能模块图主初始化实体绘键盘操作函数电灯冰箱茶壶 2.3 软件各模块功能介绍 2.3.1冰箱和茶壶的绘制由四边形拼接出冰箱，通过平移旋转函数放置到指定位置，同时实现茶壶的绘制，在茶壶上添加纹理效果，通过平移旋转变换放置到冰箱上面2.3.2顶灯的绘制

绘制出一个带灯罩的电灯，并且将光源放置在灯泡的位置 2.3.3 设置光照设置光照的各种参数，为场景添加光照效果，让实体具有立体效果 2.3.4 纹理图片生成用数组存储一幅自己设计的纹理图片，方便实体添加纹理效果时的调用 2.3.5 影子生成根据需求为场景中的实体添加阴影效果，使得场景效果更加逼真 2.3.6 法向量设置为场景设置法向量，确保实体在不同的角度都能被看到 3 详细设计及关键代码 3.1 光照模块详细设计 3.1.1 光照设置功能设置光照的各种参数，为场景添加光照效果，让实体具有立体效果 3.1.2 光照设置设计

西安电子科技大学计算机图形学重点总结,缩印必备!

反走样：在光栅显示器上显示图形时，直线段或图形边界或多或少会呈锯齿状。原因是图形信号是连续的，而在光栅显示系统中，用来表示图形的却是一个个离散的象素。这种用离散量表示连续量引起的失真现象称之为走样；用于减少或消除这种效果的技术称为反走样反走样方法主要有：提高分辨率、区域采样和加权区域采样提高分辨率：把显示器分辨率提高一倍，锯齿宽度也减小了一倍，所以显示出的直线段看起来就平直光滑了一些。这种反走样方法是以4倍的存储器代价和扫描转换时间获得的。因此，增加分辨率虽然简单，但是不经济的方法，而且它也只能减轻而不能消除锯齿问题。区域采样方法：假定每个象素是一个具有一定面积的小区域，将直线段看作具有一定宽度的狭长矩形。当直线段与象素有交时，求出两者相交区域的面积，然后根据相交区域面积的大小确定该象素的亮度值。加权区域采样：相交区域对象素亮度的贡献依赖于该区域与象素中心的距离。当直线经过该象素时，该象素的亮度F是在两者相交区域A′上对滤波器进行积分的积分值刚体：平移和旋转的组合，保持线段的长度，保持角的大小，图形不变形，为刚体变化仿射：旋转、平移、缩放的组合为仿射变换，平行边仍然平行，错切变换也为仿射变换较高次数逼近的三种方法：1将y和z直接表示成x的显函数即y=f(x) z=g(x)2用一个形如f(x,y,z)=0的隐式方程的解来表示曲线3曲线的参数表示前两方法缺点：1由一个x值不能得到多个y值；这一定义不是旋转不变的；描述具有与坐标轴垂直的切线的曲线是困难的2给定方程的解可能更多；曲线段做链接时，很难确定他们的切线方向在连接点上是否相等参数表示为什么要选择三做参数：1低于三次的函数控制曲线形状时不够灵活，高于三次的曲线会增加不必要的摆动其增加计算量2三次参数曲线是三维空间中次数最低的非平面曲线3定义高次曲线需要更多条件，这样在交互生成时会造成曲线的摆动而难以控制 G0连续：两条曲线段拼接成一条曲线 G1连续：两条曲线段拼接点处切向量方向相同。若相等（方向、大小）－C1 Gn连续：两条曲线段拼接点处切向量的阶导数方向相同。n阶导数相等－Cn B样条曲线优势：1四点加权求和，调和函数非负且和为1，具有凸壳特性2可证明Qi和Qi+1在连接点处连续3曲线段三次函数，所以整个曲线具有连续4凸壳的对曲线裁剪有用中点生成算法： TBRL中点生成算法：

