计算机图形学概述课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,Computer graphics,C version.Second Edition,山东师范大学传播学院 李大锦,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,2008.8.28,*,2008.8.28,第一讲：计算机图形学概述,Survey of Computer Graphics,2008.8.28第一讲：计算机图形学概述Survey,1.1,什么计算机图形学,图形与图像,图像：,以像素点阵来表示图像信息,图形：,是以图形的几何、物理属性来表示图形。,计算机图形学,美国的,James Foley,在其著作中定义：计算机图形学是运用计算机,描述、输入、表示、存储、处理,（检索,/,变换,/,图形运算）,、显示、输出图形,的一门学科。,1.1什么计算机图形学图形与图像图像：以像素点阵来表示图像信,1.1,什么计算机图形学,1982,年，,ISO,给出的定义：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,。,计算机图形学,是研究利用计算机来,表示、生成、处理、显示,图形的学科,。,1.1什么计算机图形学 1982年，ISO给出的定义：研究用,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。,1.1,什么计算机图形学,计算机图形学是计算机科学中，最为活跃、应用最广泛的分支之一。,表示（representation）：如何利,1.2,计算机图形学的起源与发展,最早使用,computer graphics,一词的是波音飞机公司,William Fetter,，于,1960,年提出,computer graphics,一词,。,他在研究人机工程学时利用计算机生成最早的人体图形，被称为“,Boeing Man”,Fetter,称之为,First Man.,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。,1.2计算机图形学的起源与发展最早使用computer gr,1.2,计算机图形学的起源与发展,50,年代末，,MIT,的林肯实验室在,Whirlwind,计算机上开发,SAGE,空中防御体系。,第一次用光笔在屏幕上选取图形。预示着交互式图形生成技术的诞生。,MIT,的,TX-2,计算机的研制成功，使交互计算成为可能，使交互式图形学研究迈出了重要的一步。,60,年代是计算机图形学确立和兴起的年代,1962,年，,MIT,林肯实验室的,I.E.Sutherland,发表了一篇题为“,Sketchpad,：,A man-machine graphical communication system,”,的博士论文。开始了图形学研究的黄金年代。各大公司和高校迅速投入到计算机图形学的研究领域之中,。,(,基于,TX-2,计算机）,1.2计算机图形学的起源与发展50年代末，MIT的林肯实验室,1.2,计算机图形学的起源与发展,1962,年，雷诺汽车公司的工程师,Pierre B,zier,提出,B,zier,曲线、曲面的理论,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。,IBM,迅速推出了,IBM 2250,图形终端，成为第一个商业图形计算机。,各种专门研究团体、学术会议、图形标准相继诞生，,69,年，著名的,SIGGRAPH,（,Special Interest Group in Graphics,）诞生,1.2计算机图形学的起源与发展1962年，雷诺汽车公司的工程,1.2,计算机图形学的起源与发展,70,年代是图形学迅速发展并结出累累硕果的年代。,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,）,ISO,发布,CGI,、,CGM,、,GKS,、,PHIGS,1.2计算机图形学的起源与发展70年代是图形学迅速发展并结出,1.2,计算机图形学的起源与发展,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,实体造型技术,英国剑桥大学,CAD,小组的,Build,系统,美国罗彻斯特大学的,PADL-1,系统,1.2计算机图形学的起源与发展真实感图形学,1.2,计算机图形学的起源与发展,在,70,年代，除了传统的军事和工业领域，计算机图形学还被广泛的应用于教育、科研、艺术、娱乐等行业。,80,年代是,计算机图形系统迅速推广应用的年代。计算机图形软件功能开始部分地由硬件来实现，微机的推广，更加进一步拓宽了图形学的应用和研究。,graphical user interface(GUI),得到广泛的应用。,90,年代,3d,图形学在游戏，动画，多媒体领域得到了更广泛的应用，,95,年,pixar,制作了第一步完全有计算机生成的三维动画大片,-,玩具总动员。,1.2计算机图形学的起源与发展 在70年代，除了传统的军,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1.3.1图形用户接口（GUI）,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。