计算机图形学01绪论资料
计算机图形学
曹晓阳
2019/9/9
1
教学要求
了解图形系统的框架及其涉及的软件、 硬件技术；
了解图形学的基本问题，掌握图形学的 基本概念、方法与算法；
对与图形相关的应用及当前的研究热点 有一个初步认识；
具有一定实践体会和相关的编程能力。
2019/9/9
2
参考书：
主要参考书： 孙家广：计算机图形学（第三版），清华大学出版
构成图形的要素
几何要素：刻画形状的点、线、面、体等几 何要素
非几何要素：反映物体表面属性或材质的灰 度颜色等非几何要素。
如，球体。
2019/9/9
7
表示图形的方法
①点阵法。枚举出图形中所有的点来表 示图形，强调图形由点构成，及其点的 属性（颜色）：通常称为像素图或图象。
②参数法：由图形的形状参数和属性参 数来表示图形，简称图形。
形状参数：方程或分析表达式的系数， 线段的端点坐标等。
属性参数：颜色、线型等。
2019/9/9
8
图形与图象
两个概念间的区别越来越模糊 区别：
图象纯指计算机内以位图(Bitmap)形式存在 的灰度信息
图形含有几何属性，或者说更强调场景的几 何表示，是由场景的几何模型和景物的物理 属性共同组成的
图形主要分为两类：
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－线条图
明暗图(Shading)，也就是通常所说的真 实感图形（类似照片）。
2019/9/9
6
什么是图形
图形：计算机图形学的研究对象
能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对 象
包括自然景物、拍摄到的图片、用数学方法 描述的图形等等
主要目标：更逼真的表达、更快捷的方法、 更方便的交互
2019/9/9
12
与计算机图形学相关的学科：1.CAGD （Computer Aided Geometric Design） 计算机辅助几何设计
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。主要研
生成视图不需要复杂的计算
5. 自 然 景 物 的 表 示 很 困 难－参数方程
自 然 景 物 的 表 示 不 困 难－拍照
6. 国 际 标 准 ： GKS,PHIGS,OpenGL, 国际标准：
WMF,VRML; CGM,STEP,
JBIG,JPEG,IPI/IIF;TIFF
7. 编辑软件(绘图软件):
digital image
假想的或
概念上的
景物
image analysis (recognition)
playback (reconstruction)
现实的景物
image digitizing (image capturing)
计算或测量
得到的大量
数据
Visualization in Scientific Computing (VISC)
编 辑 软 件 (图 象 处 理 软 件 )：
AutoCAD,CorelDRAW
Photoshop,Photostyler
2019/9/9
10
Graphics 与 Image 的关系
绘制 (image synthesis)
Image processing
modeling
graphics model
社，1999 。 Donald Hearn, M. Pauline Baker ,“Computer
Graphics (C Version)”, Prentice Hall , 1997. James D. Foley, Andries van Dam etc.,
“Introduction to Computer Graphics”, AddisonWesley, 1996 Siggraph 期刊
2019/9/9
14
3.计算机视觉和模式识别
图形学的逆过程，分析和识别输入的图像并从 中提取二维或三维的数据模型（特征）。手写 体识别、机器视觉。
2019/9/9
15
与相关学科的关系
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 （计算机视觉和模式识别）
模型变换 （CAGD）
可视的图象
2019/9/9
11
图形学研究内容和方法
modeling + Rendering via I/O modeling : 构造实体（2D, 3D）； rendering: 使3D物体看起来更象； 各种输入输出（图形）设备
客观和主观实体的计算机表示 真实的， 虚拟的，
究曲线、曲面的表示、生成、拼接、数据拟合。与
计算机图形学的侧重点不同。
2019/9/9
13
2.图象处理（易混淆）
研究如何对一幅连续图像取样、量化以产生数字 图像，如何对数字图像做各种变换以方便处理，
如何滤去图像中的无用噪声，如何压缩图像数据 以便存储和传输，图像边缘提取，特征增强和提 取。
2019/9/9
9
Graphics与Image的对比
graphics
image
1. 数据量很少
数据量很大
2. 有结构，便于编辑修改
无结构，不便于编辑修改
3. 能 准 确 表 示 3D 景 物 ，易 于 生 成 所需 的 3D 景 物的 信 息 巳 部 分 丢 失 ，很 难 生
不同视图
成不同的视图
4. 生成视图需要复杂的计算
2019/9/9
