计算机图形学 第1章 概述

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 目录,第一章 概述,1.1 计算机图形学的研究内容 一.什么是计算机图形学 二.计算机图形学、图像处理与模式识别的关系 三.计算机图形学与,CADCAM,技术的关系 四.计算机图形学研究内容 1.2 计算机图形学发展概况,一.计算机图形学的发展 二.,计算机,图形软件发展的几种类型,1.3 计算机图形学特点和应用 一.计算机图形学的特点 二.计算机图形学的应用领域 1.4 计算机图形学当前研究的课题,1,第一章 概述,1.1 计算机图形学的概念与研究内容,一.什么是计算机图形学,1.定义,计算机图形学（,Computer Graphics):,研究通 过计算机将数据转 换为图形，并在专用显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。,第一章 概述,1.1 计算机图形学的研究内容,一.什么是计算机图形学,二.计算机图形学、图像处理与模式识别的关 系,三.计算机图形学与,CADCAM,技术的关系,四.计算机图形学研究内容,1.2 计算机图形学发展概况,一.计算机图形学的发展,二.,计算机,图形软件发展的几种类型,1.3 计算机图形学特点和应用,一.计算机图形学的特点,二.计算机图形学的应用领域,1.4 计算机图形学当前研究的课题,2,图形处理过程：,计算机图形处理程序,输入信息：数据,输出信息：图形,例如：画圆,计算机图形处理程序,圆,圆心坐标,圆半径,三部分：,数据,：,用户给出的原始输入（如描述图形的几何数据、数学方程等)、计算机产生的结果、来自图形工作站操作者的命令,计算机：微机、工作站等,输出设备：显示器、绘图仪,3,2.计算机图形表现形式,(1).线条式(线框架图),用线段来表现图形，容易反映客观实体的内部结构，如各类工程技术中结构图的表示，机械设计中零件结构图及电路设计中的电路原理图等.,4,(2).真实感面模型图形,具有面模型、色彩、浓淡和明暗层次效应，适合表现客观实体的外形或外貌，如汽车、飞机、轮船等的外形设计以及各种艺术品造型设计等。,跑车靓照,5,3.、计算机图形分类（空间）,(1).二维图形（2,D）：,在平面坐标系中定义的图形,(2).三维图形（3,D）：,在三维坐标系中定义的图形,简单三维图形,简单二维图形,6,3、计算机图形产生方法,(1).矢量法(短折线法),任何形状的曲线都用许多首尾相连的短直线（矢量）逼近。,(2).描点法(像素点串接法,),每一曲线都是由一定大小的像素点组成,7,第一章 概述,1.1 计算机图形学的研究内容,一.什么是计算机图形学,二.,计算机图形学、图像处理与模式识别的关系,三.计算机图形学与,CADCAM,技术的关系,四.计算机图形学研究内容,1.2 计算机图形学发展概况,一.计算机图形学的发展,二.,计算机,图形软件发展的几种类型,1.3 计算机图形学特点和应用,一.计算机图形学的特点,二.计算机图形学的应用领域,1.4 计算机图形学当前研究的课题,二.计算机图形学、图像处理与模式识别的关系,1.三者的关系,（1）计算机图形学(,Computer Graphics)：,数据描述到图形生成的过程.如圆,（2）图像处理(,Image Processing):,利用计算机对原来存在物体映像进行,分析处理，然后再现图像。如人体,CT,遥感照片等,（3）模式识别(,Pattern Recognition),计算机对图形信息进行识别和分析描,述，是从图形（图像）到描述的表达,过程。如邮件分拣、邮政编码识别等,8,(1)交互式绘图,允许操作者以某种方式（对话方式或命令方式）来控制和操纵图形生成过程，使得图形可以边生成、边显示、边修改，直至符合要求为止。如,AUTOCAD,等,(2)被动式绘图,图形在生成过程中，操作者无法对图形进行操作和控制。如,C,语言绘图,2.