計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章課件

1、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章 計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī) 圖圖 形形 學(xué)學(xué)主講：王新宇主講：王新宇江 蘇 大 學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章教學(xué)目的：了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容 熟悉計(jì)算機(jī)圖形處理的基本原理和過 程 掌握計(jì)算機(jī)圖形處理過程中的一些基 本方法和算法 教學(xué)安排：總計(jì)45學(xué)時(shí) ，其中講課35學(xué)時(shí) 上機(jī) 10 學(xué)時(shí) 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章 第一章第一章 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概論計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概論計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)1。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、與之相關(guān)的 技術(shù)及互相之間的關(guān)系。2。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容。3 3。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法的類型。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章 1.1 什么是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)什么是計(jì)算

2、機(jī)圖形學(xué) 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究怎樣用數(shù)字計(jì)算機(jī)產(chǎn)生、 處理和顯示圖形的一門新興學(xué)科。 圖形：線條圖(line graph) 濃淡圖(shading graph) 原始數(shù)據(jù)或數(shù)學(xué)模型： 工程技術(shù)人員構(gòu)思的草圖 地形航測數(shù)據(jù) 飛機(jī)的總體方案模型 企業(yè)經(jīng)營的月統(tǒng)計(jì)資料計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章 圖像(Image)圖像處理-將客觀世界中原來存在的物體映 象處理成新的數(shù)字化圖像。例如: 衛(wèi)星遙感中的資源勘測 氣象預(yù)報(bào)中的云圖和海圖處理 人體的CT掃描 工業(yè)中的射線探傷 金相圖譜分析圖像處理中關(guān)心的問題： 濾去噪聲、壓縮圖像數(shù)據(jù)、對比度增強(qiáng)、圖像復(fù)原、三維圖像重建。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章模式識別-研究怎樣分析和識別輸入

3、的圖 象，找出其中蘊(yùn)涵的內(nèi)在聯(lián)系 和抽象模型。例如：郵件分檢、漢字識別、自動(dòng)化倉庫等。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章 圖 象 數(shù) 據(jù)幾 何 模 型模式識別計(jì)算機(jī)圖形學(xué)圖象處理計(jì)算幾何計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章計(jì)算幾何-討論幾何形體的計(jì)算機(jī)表示 和分析、綜合，研究怎樣方便、靈活地 建立幾何形體的數(shù)學(xué)模型，提高算法效 率，在計(jì)算機(jī)內(nèi)怎樣更好地存儲(chǔ)和管理 這些模型數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容：圖形的輸入：研究如何把要處理的圖形輸入到計(jì)算機(jī) 內(nèi)，以便讓計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種處理。圖形的生成、顯示和輸出：如何利用計(jì)算機(jī)生成圖形 并在顯示屏上顯示或在繪圖機(jī)等輸出設(shè) 備上輸出圖形。圖形的變換：如

4、何實(shí)現(xiàn)圖形的幾何變換(二維、三維) 和非幾何變換(色彩、灰度等)。圖形的組合、分解和運(yùn)算：用簡單圖形組成復(fù)雜圖形 和把復(fù)雜圖形分解為簡單圖形；圖形之 間的并、交、差運(yùn)算等。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)所涉及的算法可分為以下幾類：(1) 基于圖形設(shè)備的基本圖形元素的生成算法，如用 光柵圖形顯示器生成直線、圓弧、二次曲線、封閉 邊界內(nèi)的填色、填圖案、反走樣等。(2) 基本圖形元素的幾何變換、投影變換、窗口裁剪。(3) 自由曲線和曲面的插值、擬合、拼接、分解、過 渡、光順、整體修改、局部修改等。(4) 圖形元素(點(diǎn)、線、環(huán)、面、體)的求交與分類以及 集合運(yùn)算。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章(5) 隱藏線、隱

5、藏面消除以及具有光照顏色效果的真 實(shí)圖形顯示。(6) 不同字體的點(diǎn)陣表示，矢量中、西文字符的生成 及變換。(7) 山、水、花、草、煙云等模糊景物的生成。(8) 三維或高維數(shù)據(jù)場的可視化。(9) 三維形體的實(shí)時(shí)顯示和圖形的并行處理。(10) 虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的生成及其控制算法等。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章1.2 1.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展概況計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展概況 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的起源和發(fā)展要追溯到50年代初期的美國戰(zhàn)術(shù)防空系統(tǒng)SAGE。 二次大戰(zhàn)后美國國防部籌劃建立一個(gè)實(shí)時(shí)信息控制系統(tǒng)監(jiān)視北美的整個(gè)空域和地域。 SAGE系統(tǒng)有很多公司參加研制，整個(gè)技術(shù)方案由麻省理工學(xué)院(MIT)林肯實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)。該系統(tǒng)在19

