計算機,科學,導論第9章圖形學和可視化課件

第9章圖形學和可視化本章學習目標

◆掌握圖形學基本概念◆了解圖形系統(tǒng)◆掌握計算機視覺和可視化◆了解圖形用戶界面的程序設計◆了解人機交互◆了解虛擬現(xiàn)實9.1圖形學基本概念

9.1.1計算機圖形信息的處理

計算機圖形學(ComputerGraphics)：是研究怎樣用計算機構造(生成)圖形，并把圖形的描述數(shù)據(jù)(數(shù)學模型)通過指定的算法轉換(處理)成圖形顯示的一門學科。圖像處理(ImageProcessing)：是將客觀世界中原來存在的物體影像處理成新的數(shù)字化圖像的相關技術。模式識別：是當圖像信息輸入計算機后，先對它進行預處理和特征抽取等處理；然后對圖像進行分析和識別，找出其中蘊涵的內(nèi)在聯(lián)系或抽象模型；最后由計算機按照要求得到該圖像的分類與描述。9.1.2計算機圖形學的起源

從20世紀50年代初到60年代中計算機輔助設計/制造技術的開拓性研究。20世紀60年代中期開始，麻省理工學院、通用汽車公司、洛克西德飛機制造公司、貝爾電話實驗室等都展開了計算機圖形顯示的工作。20世紀70年代后，相繼出臺了許多圖形標準，圖形軟件的開發(fā)也更加方便，計算機圖形學發(fā)展趨于成熟。9.1.3計算機圖形學主要研究的內(nèi)容

計算機圖形學的主要研究對象是點、線、面、體、場的數(shù)學構造方法與其圖形顯示，以及它們隨時間變化的情況。(1)描述復雜物體圖形的方法與數(shù)學工具。(2)物體圖形描述數(shù)據(jù)的輸入。(3)幾何圖形數(shù)據(jù)的存儲。(4)物體圖形數(shù)據(jù)的運算處理(5)物體圖形數(shù)據(jù)的輸出顯示。(6)實時動畫和多媒體技術。(7)制定與圖形應用軟件有關的技術標準。

9.1.4計算機圖形學的應用1．計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)2．用戶可視化接口3．地理信息系統(tǒng)與制圖4．過程控制和指揮系統(tǒng)5．計算機動畫和藝術9.1.6常見的圖形圖像格式1．BMP格式2．GIF格式：

圖形交換格式(GraphicsInterchangeFormat：GIF)3．JPEG格式：JointPhotographicExpertsGroup4．TIFF格式：TagImage5．PNG格式：可移植性網(wǎng)絡圖像(PortableNetworkGraphics：PNG)5．PCX格式6．PSD格式7．CDR格式9.3計算機視覺和可視化

9.3.1人的視覺視覺是一個復雜的感知和思維過程，視覺器官(眼睛)接受外界的刺激信息，而大腦對這些信息通過復雜的機理進行處理和解釋，使這些刺激具有明確的物理意義。9.3.2計算機視覺計算機視覺(ComputationalVision)就是用各種成像系統(tǒng)代替視覺器官作為輸入敏感手段，由計算機來代替大腦完成處理和解釋。計算機視覺的最終研究目標就是使計算機能象人那樣通過視覺觀察和理解世界，具有自主適應環(huán)境的能力，這是要經(jīng)過長期努力才能達到的目標。9.5人機交互

9.5.1人機交互技術基礎

人機交互技術(HumanComputerInteraction

Techniques)是指通過計算機輸入、輸出設備，以有效的方式實現(xiàn)人與計算機對話的技術。9.5.4人機界面的設計1．人機界面應具備的特性

(1)功能性界面(2)情感性界面(3)環(huán)境性界面9.5.5數(shù)據(jù)交互數(shù)據(jù)交互：是人通過輸入數(shù)據(jù)的方式與計算機進行交流的一種方式，它是人機交互的重要內(nèi)容和形式。

1．數(shù)據(jù)交互的方式(1)問答式對話數(shù)據(jù)輸入交互(2)菜單選擇數(shù)據(jù)輸入交互(3)填表數(shù)據(jù)輸入交互(4)直接操縱數(shù)據(jù)輸入交互(5)關鍵詞數(shù)據(jù)輸入交互(6)條形碼數(shù)據(jù)輸入(7)光學字符識別(8)聲音數(shù)據(jù)輸入交互(9)圖像數(shù)據(jù)輸入9.5.7圖像交互圖像交互：簡單說，就是計算機根據(jù)人的行為，去理解圖像，然后作出反應。目前人們研究的機器視覺系統(tǒng)可以分為三個層次：圖像處理(最低級層次)圖像識別(較高級層次)圖像感知(最高層次)9.5.8行為交互通過身體的姿態(tài)和動作來表達意思，這就是所謂的人體行為交互。9.6虛擬現(xiàn)實

9.6.1虛擬現(xiàn)實技術基本概念

虛擬現(xiàn)實(VortureReality：VR)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實技術(VirtualRealityTechnology：VRT)的出現(xiàn)實際是計算機圖形學、人機接口技術、傳感器技術以及人工智能技術等交叉與綜合的結果。

1．沉浸性（虛擬現(xiàn)實技術的浸沒感或臨場參與感）2．交互性（開放、互動的環(huán)境）3．想象性（以視覺形式反映了設計者的思想）9.6.3虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成

虛擬現(xiàn)實一般有三個要素組成：軟件播放平臺、專業(yè)計算機(SGI)、成像設備。9.6.5VRML虛擬現(xiàn)實建模語言1．VRML語言概述虛擬實境描述模型語言(VirtualRealityModelingLanguage：VRML)是描述虛擬環(huán)境中場景的一種標準，利用它可以在Internet建立交互式的三維多媒體的境界。VRML的基本特征包括分布式、交互式、平臺無關、三維、多媒體集成、逼真自然等。VRML是一種建模語言，其基本目標是建立Internet上的交互式三維多媒體。9.7本章小結

本章闡述了計算機圖形信息系統(tǒng)的基本內(nèi)容，主要從計算機圖形學、圖形系統(tǒng)、可視化、人機交互、虛擬現(xiàn)實等方面來介紹。圖形學和可視化的研究范圍很廣，所涉及的學科很多，有些課題是