计算机绘图方式,9,第一章 概述,1.1 计算机图形学的研究内容,一.什么是计算机图形学,二.,计算机图形学、图像处理与模式识别的关系,三.计算机图形学与,CADCAM,技术的关系,四.计算机图形学研究内容,1.2 计算机图形学发展概况,一.计算机图形学的发展,二.,计算机,图形软件发展的几种类型,1.3 计算机图形学特点和应用,一.计算机图形学的特点,二.计算机图形学的应用领域,1.4 计算机图形学当前研究的课题,三.计算机图形学与,CADCAM,技术的关系,1.计算机辅助设计（,Computer Aided Design，,简称,CAD）,建立某种模式和算法以及相关的支撑和应用软件，使计算机按设计工程师的意图，去进行科学分析和计算，作出判断和选择，最后输出满意的设计结果并生产图纸。,2.计算机辅助制造（,Computer Aided Manufacturing，,简 称,CAM）,通过直接或间接地把计算机与工厂生产设备联系起来，实现用计算机系统进行生产的计划、管理、控制及操作的过程，它是应用计算机进行制造过程中管理、控制和处理的总称。,10,四.计算机图形学研究内容,主要核心技术是如何建立所处理对象的模型并生成该对象的图形。其主要研究内容大体上可以概括为如下几个方面：,1.几何模型构造技术（,Geometric,Modelling,）,如各种不同类型几何模型（二维、三维、分数组（,Fractal Model）,的构造方法及性能分析，曲线与曲面的表示与处理，专用或通用模型构造系统的研究等。,2.图形生成技术（,Image Synthesis）,如线段、圆弧、字符、区域填充的生成算法，以及线隐面消除、光照模型、浓淡处理（,Shading）、,纹理、阴影、灰度与色彩等各种逼真感图形表示技术。,第一章 概述,1.1 计算机图形学的研究内容,一.什么是计算机图形学,二.,计算机图形学、图像处理与模式识别的关系,三.计算机图形学与,CADCAM,技术的关系,四.计算机图形学研究内容,1.2 计算机图形学发展概况,一.计算机图形学的发展,二.,计算机,图形软件发展的几种类型,1.3 计算机图形学特点和应用,一.计算机图形学的特点,二.计算机图形学的应用领域,1.4 计算机图形学当前研究的课题,11,3.图形的操作与处理方法（,Picture Manipulation）,如图形的开窗、裁剪、平移、旋转、放大、缩小、投影等各种几何变换操作的方法及其软件或硬件实现技术。,4.图形信息的存储，检索与交换技术,如图形信息的各种表示方法、组织形式、存取技术、图形数据库的管理、图形信息通信等。,5.人机交互及用户接口技术,如新型定位设备、选择设备的研究；各种交互技术，如构造技术、命令技术、选择技术、响应技术等的研究，以及用户模型、命令语言、反馈方法、窗口系统等用户接口技术的研究。,12,一.计算机图形学的发展,1950年 美国麻省理工学院研制出第一台图形显示器。,能显示了一些简单图形，类似于示波器,CRT。,1959年 美国,CALCOMP,公司根据打印机原理研制了世界上,第一台滚筒式绘图机。,50年代末期 美国麻省工学院开发了,SAVE,空中防御系,统，它具有指挥和控制功能。这个系统,能将雷达信号转换为显示器上的图形，操,作者利用光笔可直接在显示屏上标识目标,。这一功能的出现预式着交互式图形生成,技术的诞生。,被动式输出,第一章 概述,1.1 计算机图形学的研究内容,一.什么是计算机图形学,二.,计算机图形学、图像处理与模式识别的关系,三.计算机图形学与,CADCAM,技术的关系,四.计算机图形学研究内容,1.2 计算机图形学发展概况,一.计算机图形学的发展,二.,计算机,图形软件发展的几种类型,1.3 计算机图形学特点和应用,一.计算机图形学的特点,二.计算机图形学的应用领域,1.4 计算机图形学当前研究的课题,1.2 计算机图形学发展概况,13,1962年 美国麻省理工学院林肯实验室的,Ivan,ESuthland,首先提出了“计算机图形学”,（,Computer Graphics）,这一术语，引入了分层,存储符号的数据结构，开发出了交互技术；可,用键盘和光笔实现定位、选项和绘图.,奠定了计算机图形学基础。