課計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)演示文稿

課計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)演示文稿2023/4/161現(xiàn)在是1頁\一共有46頁\編輯于星期二2023/4/162優(yōu)選課計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)現(xiàn)在是2頁\一共有46頁\編輯于星期二課程考核方法平時(shí)成績10%：考勤、學(xué)習(xí)態(tài)度；上機(jī)實(shí)驗(yàn)和作業(yè)30%；期末筆試60%（開卷）；作業(yè)完成方式按小組形式完成：2人一組每次課講解習(xí)題：隨機(jī)抽4-5個(gè)小組進(jìn)行講解，由同學(xué)介紹開發(fā)思路-用流程圖等；現(xiàn)在是3頁\一共有46頁\編輯于星期二講授內(nèi)容第1章緒論第2章VB.NET繪圖基礎(chǔ)第3章基本圖形、圖案設(shè)計(jì)第4章圖形變換及圖形設(shè)計(jì)第5章曲線的程序設(shè)計(jì)第8章VB.NET動(dòng)畫技術(shù)第9章用VB.NET開發(fā)交互式CAD系統(tǒng)第10章VBA程序設(shè)計(jì)現(xiàn)在是4頁\一共有46頁\編輯于星期二教學(xué)要求了解圖形學(xué)的基本問題，掌握?qǐng)D形學(xué)的基本概念、方法與算法；

對(duì)與圖形相關(guān)的應(yīng)用及當(dāng)前的研究熱點(diǎn)有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)；具有一定實(shí)踐體會(huì)和相關(guān)的編程能力?，F(xiàn)在是5頁\一共有46頁\編輯于星期二第一章2第1章緒論1.1基本概念

1.2發(fā)展過程

1.3應(yīng)用領(lǐng)域

現(xiàn)在是6頁\一共有46頁\編輯于星期二什么是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)？計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是利用計(jì)算機(jī)研究圖形的表示、生成、處理、顯示的學(xué)科。是建立在傳統(tǒng)的圖學(xué)理論、應(yīng)用數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)上的一門邊緣學(xué)科。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)中，最為活躍、得到廣泛應(yīng)用的分支之一現(xiàn)在是7頁\一共有46頁\編輯于星期二計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與傳統(tǒng)理論關(guān)系：計(jì)算幾何計(jì)算數(shù)學(xué)微分幾何形態(tài)學(xué)混沌學(xué)小波理論第一章緒論特征數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)模式識(shí)別計(jì)算機(jī)視覺圖象數(shù)字圖象處理圖形現(xiàn)在是8頁\一共有46頁\編輯于星期二

1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容

如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法，構(gòu)成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容。

圖形硬件、圖形標(biāo)準(zhǔn)、圖形交互技術(shù)、光柵圖形生成算法、曲線曲面造型、實(shí)體造型、真實(shí)感圖形計(jì)算與顯示算法，以及科學(xué)計(jì)算可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等。現(xiàn)在是9頁\一共有46頁\編輯于星期二圖形與圖象圖象純指計(jì)算機(jī)內(nèi)以位圖(Bitmap)形式存在的灰度信息。-Photoshop等軟件制作。圖形含有幾何屬性，更強(qiáng)調(diào)場(chǎng)景的幾何表示，是由場(chǎng)景的幾何模型和景物的物理屬性共同組成的。-Autocad等軟件制作?，F(xiàn)在是10頁\一共有46頁\編輯于星期二圖形學(xué)與CAD1962年，MIT林肯實(shí)驗(yàn)室,I.E.Sutherland