《计算机图形学》课程教学大纲

《计算机图形学》课程教学大纲课程编号：11090132 课程名称：计算机图形学英文名称：Computer Graphics 学时与学分：2总学时：32实验学时：0课内上机学时：8 先修课程要求：大学数学、工程图学、C语言适应专业：交通设备信息工程参考教材： 1、Donald Hearn，M. Pauline Baker ，Computer Graphics (C Version)，Prentice Hall ，1997; 2、陆润民等，计算机绘图，高等教育出版社(面向21世纪教材)； 3、孙家广等，计算机图形学（第三版），清华大学出版社，1999。课程简介：计算机图形学是关于计算机图形技术的科学，它是研究用计算机生成、处理和输出图形的一门新兴学科，是CAD/CAM技术以及信息化设计、制造及图像处理的重要技术基础。本课程着重研究怎样将工程技术人员获得的数据、几何模型等信息或设计思想用计算机数字化模型和图形表达，是工程技术人员表达和交流设计思想和信息的一门现代化工具课程。一、课程在培养方案中的地位、目的和任务本课程是交通设备信息工程专业应该选修的一门学科基础课。课程的主要目的是培养学生形、数结合的能力和图形程序设计能力，为图形的数学处理、后续课程的学习、图形软件开发打下必要的基础。本课程的主要任务是学习计算机图形学的基本原理和基础知识；学习应用高级语言编制图形程序的基本方法和技能；学习各种基本图形生成算法；学习常用的图形变换和图形处理算法；培养开发图形程序的基本能力。二、课程的基本要求 1、了解计算机图形系统的硬件和软件； 2、了解基本的图形数据结构； 3、掌握常用的图形生成算法； 4、掌握常用的图形几何变换和观察变换方法； 5、了解通用的图形标准； 6、掌握常用的三维对象表达方法； 7、掌握基于一种图形软件包的图形程序设计方法。三、课程的基本内容以及重点难点基本内容： 1、计算机图形学的应用； 2、计算机图形系统； 3、图形标准及图形软件包； 4、输出图元及其属性； 5、二维几何变换及二维观察； 6、三维物体的表达； 7、三维几何和建模变换； 8、三维观察。重点：图形生成、图形变换、图形程序设计。

计算机图形学心得体会

计算机图形学心得体会姓名: 学号: 201203284 班级: 计科11202 序号: 31 院系: 计算机科学学院

通过一个学期的学习，经过老师细心的讲解，我对图形学这门课有了基础的认识，从您的课上我学到了不少知识，基本上对图形学有了一个大体的认识。上课的时候，您的PPT做的栩栩如生，创意新颖的FLASH就吸引了我的眼球，再加上您那详细生动的讲解，就让我对这门课产生了浓厚的兴趣，随着一节一节课的教学，您的讲课更加深深地吸引了我，并且随着对这门课越来越深入的了解更促使我产生了学好这门的欲望。您教会了我们怎们做基本知识，还教了我们不少的算法。听您的课可以说是听得津津有味。以下就是我对计算机图形学这门课的认识。一、图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处理技术上来看图形主要分为两类一类是基于线条信息表示的如工程图、等高线地图、曲面的线框图等另一类是明暗图也就是通常所说的真实感图形。计算机图形学一个主要的目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。为此必须建立图形所描述的场景的几何表示再用某种光照模型计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。所以计算机图形学与另一门学科计算机辅助几何设计有着密切的关系。事实上图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。同时真实感图形计算的结果是以数字图像的方式提供的计算机图形学也就和图像处理有着密切的关系。二、计算机图形学的研究内容非常广泛如图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、非真实感绘制以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。1990年的第11届亚洲运动会上首次采用了计算机三维动画技术来制作有关的电视节目片头。继而以3D Studio 为代表的三维动画微机软什和以Photostyler、Photoshop等为代表的微机二维平面设计软件的普及对我国计算机动画技术的应用起到了推波助谰的作用。计算机动画的应用领域十分宽广除了用来制作影视作品外在科学研究、视觉模拟、电子游戏、工业设计、教学训练、写真仿真、过程控制、平面绘画、机械设计等许多方面都有重要应用如军事战术模拟。三、科学计算可视化它将科学计算过程中及计算结果的数据转换为几何

