三位程序設(shè)計(jì)(1)

1、2022-7-81三維圖形程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)三維圖形程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 尹尹 勇勇 任鴻翔任鴻翔 dmu_dmu_大連海事大學(xué)航海技術(shù)研究所大連海事大學(xué)航海技術(shù)研究所0411-847296510411-847296512022-7-82教材及參考書教材及參考書n計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（第（第3 3版）版） 蔡士杰譯蔡士杰譯nOpenGLOpenGL編程指南編程指南（第（第4 4版），鄧鄭祥譯版），鄧鄭祥譯n圖形理論知識(shí)：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論知識(shí)圖形理論知識(shí)：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論知識(shí)n圖形程序設(shè)計(jì)：應(yīng)用圖形圖形程序設(shè)計(jì)：應(yīng)用圖形APIAPI開發(fā)圖形應(yīng)用程序開發(fā)圖形應(yīng)用程序?qū)W習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容2022-7-83教學(xué)目的

2、教學(xué)目的n掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本理論知識(shí)掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本理論知識(shí)n掌握三維圖形的顯示流程和基本變換掌握三維圖形的顯示流程和基本變換n掌握三維圖形程序設(shè)計(jì)的基本方法掌握三維圖形程序設(shè)計(jì)的基本方法n掌握?qǐng)D形掌握?qǐng)D形APIAPI（OpenGLOpenGL）的基本知識(shí)）的基本知識(shí)n了解計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、游戲的一些基本知識(shí)了解計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、游戲的一些基本知識(shí)n了解虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本構(gòu)成、設(shè)計(jì)思路了解虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本構(gòu)成、設(shè)計(jì)思路2022-7-84第一章第一章 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)綜述計(jì)算機(jī)圖形學(xué)綜述一、定義計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專門的

3、顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科。它是專門的顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科。它是三維圖形應(yīng)用程序的基礎(chǔ)三維圖形應(yīng)用程序的基礎(chǔ). .三維圖形應(yīng)用程序三維圖形應(yīng)用程序=圖形學(xué)算法圖形學(xué)算法圖形顯示軟件圖形顯示軟件三維數(shù)據(jù)三維數(shù)據(jù)二、研究內(nèi)容1 1 圖形輸入、輸出設(shè)備與技術(shù)圖形輸入、輸出設(shè)備與技術(shù) 2 2 圖形的生成和表示技術(shù)圖形的生成和表示技術(shù)3 3 圖形操作與處理方法圖形操作與處理方法 4 4 圖形信息的描述和表示圖形信息的描述和表示5 5 幾何模型的構(gòu)造技術(shù)幾何模型的構(gòu)造技術(shù) 6 6 動(dòng)畫技術(shù)動(dòng)畫技術(shù)7 7 圖形實(shí)時(shí)性和真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)性和真實(shí)感第一節(jié)第一節(jié) 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述計(jì)算機(jī)

4、圖形學(xué)概述2022-7-85n硬件硬件 (體積從大到?。还δ軓娜醯綇?qiáng)）體積從大到??；功能從弱到強(qiáng)） 五十年代五十年代MIT MIT 第第1 1臺(tái)圖形顯示器臺(tái)圖形顯示器 （準(zhǔn)備期）（準(zhǔn)備期） 六十年代六十年代Ivan E.Sutherland - SketchpadIvan E.Sutherland - Sketchpad繪圖系統(tǒng)繪圖系統(tǒng)（發(fā)展期）（發(fā)展期） 七十年代中型機(jī)、小型機(jī)七十年代中型機(jī)、小型機(jī) （實(shí)用化）（實(shí)用化） 八十年代圖形工作站八十年代圖形工作站（推廣應(yīng)用期）（推廣應(yīng)用期） 九十年代九十年代PCPC圖形加速卡圖形加速卡（普及和廣泛應(yīng)用期）（普及和廣泛應(yīng)用期） 2121世紀(jì)世紀(jì) 高

5、速化，便攜化，自然交互方向發(fā)展高速化，便攜化，自然交互方向發(fā)展四、發(fā)展史四、發(fā)展史三、相關(guān)學(xué)科三、相關(guān)學(xué)科模型或數(shù)據(jù)模型或數(shù)據(jù)數(shù)字圖像數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)模式識(shí)別模式識(shí)別圖像處理圖像處理計(jì)算幾何計(jì)算幾何2022-7-86n軟件軟件 ( (從非標(biāo)準(zhǔn)從非標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)化；標(biāo)準(zhǔn)化； 從與設(shè)備相關(guān)從與設(shè)備相關(guān) 與設(shè)備無關(guān)）與設(shè)備無關(guān)） 七十年代七十年代ACMACMSIGGRAPH - 3D Core Graphics SystemSIGGRAPH - 3D Core Graphics System 八十年代八十年代ISO GKS - GKS3DISO GKS - GKS3D ANSI - PH