16
发展特点
交叉、界线模糊、相互渗透 从国际会议SIGGRAPH可知
2019/9/9
17
1.2 发展历史
历史追溯 硬件发展
图形显示器的发展 图
18
历史追溯
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
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
2019/9/9
3
第一章 绪论
1.1 研究内容 1.2 发展历史 1.3 计算机图形学的应用及研究前沿
2019/9/9
4
1.1 研究内容
图形学所研究的内容何谓图形 构成图形的要素 图形在计算机中的两种表示法
2019/9/9
5
什么是计算机图形学
定义：
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。
曹晓阳
2019/9/9
1
教学要求
了解图形系统的框架及其涉及的软件、 硬件技术；
了解图形学的基本问题，掌握图形学的 基本概念、方法与算法；
对与图形相关的应用及当前的研究热点 有一个初步认识；
具有一定实践体会和相关的编程能力。
2019/9/9
2
参考书：
主要参考书： 孙家广：计算机图形学（第三版），清华大学出版
构成图形的要素
几何要素：刻画形状的点、线、面、体等几 何要素
非几何要素：反映物体表面属性或材质的灰 度颜色等非几何要素。
如，球体。
2019/9/9
7
表示图形的方法
①点阵法。枚举出图形中所有的点来表 示图形，强调图形由点构成，及其点的 属性（颜色）：通常称为像素图或图象。
②参数法：由图形的形状参数和属性参 数来表示图形，简称图形。
形状参数：方程或分析表达式的系数， 线段的端点坐标等。
属性参数：颜色、线型等。
2019/9/9
8
图形与图象
两个概念间的区别越来越模糊 区别：
图象纯指计算机内以位图(Bitmap)形式存在 的灰度信息
图形含有几何属性，或者说更强调场景的几 何表示，是由场景的几何模型和景物的物理 属性共同组成的
图形主要分为两类：
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－线条图
明暗图(Shading)，也就是通常所说的真 实感图形（类似照片）。
2019/9/9
6
什么是图形
图形：计算机图形学的研究对象
能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对 象
包括自然景物、拍摄到的图片、用数学方法 描述的图形等等
主要目标：更逼真的表达、更快捷的方法、 更方便的交互
2019/9/9
12
与计算机图形学相关的学科：1.CAGD （Computer Aided Geometric Design） 计算机辅助几何设计
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。主要研
生成视图不需要复杂的计算
5. 自 然 景 物 的 表 示 很 困 难－参数方程
自 然 景 物 的 表 示 不 困 难－拍照
6. 国 际 标 准 ： GKS,PHIGS,OpenGL, 国际标准：
WMF,VRML; CGM,STEP,
JBIG,JPEG,IPI/IIF;TIFF
7. 编辑软件(绘图软件):
digital image
假想的或
概念上的
景物
image analysis (recognition)
playback (reconstruction)
现实的景物
image digitizing (image capturing)
计算或测量
得到的大量
数据
Visualization in Scientific Computing (VISC)
编 辑 软 件 (图 象 处 理 软 件 )：
AutoCAD,CorelDRAW
Photoshop,Photostyler
2019/9/9
10
Graphics 与 Image 的关系
绘制 (image synthesis)
Image processing
modeling
graphics model
社，1999 。 Donald Hearn, M. Pauline Baker ,“Computer
Graphics (C Version)”, Prentice Hall , 1997. James D. Foley, Andries van Dam etc.,
“Introduction to Computer Graphics”, AddisonWesley, 1996 Siggraph 期刊
2019/9/9
14
3.计算机视觉和模式识别
图形学的逆过程，分析和识别输入的图像并从 中提取二维或三维的数据模型（特征）。手写 体识别、机器视觉。
2019/9/9
15
与相关学科的关系
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 （计算机视觉和模式识别）
模型变换 （CAGD）
可视的图象
2019/9/9
11
图形学研究内容和方法
modeling + Rendering via I/O modeling : 构造实体（2D, 3D）； rendering: 使3D物体看起来更象； 各种输入输出（图形）设备