6、57年投入使用，到60年代中期逐漸淘汰，整個(gè)計(jì)劃并未最終完成，但這一嘗試卻是交互式圖形顯示技術(shù)的起源。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章 從50年代初到60年代中，麻省理工學(xué)院還積極從事現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造技術(shù)的開拓性研究，先后在這里誕生了世界上第一臺(tái)數(shù)控銑床和APT數(shù)控加工自動(dòng)編程語言。 在這樣的歷史背景下，麻省理工學(xué)院的博士生Ivan Sutherland于1962年發(fā)表了一篇題為“Sketchpad：人-機(jī)對話圖形通訊系統(tǒng)”的博士論文，并研制出第一臺(tái)光筆交互式圖形顯示器，這就是最初的計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章 我國開展計(jì)算機(jī)圖形設(shè)備和計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)方面的研究開始于60年代中后期。圖形學(xué)在

7、我國的應(yīng)用從70年代起步，如今已在電子、機(jī)械、航空航天、建筑、造船、輕紡、影視等部門的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)和廣告影視制作中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，也需要培養(yǎng)大批計(jì)算機(jī)圖形學(xué)方面的專門人才以適應(yīng)圖形處理技術(shù)的飛速發(fā)展。 中科院計(jì)算所人才招聘所要求的專業(yè)知識之一就是：有計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖象處理專業(yè)背景。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章1.3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用圖形用戶界面 介于人與計(jì)算機(jī)之間，人與機(jī)器的通信，人機(jī)界面（HCI）。 CAD/CAM 圖形學(xué)的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。 建筑、機(jī)械結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)分析和外形設(shè)計(jì)）、布局（各種管道，電子線路），實(shí)現(xiàn)無紙?jiān)O(shè)計(jì)。計(jì)算

8、機(jī)圖形學(xué)第一章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章可視化 科學(xué)計(jì)算可視化(Scientific Visualization)l必要性：直接分析大量的測量數(shù)據(jù)或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有困難l目標(biāo)：用圖形表現(xiàn)抽象的數(shù)據(jù)l應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)學(xué)圖象重建，遙感，流場、氣象、核爆模擬，有限元分析。l等等 信息可視化：信息流量，商業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，股市行情。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章地理信息系統(tǒng)（GIS） 建立在地理圖形之上的關(guān)于各種資源的綜合信息管理系統(tǒng) 數(shù)字地球，地形數(shù)據(jù)作為載體，全球信息化. 軍事，政府決策，旅游，資源調(diào)查。多媒體l在計(jì)算機(jī)控制下，對多種媒體信息進(jìn)行生成、操作、表現(xiàn)、存儲(chǔ)、通信、或集成的信息系統(tǒng)，其中媒體至少應(yīng)包括一種

9、“連續(xù)媒體”及一種“離散媒體”l計(jì)算機(jī)處理的常見媒體：文本、圖形、圖像、語音、音頻、視頻、動(dòng)畫l特點(diǎn)：媒體的多樣性、操作的交互性、系統(tǒng)的集成性 CAI， 教學(xué)娛樂。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章娛樂 電腦游戲 實(shí)時(shí)性 逼真性 蘊(yùn)含了先進(jìn)的圖形處理技術(shù)電視廣告，節(jié)目片頭，科教演示（CAI） Quake III，“古墓麗影”，“侏羅紀(jì)公園”、“皇帝的新衣”、“完美風(fēng)暴” MAYA, 3DS-MAX, SOFTIMAGE計(jì)算機(jī)藝術(shù) Coreldraw, Photoshop, 金山畫王筆, 相片真實(shí)感模擬與自然媒體仿真技術(shù)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章1.4 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展動(dòng)向計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展動(dòng)向造型技術(shù)造型技術(shù) 幾何造型技術(shù) 特征造型技術(shù) 基于物理的造型技術(shù) 不規(guī)則形體的造型技術(shù)真實(shí)圖形生成技術(shù)真實(shí)圖形生成技術(shù)現(xiàn)實(shí)中的物體在光源照射下根據(jù)物體表現(xiàn)的不同性質(zhì)產(chǎn)生反射，折射，陰影等，并相互影響，構(gòu)造出豐富多彩