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。

计算机图形学中英文课程简介

计算机图形学中英文课程简介实施和推进“双语教学”是我国高等教育适应国际化趋势、培养富有创新精神和国际视野的复合型高素质人才的重要举措。在学院领导和相关部门的关心和支持下，计算机图形学课程被推荐选为双语教学课程。计算机图形学课程是国际计算机学科领域的一门主干课程，是国际计算机科学与技术专业本科所开设的必修课程之一。计算机图形学是最令人兴奋并且发展最快的计算机领域之一，已经成为人机交互、可视化、游戏、动画、虚拟/增强现实、计算机仿真、CAD、GIS等共性基础问题。开设本门课程的主要目的是让学生掌握计算机图形学基本内容，为将来的工作和进一步深造打下坚实的基础。充分发挥多媒体教学的作用，初步实现双语教学，突出教学改革目的。让学生了解计算机图形系统的硬件体系结构、软件架构和典型应用。掌握计算机图形学的基本概念、基本原理、基本算法。重点掌握图形在计算机系统内部显示的全过程，包括：扫描转换、几何变换、投影、剪裁、消隐、颜色理论、交互技术、真实感显示。整个教学过程，采用自顶向下的方法，通过对OpenGL图形的编程和初步应用实践活动，逐步引导学生对图形学理论方法和技术的学习和深化。学生在学习该门课程时，最好已经具备以下基本知识和技能：已经掌握基本 C /C++编程能力、基本数据结构、几何数学知识、简单线性算法。教材选用美国原版教材，由新墨西哥大学ANGEL教授所著INTERACTIVE COMPUTER GRAPHICS： A TOP-DOWN APPROACH USING OPENGL (5TH EDITION) 。ANGEL教授自从1997年发布该书第一版以来，一直活跃在计算机图形学领域教学科研第一线。2009该书连续发布到了第5版，被国内外众多大学选为教材和参考书。参考书将采用Addison-Wesley 出版社的The OpenGL Programmer’s Guide (the Redbook中文称为红宝书) 和the OpenGL Reference Manual (The Blue book中文称为蓝宝书)。 Introduction to Computer Graphics Computer graphics has been widely used in human-computer interaction, visualization, game, animation, virtual / augmented reality, computer simulation, computer-aided design (CAD), geographic information system(GIS). The course is an introduction course to computer graphics, which give a broad introduction to Computer Graphics, including software, hardware and applications. A top-down approach will be used in the teaching and studying and OpenGL will be selected as basic programming environment. The prerequisites for the course is that the student should have a good knowledge of programming skills in C (or C++), basic data structures, linked lists, arrays, geometry and simple linear algebra. The outline of course the will be summarized as follows. Part 1: Introduction, Chapter 1, Lectures 1-3, What is Computer Graphics? Applications

计算机图形学复习课总结

绪论 1点阵法和参数法的概念。图形、图像的概念。点阵法是用具有颜色信息的点阵来表示图形的一种方法，它强调图形由哪些点组成，并具有什么灰度或色彩。参数法是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。通常把参数法描述的图形叫做图形（Graphics）把点阵法描述的图形叫做图象（Image） 2 计算机图形学的概念？计算机图形学是研究怎样用计算机表示、生成、处理和显示图形的一门学科。 3图形包括哪两方面的要素，试举例说明。图形包括两方面的要素，其中有几何要素和非几何要素 1. 几何要素：点，线，面，体等； 2. 非几何要素：明暗，灰度，色彩等 4一个交互性的图形系统具有哪些功能？ 5个功能：输入功能、存储功能、计算功能、输出功能和交互功能 5图形输出设备包括什么？常用的图形绘制设备有哪两种？图形输出设备包括图形显示设备和图形绘制设备，常用的图形绘制设备有打印机和绘图仪。 6与计算机图形学相关的学科有哪些？各自研究的内容是什么？