,机械的结构设计,1.3计算机图形学的应用领域1.3.2 计算机辅助设计（CA,1.3,计算机图形学的应用领域,汽车外形设计,1.3计算机图形学的应用领域汽车外形设计,计算机图形学概述课件,1.3,计算机图形学的应用领域,1.3.3,示例图形（,Presentation Graphics,）,用于研究、管理报告或消费者信息发布或其他报告中的有关金融、统计、数学、科学、经济等数据的图形表示，,1.3计算机图形学的应用领域1.3.3示例图形（Presen,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1.3.4计算机美术（compu,1.3,计算机图形学的应用领域,虚拟毛笔,虚拟绘制工具：,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,1.3计算机图形学的应用领域虚拟毛笔虚拟绘制工具：,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。,1.3计算机图形学的应用领域非真实感绘制技术,左：真实感绘制 右图：手绘效果的绘制,左：真实感绘制 右图：手绘效果的绘制,卡通效果的绘制,卡通效果的绘制,数字照片的艺术化处理,数字照片的艺术化处理,将图象转换成国画效果,将图象转换成国画效果,计算机图形学概述课件,采用滤波技术的非真实感渲染,采用滤波技术的非真实感渲染,1.3,计算机图形学的应用领域,1.3.5,娱乐领域（,entertainment,),影视特校、电视片头、游戏、动画。,侏罗纪公园：,逆向运动学与计算机图像技术的完美结合,终结者,：,杰出变形效果与逼真自然人运动模拟,阿甘正传：反越战示威，成千上万人；与美国总统握手,狮子王：角马奔窜惊逃，模仿角马的行为；角马运动。,星际旅行,：可汗的愤怒,中新行星的诞生以及,吉地的返回,中行星在空间飘浮等壮观的场面,1.3计算机图形学的应用领域1.3.5 娱乐领域（enter,1.3,计算机图形学的应用领域,1.3.6,教育和训炼（,education&training,),将事务的运行规律通过图形展示出来可以让学习者更直观、更感性的认识事物的内在联系。对于一些复杂的高难度高或高危险性的操作，可以通过专门开发的训练系统，给受训者一个近似真实的虚拟环境，通过这个虚拟现实的环境实现复杂的训练操作。,1.3计算机图形学的应用领域,1.3,计算机图形学的应用领域,汽车驾驶训练,1.3计算机图形学的应用领域汽车驾驶训练,1.3,计算机图形学的应用领域,飞行模拟,1.3计算机图形学的应用领域飞行模拟,1.3,计算机图形学的应用领域,钻机操作训练,1.3计算机图形学的应用领域钻机操作训练,1.3,计算机图形学的应用领域,1.3.7,可视化（,visualization,）,可视化是运用计算机图形学的原理和方法，将科学与工程计算等产生的大规模数据转换为图形、图象，以直观的形式表示出来。,随着科学的进步，借助航天航空、遥感、加速器、,CT,（,computed tomography,）、,MRI,（,magnetic resonance imaging,）、计算机模拟（如核爆炸）等手段，人类获取数据的能力飞速提高，面对海量的数据，及时解读，获取有用的信息成为人类面临的巨大挑战。通过可视化技术人们可以快速解读这些信息，可视化技术，成为了“科学技术之眼”，它是科学发现和工程设计的工具。,1.3计算机图形学的应用领域1.3.7可视化（visuali,1.3,计算机图形学的应用领域,科学计算、工程、医学等领域的数据可视化叫,科学可视化，商业等领域的可视化叫商业可视化。,通过有限元分析法对汽车的不均匀相撞可视化,1.3计算机图形学的应用领域 科学计算、工程、医学等,1.3,计算机图形学的应用领域,南非大火,燃烧湍流,1.3计算机图形学的应用领域南非大火燃烧湍流,1.3,计算机图形学的应用领域,1.3.8,计算机动画,(comouter animation),计算机动画是计算机图形学的一个延伸和发展，是计算机图形学的一个重要研究分支。同时又是一个多学科交叉的研究领域，涉及到计算机科学、数学、美术、物理学、心理学等领域。,计算机动画的产生给传统动画带来了新的革命，采用计算机动画技术不仅提高了传统的动画制作效率，还能创造出传统动画没法创造的特殊效果，展现出独特的艺术魅力。,1.3计算机图形学的应用领域1.3.8 计算机动画(como,1.3,计算机图形学的应用领域,关键贞动画,运动学、逆运动学、变形动画，基于物理的动画。,表演动画,1.3计算机图形学的应用领域关键贞动画,1.3,计算机图形学的应用领域,过程动画,粒子系统,表现各种不,规则物体，,如水、云、,雾等的动画,1.3计算机图形学的应用领域过程动画,1.3,计算机图形学的应用领域,L,系统,表现植,物体的,生长动,画,1.3计算机图形学的应用领域 L系统,1.3,计算机图形学的应用领域,L,系统生成的植物,1.3计算机图形学的应用领域L系统生成的植物,1.3,计算机图形学的应用领域,群体动画,结合人工智能，表现动物群体的行为，也叫行为动画。,动画制作软件,Animator Studio,、,flash,、,softimage,、,3dsmax,、,lightwave,、,maya,、,Wavefront,.,1.3计算机图形学的应用领域 群体动画,关于本课程的学习,计算机图形学是一门建立在其它多学科基础上的学科，他涉及到计算机技术、数学、物理学、数字图像处理等，在学习中尤其要注重数学知识的补充。,通过本课程的学习，除了掌握计算机图形学的一些基本知识，重点要学习计算机图形学的基本理论和研究方法。,必修课、考核分三部分：论文,55%,、讲课,30%,、出勤,15%,。,期末要求提交一篇论文，论文内容自选，可针对计算机图形学的某个研究方向或问题作较详细的论述。论文格式按公开发表论文的形式要求。,关于本课程的学习计算机图形学是一门建立在其它多学科基础上的学,