客观和主观实体的计算机表示 真实的， 虚拟的，
究曲线、曲面的表示、生成、拼接、数据拟合。与
计算机图形学的侧重点不同。
2019/9/9
13
2.图象处理（易混淆）
研究如何对一幅连续图像取样、量化以产生数字 图像，如何对数字图像做各种变换以方便处理，
如何滤去图像中的无用噪声，如何压缩图像数据 以便存储和传输，图像边缘提取，特征增强和提 取。
2019/9/9
9
Graphics与Image的对比
graphics
image
1. 数据量很少
数据量很大
2. 有结构，便于编辑修改
无结构，不便于编辑修改
3. 能 准 确 表 示 3D 景 物 ，易 于 生 成 所需 的 3D 景 物的 信 息 巳 部 分 丢 失 ，很 难 生
不同视图
成不同的视图
4. 生成视图需要复杂的计算
2019/9/9
16
发展特点
交叉、界线模糊、相互渗透 从国际会议SIGGRAPH可知
2019/9/9
17
1.2 发展历史
历史追溯 硬件发展
图形显示器的发展 图
18
历史追溯
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
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
2019/9/9
3
第一章 绪论
1.1 研究内容 1.2 发展历史 1.3 计算机图形学的应用及研究前沿
2019/9/9
4
1.1 研究内容
图形学所研究的内容何谓图形 构成图形的要素 图形在计算机中的两种表示法
2019/9/9
5
什么是计算机图形学
定义：
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。
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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）
计算机图形学期末复习[1]
![计算机图形学期末复习[1]](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/2155f416ff00bed5b9f31d9f.webp)
计算机图形学期末复习第一章绪论●名词解释：图形、图像、点阵法、参数法。
图形：是指能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象。
点阵法：是具有灰度或颜色信息的点阵来表示图形的一种方法，它强调图形有哪些点组成，这些点具有什么灰度或色彩。
图形包括哪方面的要素参数法：是以计算机所记录的图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。
把参数法描述的图形叫做图形；把点阵法描述的图形叫做图像。
●图形包括哪两方面的要素，在计算机中如何表示它们？图形的要素可以分为两类，一类是刻画形状的点、线、面、体等几何要素；另一类是反应物体本身固有属性，如表面属性或材质的明暗、灰度、色彩（颜色信息）等非几何要素。
在计算机中表示带有颜色及形状的图和形常用两种方法：点阵法和参数法。
●什么叫计算机图形学？分析计算机图形学、数字图像处理和计算机视觉学科间的关系。
计算机图形学是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。
计算机图形学试图将参数形式的数据描述转换生成（逼真的）图像。
数据图像处理则着重强调图像之间进行变换，它旨在对图像进行各种加工以改善图像的视觉效果，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，它模拟对客观事物模式的识别过程，是从图像到特征数据对象的描述表达处理过程。
●有关计算机图形学的软件标准有哪些？标准有：计算机图形核心系统（GKS）及其语言联编、三维图形核心系统（GKS-3D）及其语言联编、程序员层次交互式图形系统（PHIGS）及其语言联编、计算机图形元文件(CGM)、计算机图形接口（CGI）、基本图形转换规范（IGES）、产品数据转换规范（STEP）等。
●试发挥你的想象力，举例说明计算机图形学有哪些应用范围，解决的问题是什么？近年来计算机图形学已经广泛地用于多种领域，如科学、医药、商业、工业、政府部门、艺术、娱乐业、广告业、教育和培训等。
第二章计算机图形系统及图形硬件●名词解释：刷新、刷新频率、像素点、屏幕分辨率、位平面、屏幕坐标系。
第1章图形学绪论
➢MIT林肯实验室的I.E.Sutherland发表了一篇题 为“Sketchpad:一个人机通信的图形系统”的博 士论文，首次使用Computer Graphics术语。计算 机图形学之父。
➢60年代中期，美国MIT、通用汽车公司、贝尔 电话实验室、洛克希德飞机公司、法国雷诺汽车 公司、英国剑桥大学
斗训练等
用
2020/4/22
➢事务和商务数据的图形显示
➢绘制表示经济信息的各类二、三维统计
应
管理图表 ➢信息可视化:信息流量，商业统计数据，
股市行情
用
2020/4/22
➢地形地貌和自然资源的图形显示
➢地理信息系统（GIS）
应
➢数字地球，地形数据作为载体，（70％） 全球信息化.