,60年代中期 美国、英国、法国的一些汽车、飞机制造,业大公司对计算机图形学开展大规模研究。,60年代后期 出现了存储管式显示器，可以进行简单交互,蓬勃发展，但仍处于研究阶段,14,70年代中期 出现了基于电视技术的光栅图形扫描器。,80年代以后 进一步发展，主要体现在以下三个方面：,几个大型著名的计算机图形系统相继问世。特别是,GKS（Graphics,Kernel System）,核心系统。,随着硬件技术的发展，高分辨率图形显示器研制成功，三维图形显示达到更高水平,计算机图形系统在许多领域可以取代中、小型计算机系统，计算机图形学得到了更加广泛的应用。,90年代后 计算机图形学向着更高阶段发展，许多技术,已成为当今最热门的多媒体技术的重要组成,部分。,实用化阶段,15,计算机图形学发展慨略：,50年代计算机图形学开始兴起 60年代交互式图形系统,CAD,出现 70年代图形显示技术的发展（光栅扫描显示器）80年代计算机图形学软硬件迅速发展（高分辨率显示器、图形标准化、工程工作站）90年代各种不同图形软件的出现（,AutoCAD、3DMAX,等）当前计算机图形学向更新方向发展（虚拟现实技术、可视化技术、造型技术等）,16,二.,计算机,图形软件发展的几种类型,1.图形子程序包：用某种高级语言编写，如图形软件 标准化的典型规范,GKS,和,CORE,文本,2.某种高级语言的功能的扩充（图形函数），具有图形生成功能。如,BASIC、,PASCAL、Turbo,C、Borland,C、Java,等。,3.对于某种类型设备可以配置专用的图形生成语言。比较著名的有,GL（Graphics,Language）,语言、,PL（Ploting,Language）,语言和,Dxy,语言。,4.图形软件标准化，通用的与设备无关的图形软件。如原西德提出的图形核心系统,GKS（Graphics,Kernel System）,第一章 概述,1.1 计算机图形学的研究内容,一.什么是计算机图形学,二.,计算机图形学、图像处理与模式识别的关系,三.计算机图形学与,CADCAM,技术的关系,四.计算机图形学研究内容,1.2 计算机图形学发展概况,一.计算机图形学的发展,二.,计算机,图形软件发展的几种类型,1.3 计算机图形学特点和应用,一.计算机图形学的特点,二.计算机图形学的应用领域,1.4 计算机图形学当前研究的课题,17,1.3 计算机图形学特点和应用,一.计算机图形学的特点,1.计算机产生的图形有规律、光滑。它是按数学方法产,生的，规矩整齐，有着像数学一样的严格性。,2.计算机产生的图形纯净美观、无噪声干扰。,3.通过计算机产生的图形不仅能描绘客观世界的各种对,象，也能描绘纯粹是想像的主观世界中的各种对象。,4.交互式计算机图形显示可由用户控制，产生的图形可,修改性强，且速度快、差错少。,第一章 概述,1.1 计算机图形学的研究内容,一.什么是计算机图形学,二.,计算机图形学、图像处理与模式识别的关系,三.计算机图形学与,CADCAM,技术的关系,四.计算机图形学研究内容,1.2 计算机图形学发展概况,一.计算机图形学的发展,二.,计算机,图形软件发展的几种类型,1.3 计算机图形学特点和应用,一.计算机图形学的特点,二.计算机图形学的应用领域,1.4 计算机图形学当前研究的课题,18,二.计算机图形学的应用领域,1.计算机辅助设计（,CAD）,和计算机辅助制造（,CAM）,计算机图形学被用来进行土建工程、机械结构和产品的设计，包括设计飞机、汽车、船舶的外形和发电厂、化工厂等的布局，也能够对电子线路或电子器件进行设计。,第一章 概述,1.1 计算机图形学的研究内容,一.什么是计算机图形学,二.,计算机图形学、图像处理与模式识别的关系,三.计算机图形学与,CAD