计算机视觉：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图像处理：对图象进行各种加工以改善图象的视觉效果 C语言程序基础（课件中p17, p55-59，常用画图函数） 1已知画“王”的C语言程序（如下），要求改编一个画“田”字的程序，该字的字高和字宽均为50，字的左上角点坐标为（60, 80）。 #include "graphics.h" #include "conio.h" main() { int gdriver=DETECT,gmode; int x,y; initgraph(&gdriver,&gmode,“”); /*初始化图形系统*/ cleardevice(); /*清除图形屏幕*/ moveto(100,40); /*绝对移动光标*/ linerel(40,0); /*从当前位置按增量方式画线*/ x=getx(); y=gety(); moveto(x,y+20); linerel(-40,0); moverel(0,20); /* 以增量方式移动当前光标*/ linerel(40,0); moverel(-20,0); linerel(0,-40); getch(); closegraph(); /*关闭图形系统，返回文本模式*/ } 2画一个填充颜色的圆（画一个填充颜色的矩形，已知矩形的左下角（0,20），右上角坐标为（100,120）），圆心坐标（60,60），半径100，要求背景色为1号色（blue），圆的边界色为红色，填充色为Green，（函数：circle floodfill） #include "graphics.h"

计算机图形学发展

计算机图形学的发展 1963年，伊凡?苏泽兰(Ivan Sutherland)在麻省理工学院发表了名为《画板》的博士论文，它标志着计算机图形学的正式诞生。至今已有三十多年的历史。此前的计算机主要是符号处理系统，自从有了计算机图形学，计算机可以部分地表现人的右脑功能了，所以计算机图形学的建立具有重要的意义。近年来，计算机图形学在如下几方面有了长足的进展： 1、智能CAD CAD 的发展也显现出智能化的趋势，就目前流行的大多数CAD 软件来看，主要功能是支持产品的后续阶段一一工程图的绘制和输出，产品设计功能相对薄弱，利用AutoCAD 最常用的功能还是交互式绘图，如果要想进行产品设计，最基本的是要其中的AutoLisp语言编写程序，有时还要用其他高级语言协助编写，很不方便。而新一代的智能CAD 系统可以实现从概念设计到结构设计的全过程。例如，德国西门子公司开发的Sigraph Design软件可以实现如下功能：（1）从一开始就可以用计算机设计草图，不必耗时费力的输入精确的坐标点，能随心所欲的修改，一旦结构确定，给出正确的尺寸即得到满意的图纸；（2）这个软件中具有关系数据结构，当你改变图纸的局部，相关部分自动变化，在一个视图上的修改，其他视图自动修改，甚至改变一个零件图，相关的其它零件图以及装配图的相关部分自动修改：（3）在各个专业领域中，有一些常用件和标准件，因此，

希望有一个参数化图库。而Sigraph不用编程只需画一遍图就能建成自己的图库；（4）Sigraph还可以实现产品设计的动态模拟用于观察设计的装置在实际运行中是否合理等等。智能CAD的另一个领域是工程图纸的自动输入与智能识别，随着CAD技术的迅速推广应用，各个工厂、设计院都需将成千上万张长期积累下来的设计图纸快速而准确输入计算机，作为新产品开发的技术资料。多年来，CAD 中普遍采用的图形输入方法是图形数字化仪交互输入和鼠标加键盘的交互输入方法．很难适应工程界大量图纸输入的迫切需要。因此，基于光电扫描仪的图纸自动输入方法已成为国内外CAD工作者的努力探索的新课题。但由于工程图的智能识别涉及到计算机的硬件、计算机图形学、模式识别及人工智能等高新技术内容，使得研究工作的难点较大。工程图的自动输入与智能识别是两个密不可分的过程，用扫描仪将手绘图纸输入到计算机后，形成的是点阵图象。 CAD 中只能对矢量图形进行编辑，这就要求将点阵图象转化成矢量图形。而这些工作都让计算机自动完成。这就带来了许多的问题。如（1）图象的智能识别；（2）字符的提取与识别；（3）图形拓扑结构的建立与图形的理解；（4）实用化的后处理方法等等。国家自然科学基金会和863计划基金都在支持这方面的研究，国内外已有一些这方面的软件付诸实用，如美国的RVmaster，德国的VPmax，以及清华大学，东北大学的产品等。但效果都不很理想，还未能达到人们企盼的效果。 2 计算机美术与设计 2．1 计算机美术的发展