➢军事，政府决策，旅游，资源调查。
202•0/4/2齐2 东旭，计算机动画原理与应用，科学出版社，2019
什么是计算机图形学
第
研究内容
1
与相关学科的关系
章
发展简史
绪
应用领域
论
交互式计算机图形处理系统
2020/4/22
Computer Graphics (CG)
什
计算机图形学是研究怎样用计
么 算机生成、处理和显示图形的一门
是 学科。
参 算机图形学的算法基础，机械工业出版社，2019 考 • 孙家广，杨长贵，计算机图形学，清华大学出版社，2019 书 • 唐荣锡，汪嘉业，彭群生，汪国昭，计算机图形学教程（
修订版），科学出版社，2000
• Donald Hearn, M. Pauline Baker, 计算机图形学，电子 工业出版社，2019
• 非几何要素——视觉属性
– 明暗、灰度、色彩、纹理、透明性、 线型、线宽
➢60年代中期，美国MIT、通用汽车公司、贝尔 电话实验室、洛克希德飞机公司、法国雷诺汽车 公司、英国剑桥大学
斗训练等
用
2020/4/22
➢事务和商务数据的图形显示
➢绘制表示经济信息的各类二、三维统计
应
管理图表 ➢信息可视化:信息流量，商业统计数据，
股市行情
用
2020/4/22
➢地形地貌和自然资源的图形显示
➢地理信息系统（GIS）
应
➢数字地球，地形数据作为载体，（70％） 全球信息化.
➢军事，政府决策，旅游，资源调查。
202•0/4/2齐2 东旭，计算机动画原理与应用，科学出版社，2019
什么是计算机图形学
第
研究内容
1
与相关学科的关系
章
发展简史
绪
应用领域
论
交互式计算机图形处理系统
2020/4/22
Computer Graphics (CG)
什
计算机图形学是研究怎样用计
么 算机生成、处理和显示图形的一门
是 学科。
参 算机图形学的算法基础，机械工业出版社，2019 考 • 孙家广，杨长贵，计算机图形学，清华大学出版社，2019 书 • 唐荣锡，汪嘉业，彭群生，汪国昭，计算机图形学教程（
修订版），科学出版社，2000
• Donald Hearn, M. Pauline Baker, 计算机图形学，电子 工业出版社，2019
• 非几何要素——视觉属性
– 明暗、灰度、色彩、纹理、透明性、 线型、线宽
计算机图形学讲稿
计算机动画的应用领域非常广，最典型的有： 1、计算机模拟飞行 2、动画片 3、电视广告
第二章 计算机图形系统及其设备
本章内容：介绍计算机图形系统的组成以及主要的图形外部设备。 2.1 计算机图形显示原理
阴极射线管（CRT）显示器的特点：亮度高，对比度好，分辨率高和色彩
鲜艳并丰富。缺点是体积大、厚与笨重。 液晶显示器的特点：器件薄，面积可大可小，重量轻，特别适合便携式计 算机使用，缺点是分辨率相对较低，色彩不够鲜艳，且价格偏高。 2.1.1 CRT显示器
SVGA 1024×768 PGA 1024×768ຫໍສະໝຸດ AVGA 1280×1024
PC显示适配器的发展 （2）显示适配器的结构
ROM BIOS
主板
显示控制器
显示器
显示存储器
•显示存储器 存储显示图像的点阵数据。每个象点对应1-3个字节（由颜色深度决定），屏 幕上有多少个象点（由分辨率决定）就要有多少个这样的字节，从而可以估 算出应有的显示存储器的基本容量。 •显示控制器 是显示适配器的心脏。其功能包括： ①管理与系统总线的接口 ②读取显示存储器中的图像点阵，通过转换后送至显示器 ③调色板功能，增加同屏显示颜色数目 ④先进的显示控制器具有图形加速功能，包括位和块传送、画线、填充和颜 色扩展。 •ROMBIOS 含有少量的固化软件，用于支持显示控制器建立所要求的显示环境。主要用 于DOS操作系统。在Windows 95或者Windows NT的环境下，它的大部分功能是 不被使用的。
1.3 场景绘制
•取景变换
将几何对象的三维坐标转换到屏幕上的象素位置，需要进行一系列的坐标变 换，这些变化统称为取景变换。
•删除隐藏面
背向视点的面被正面遮挡，需要及早删除。目的是为了减少图形绘制的工作 量，提高场景动态显示的实时性。
第二章 计算机图形系统及其设备
本章内容：介绍计算机图形系统的组成以及主要的图形外部设备。 2.1 计算机图形显示原理
阴极射线管（CRT）显示器的特点：亮度高，对比度好，分辨率高和色彩
鲜艳并丰富。缺点是体积大、厚与笨重。 液晶显示器的特点：器件薄，面积可大可小，重量轻，特别适合便携式计 算机使用，缺点是分辨率相对较低，色彩不够鲜艳，且价格偏高。 2.1.1 CRT显示器
SVGA 1024×768 PGA 1024×768ຫໍສະໝຸດ AVGA 1280×1024