6、IGSANSI - PHIGS SGI GL SGI GL 九十年代九十年代OpenGLOpenGL DirectX DirectX 20002000年后：年后： Vega, VTree, OpenGVS, VRML, Java3D, Vega, VTree, OpenGVS, VRML, Java3D, X3D , OSG (Open Scene Graph) X3D , OSG (Open Scene Graph)2022-7-87五、應(yīng)用五、應(yīng)用n圖和表圖和表n計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造n虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)n游戲、娛樂游戲、娛樂n圖像處理圖像處理n圖形用戶界面圖形用戶

7、界面n數(shù)據(jù)可視化數(shù)據(jù)可視化n教學(xué)和培訓(xùn)教學(xué)和培訓(xùn)n計(jì)算機(jī)動(dòng)畫和藝術(shù)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫和藝術(shù)2022-7-88計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域2022-7-892022-7-8102022-7-811大連海事大學(xué)海上搜救模擬器大連海事大學(xué)海上搜救模擬器2022-7-812大連海事大學(xué)大型船舶操縱模擬器大連海事大學(xué)大型船舶操縱模擬器2022-7-8132022-7-8142022-7-8152022-7-8162022-7-817Snow2022-7-8202022-7-821電子海圖2022-7-822模擬雷達(dá)畫面2022-7-8232022-7-824應(yīng)用程序演示nMarine Simul

8、ator (CCTV-1)演示nMarine Simulator (Under-sea)演示nRescue Simulator 演示nX29 -DEMOnCloth Simulation演示nFractal Terrain 演示nMissle Test游戲程序演示2022-7-825第二節(jié)第二節(jié) 圖形系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備圖形系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備一、圖形系統(tǒng)的組成一、圖形系統(tǒng)的組成二、圖形系統(tǒng)的分類二、圖形系統(tǒng)的分類三、圖形系統(tǒng)的顯示設(shè)備三、圖形系統(tǒng)的顯示設(shè)備四、其他設(shè)備四、其他設(shè)備2022-7-826一、圖形系統(tǒng)的組成一、圖形系統(tǒng)的組成二、圖形系統(tǒng)的分類二、圖形系統(tǒng)的分類1 1）采用大、中型計(jì)算機(jī)的圖形系

9、統(tǒng)）采用大、中型計(jì)算機(jī)的圖形系統(tǒng)2 2）采用圖形工作站的圖形系統(tǒng)）采用圖形工作站的圖形系統(tǒng)3 3）采用）采用PCPC機(jī)的圖形系統(tǒng)機(jī)的圖形系統(tǒng) PC+PC+顯卡顯卡 2022-7-827三、圖形系統(tǒng)的顯示設(shè)備三、圖形系統(tǒng)的顯示設(shè)備CPUPCI/AGP/PCI-E總線總線顯卡顯卡顯示器顯示器圖形顯示流程示意圖1.1.顯卡顯卡( (圖形加速卡圖形加速卡) )2022-7-828顯示芯片顯示芯片( (圖形處理器圖形處理器,GPU),GPU)：n 顯存：顯存：n RAMDACRAMDAC：n 總線接口：總線接口：n 輸出接口：輸出接口：nVidianVidiaATIATI幀緩存幀緩存紋理緩存紋理緩存20

10、22-7-8292022-7-8302.2.顯示器顯示器CRTCRT顯示器顯示器液晶顯示器液晶顯示器等離子顯示器等離子顯示器 象素象素分辨率分辨率點(diǎn)距點(diǎn)距刷新率刷新率顏色數(shù)顏色數(shù) 圖圖 具有一位幀緩存的黑白顯示器工作原理具有一位幀緩存的黑白顯示器工作原理顯示器顯示器 顯卡顯卡 幀緩存幀緩存屏幕屏幕存儲(chǔ)位存儲(chǔ)位象素象素2022-7-831圖圖 具有具有24位面的真彩色顯示器工作原理位面的真彩色顯示器工作原理幀緩存幀緩存(24(24個(gè)位面?zhèn)€位面) )屏幕屏幕顯卡顯卡顯示器顯示器象素象素分辨率分辨率點(diǎn)距點(diǎn)距刷新率刷新率顏色數(shù)顏色數(shù) 2022-7-832頭盔顯示器頭盔顯示器 (HMD: Head-Mounted Display)(HMD: Head-Mounted Display)3.3.其他顯示設(shè)備其他顯示設(shè)備2022-7-833立體眼鏡立體眼鏡2022-7-834CAVE (Cave Automatic Virtual CAVE (Cav