PC显示适配器的发展 （2）显示适配器的结构
ROM BIOS
主板
显示控制器
显示器
显示存储器
•显示存储器 存储显示图像的点阵数据。每个象点对应1-3个字节（由颜色深度决定），屏 幕上有多少个象点（由分辨率决定）就要有多少个这样的字节，从而可以估 算出应有的显示存储器的基本容量。 •显示控制器 是显示适配器的心脏。其功能包括： ①管理与系统总线的接口 ②读取显示存储器中的图像点阵，通过转换后送至显示器 ③调色板功能，增加同屏显示颜色数目 ④先进的显示控制器具有图形加速功能，包括位和块传送、画线、填充和颜 色扩展。 •ROMBIOS 含有少量的固化软件，用于支持显示控制器建立所要求的显示环境。主要用 于DOS操作系统。在Windows 95或者Windows NT的环境下，它的大部分功能是 不被使用的。
1.3 场景绘制
•取景变换
将几何对象的三维坐标转换到屏幕上的象素位置，需要进行一系列的坐标变 换，这些变化统称为取景变换。
•删除隐藏面
背向视点的面被正面遮挡，需要及早删除。目的是为了减少图形绘制的工作 量，提高场景动态显示的实时性。
计算机图形学第1章 绪论
图形主要分为两类:
基于线条信息表示 明暗图(Shading)
什么是计算机图形学
• 定义：计算机图形学是研究怎样用计 算机生成、处理和显示图形的一门学 科。 • 计算机图形学属于计算机科学中最为 活跃、得到广泛应用的分支之一
计算机图形学的研究内容
• 如何在计算机中对图形进行表示、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。
– 是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和与 世界交互
1.1.2 当前研究热点 真实感图形实时绘制
– 物体网格模型的面片简化：对网格面片表示的 模型，在一定误差的精度范围内，删除点、边、 面，从而简化所绘制场景的复杂度，加快图形 绘制速度
– 基于图象的绘制(IBR，Image Based Rendering)： 直接从一系列已知的图象中生成未知视角的图 象，适用于野外极其复杂场景的生成和漫游
讲授内容
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 绪论 光栅设备 基本图形生成算法 自由曲线与曲面 图形裁剪 图形变换 计算机动画
第一章 绪论
1.1 应用及研究前沿 1.2 研究内容 1.3 发展历史
1.1 应用及研究前沿
1.2.1 计算机图形学的应用
先看几个我们自己的例子
• • • • OpenGL实例 虚拟小区浏览 脑颅骨绘制实例(2D,3D) GIS软件,等等。
• 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
地理信息系统（GIS）
• 建立在地理图形之上的关于各种资源的 综合信息管理系统。 • 数字地球：地形数据作为载体。
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
27
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
28
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。
2024/7/19
22
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。
2024/7/19
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-第一章 绪论
2023/6/18
14
计算机图形学
能够正确表达一个对象的性质、结构和行为的所有描述信 息，称为对象的模型。计算机图形学感兴趣的主要是对象的几 何性质（形状、大小、位置、结构等），用于刻画被处理对象 几何性质的描述信息就构成了它们的几何模型。常用的几何模 型有线框模型(Wireframe Model)、面模型(Surface Model)、 体模型(Solid Model)、分形模型(Fractal Model)和点云模型 （Point Cloud Model），它们用来表示三维空间中的物体。
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计算机图形学
处理(Shading)、纹理(Texture)、阴影、灰度与色彩等各种真
实感图形生成技术。
图形编辑与处理技术 例如图形的平移、旋转、缩放、投
影、裁剪等各种几何变换操作的方法及软件或硬件实现技术。
图形信息的存储、检索与交换技术 例如图形信息的各种
机内外表示方法、组织形式、存取技术、图形数据库的管理、
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计算机图形学
计
计算机图形学
图
算
几
对象的描述
像
对象的图像
处
何
模式识别
理
图 1. 计算机图形学与相关学科之间的关系
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1.2 交互图形系统的组成
计算机图形学
应用 模型
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图
形
应用
系
程序
统
图形 设备
软件部分
硬件部分
图 2. 交互式图形系统的组成
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际标准，使其能满足多方面图形应用软件开发工作的需要，并 使图形应用软件摆脱对硬件的依赖性，允许在不同系统之间方 便地进行移植。
第1章 绪论 计算机图形学实用技术(第3版)课件
（1）基于图形设备的基 本图形元素的生成算法， 如用光栅图形显示器生成 直线、圆弧、二次曲线的 算法, 封闭边界内的图案 填充算法以及 ,窗口裁剪 算法等。 （详见第3章）
多边形填充
多边形窗口裁剪
（2）图形元素的几何变换，即对图形的平移、放大 和缩小、旋转、镜像等操作。
（详见第4章）
几何变换
透视投影
Bézier曲面的控制网格
➢B样条曲线曲面
曲面拼接
影视制作
图1-1 自由曲面造型及应用范例（Derose，SIGGRAPH ’98）
（4）三维几何造型技术，对基本体素的定义、输入及它 们之间的布尔运算方法。（详见第6章）
*
*
（a）
（b）
物体的CSG树表示
体素构造表示（Construction Solid Geometry），或称CSG树表示
2. 计算机辅助设计与制造（CAD／CAM） 由于CAD技术能广泛应用于产品设计和工程设
计，适合多品种小批量生产，生产周期短、效率高， 精确性和可靠性高，可以显著提高产品在市场上的 竞争力，故应用非常广泛。在产品设计和制造方面， CAD/CAM技术被广泛用于飞机、汽车、船舶、机 电、轻工、服装的外形设计和制造。
推广应用阶段 系统以小型机及超级小型机为主流; 计算机图形技
(70年代)
术在各领域得到较多的应用; 使用便宜的光栅扫描 显示器；ACM SIGGRAPH成立。
系统实用化阶 系统以工作站为主；微机广泛普及和推广;微机上 段(80年代) 的图形软件全面出现；应用广泛。
标准化智能化 图形标准有：CGI、CGM、GKS、GKS-3D和 阶段(90年代) PHIGS；智能CAD系统出现。
如美国波音公司，由于采用CAD技术，使波音 727的设计提前二年完成；又如美国通用汽车公司， 利用CAD系统把产品设计、制造、模拟试验和检查 测试结合起来，组成一体化集成系统，使汽车设计 周期由5年缩短到3-4年。
多边形填充
多边形窗口裁剪
（2）图形元素的几何变换，即对图形的平移、放大 和缩小、旋转、镜像等操作。
（详见第4章）
几何变换
透视投影
Bézier曲面的控制网格
➢B样条曲线曲面
曲面拼接
影视制作
图1-1 自由曲面造型及应用范例（Derose，SIGGRAPH ’98）
（4）三维几何造型技术，对基本体素的定义、输入及它 们之间的布尔运算方法。（详见第6章）
*
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（a）
（b）
物体的CSG树表示
体素构造表示（Construction Solid Geometry），或称CSG树表示
2. 计算机辅助设计与制造（CAD／CAM） 由于CAD技术能广泛应用于产品设计和工程设
计，适合多品种小批量生产，生产周期短、效率高， 精确性和可靠性高，可以显著提高产品在市场上的 竞争力，故应用非常广泛。在产品设计和制造方面， CAD/CAM技术被广泛用于飞机、汽车、船舶、机 电、轻工、服装的外形设计和制造。
推广应用阶段 系统以小型机及超级小型机为主流; 计算机图形技
(70年代)
术在各领域得到较多的应用; 使用便宜的光栅扫描 显示器；ACM SIGGRAPH成立。
系统实用化阶 系统以工作站为主；微机广泛普及和推广;微机上 段(80年代) 的图形软件全面出现；应用广泛。
标准化智能化 图形标准有：CGI、CGM、GKS、GKS-3D和 阶段(90年代) PHIGS；智能CAD系统出现。
如美国波音公司，由于采用CAD技术，使波音 727的设计提前二年完成；又如美国通用汽车公司， 利用CAD系统把产品设计、制造、模拟试验和检查 测试结合起来，组成一体化集成系统，使汽车设计 周期由5年缩短到3-4年。
精品课件-计算机图形学(张宁蓉)-第1章
第 1 章 绪论
3. 虚拟现实也称虚拟实境, 是一种可以创建和体验虚拟世界的 计算机系统, 它利用计算机技术生成一个逼真的, 具有视、 听、 触等多种感知功能的虚拟环境。
第 1 章 绪论 4. 现在的美术人员, 尤其是商业艺术设计人员都热衷于用计 算机软件从事艺术创作。 可用于美术创作的软件很多, 如二维 平面的画笔程序(CorelDraw、 PhotoShop、 PaintShop)、 专 门的图表绘制软件(Visio)、 三维建模和渲染软件包(3DMAX、 Maya), 以及一些专门生成动画的软件(Alias、 Softimage) 等, 可以说是数不胜数。
第 1 章 绪论 1.3 计算机图形学的应用 1. 计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 由于设计周期短、 成本低、 质量高, CAD/CAM是计算机图 形学的一个最广泛、 最活跃的应用领域, 如飞机、 汽车、 船 舶、 宇宙飞船、 计算机、 大规模集成电路、 民用建筑、 服 装等设计。
第 1 章 绪论 2. 科学计算可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术, 将 科学计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形或图像在屏幕 上显示出来, 并进行交互处理的理论、 方法和技术。
第 1 章 绪论 容易与计算机图形学的概念混淆的是图像处理。 随着学科 的发展, 图形和图像已经没有明确的界限了。 计算机图形学的 主要目的是由数学模型生成真实感图形, 其结果本身就是数字图 像。 当然, 图形有别于对实物拍摄或捡取的照片。 图形是运算 形成的抽象产物, 而图像是直接量化的原始信号形式。 它们的 定义及区别如下：
第 1 章 绪论 第1章 绪 论
1.1 计算机图形学概述 1.2 计算机图形学的发展史 1.3 计算机图形学的应用 1.4 计算机图形学的研究方向
计算机图形学习题参考答案(完整版)
计算机图形学习题参考答案第1章绪论1、第一届ACM SIGGRAPH会议是哪一年在哪里召开的？解：1974年，在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH年会。
2、计算机图形学之父是谁？解：Sutherland3、列举一些计算机图形学的应用领域（至少5个）。
解：计算机辅助设计、图示图形学、计算机艺术、娱乐、教学与培训、可视化、图像处理、图形用户界面等。
4、简要介绍计算机图形学的研究内容。
解：（1）图形的输入。
如何开发和利用图形输入设备及相关软件把图形输入到计算机中，以便进行各种处理。
（2）图形的处理。
包括对图形进行变换（如几何变换、投影变换）和运算（如图形的并、交、差运算）等处理。
（3）图形的生成和输出。
如何将图形的特定表示形式转换成图形输出系统便于接受的表示形式，并将图形在显示器或打印机等输出设备上输出。
5、简要说明计算机图形学与相关学科的关系。
解：与计算机图形学密切相关的学科主要有图像处理、计算几何、计算机视觉和模式识别等。
计算机图形学着重讨论怎样将数据模型变成数字图像。
图像处理着重研究图像的压缩存储和去除噪音等问题。
模式识别重点讨论如何从图像中提取数据和模型。
计算几何着重研究数据模型的建立、存储和管理。
随着技术的发展和应用的深入，这些学科的界限变得模糊起来，各学科相互渗透、融合。
一个较完善的应用系统通常综合利用了各个学科的技术。
6、简要介绍几种计算机图形学的相关开发技术。
解：（1）OpenGL。
OpenGL是一套三维图形处理库，也是该领域事实上的工业标准。
OpenGL独立于硬件、操作系统和窗口系统，能运行于不同操作系统的各种计算机，并能在网络环境下以客户/服务器模式工作，是专业图形处理、科学计算等高端应用领域的标准图形库。
以OpenGL为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植；OpenGL与C/C++紧密接合，便于实现图形的相关算法，并可保证算法的正确性和可靠性；OpenGL使用简便，效率高。