“Sketchpad：一個(gè)人機(jī)交互通信的圖形系統(tǒng)”Coons,“CAD”的概念，Coons曲面，Coons獎(jiǎng)圖形學(xué)與模式識(shí)別圖形學(xué)與視覺基于圖像的繪制基于視頻的繪制現(xiàn)在是11頁\一共有46頁\編輯于星期二1.2發(fā)展歷史1.歷史追溯2.硬件發(fā)展 圖形顯示器的發(fā)展 圖形輸入設(shè)備的發(fā)展3.圖形軟件及軟件標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展現(xiàn)在是12頁\一共有46頁\編輯于星期二歷史追溯50年代1950年，第一臺(tái)圖形顯示器作為美國麻省理工學(xué)院（MIT）旋風(fēng)I號(hào)（WhirlwindI）計(jì)算機(jī)的附件誕生了現(xiàn)在是13頁\一共有46頁\編輯于星期二歷史追溯60年代1962年，MIT林肯實(shí)驗(yàn)室的I.E.Sutherland發(fā)表了一篇題為“Sketchpad：一個(gè)人機(jī)交互通信的圖形系統(tǒng)”的博士論文--確定了交互圖形學(xué)作為一個(gè)學(xué)科分支（提出基本交互技術(shù)、圖元分層表示概念及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)…)?，F(xiàn)在是14頁\一共有46頁\編輯于星期二歷史追溯70年代圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化ACM成立圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，制定“核心圖形系統(tǒng)”（CoreGraphicsSystem）、ISO發(fā)布CGI、CGM、GKS、PHIGS真實(shí)感圖形學(xué)Bouknight提出了第一個(gè)光反射模型、Gourand提出“漫反射模型＋插值”的思想、Phong提出了著名的簡單光照模型實(shí)體造型技術(shù)英國劍橋大學(xué)CAD小組的Build系統(tǒng)美國羅徹斯特大學(xué)的PADL-1系統(tǒng)現(xiàn)在是15頁\一共有46頁\編輯于星期二80年代Whitted提出了一個(gè)光透視模型-Whitted模型，并第一次給出光線跟蹤算法的范例。圖形硬件和各個(gè)分支均在這個(gè)時(shí)期飛速發(fā)展90年代：微機(jī)和軟件系統(tǒng)的普及使得圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化多媒體技術(shù)、人工智能、科學(xué)計(jì)算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)三維造型技術(shù)歷史追溯現(xiàn)在是16頁\一共有46頁\編輯于星期二硬件發(fā)展圖形輸入設(shè)備的發(fā)展第一階段：控制開關(guān)、穿孔紙等等第一章緒論第二階段：鍵盤未來發(fā)展：用戶的思維第三階段：二維定位設(shè)備，如鼠標(biāo)、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，語音第四階段：三維輸入設(shè)備（如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣），用戶的手勢(shì)、表情等等現(xiàn)在是17頁\一共有46頁\編輯于星期二操縱桿和跟蹤球、數(shù)據(jù)手套輸入設(shè)備第一章61操縱桿：手柄通過一個(gè)球形軸承半固定在底座上，在手柄運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)一對(duì)電位器或電脈沖產(chǎn)生器,產(chǎn)生信號(hào)，控制屏幕上的光標(biāo)的運(yùn)動(dòng).但精度不夠桿，因此一般不用來進(jìn)行絕對(duì)坐標(biāo)的輸入。跟蹤球：原理與操縱桿類似，只是它

是右手直接推動(dòng)一個(gè)球在任意方向滾動(dòng)，轉(zhuǎn)換成信號(hào)，進(jìn)行圖形控制?，F(xiàn)在是18頁\一共有46頁\編輯于星期二第一章緒論數(shù)據(jù)手套應(yīng)用現(xiàn)在是19頁\一共有46頁\編輯于星期二Chapter135一般工作過程示意圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序圖形子程序包交互裝置主機(jī)顯示處理器輸出通道一般工作過程現(xiàn)在是20頁\一共有46頁\編輯于星期二應(yīng)用領(lǐng)域：管理、技術(shù)藝術(shù)與教育動(dòng)漫、游戲CAD/CAM仿真過程控制Chapter18Application現(xiàn)在是21頁\一共有46頁\編輯于星期二管理、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)繪制經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)、物理的2D或者3D圖形數(shù)據(jù)走勢(shì)圖，反應(yīng)在時(shí)間維數(shù)上的情況第一章9現(xiàn)在是22頁\一共有46頁\編輯于星期二藝術(shù)和教育教學(xué)活動(dòng)第一章18蟬（線框圖）藝術(shù)廣告視頻現(xiàn)在是23頁\一共有46頁\編輯于星期二計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）-CAD/CAM是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在工業(yè)界最廣泛、最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域飛機(jī)、汽車、船舶的外形的設(shè)計(jì)、反求和加工發(fā)電廠、化工廠等的布局土木工程、建筑物的設(shè)計(jì)電子線路、電子器件的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)結(jié)果直接送至后續(xù)工藝進(jìn)行加工處理，如波音777飛機(jī)的設(shè)計(jì)和加工過程；我國戰(zhàn)斗機(jī)FC－1的設(shè)計(jì)也采用了這種方法。反求視頻1

反求視頻2

加工視頻3第一章緒論現(xiàn)在是24頁\一共有46頁\編輯于星期二奧迪效果圖和線框圖第一章緒論現(xiàn)在是25頁\一共有46頁\編輯于星期二基于工程圖紙的三維形體重建定義：從二維信息中提取三維信息，通過對(duì)這些信息進(jìn)行分類、綜合等一系列處理，在三維空間中重新構(gòu)造出二維信息所對(duì)應(yīng)的三維形體，恢復(fù)形體的點(diǎn)、線、面及其拓?fù)潢P(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)形體的重建優(yōu)勢(shì)：可以做裝配件的干涉檢查、以及有限元分析、仿真、加工等后續(xù)操作，代表CAD技術(shù)的發(fā)展方向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）第一章緒論現(xiàn)在是26頁\一共有46頁\編輯于星期二工程圖及其三維重建結(jié)果1第一章緒論現(xiàn)在是27頁\一共有46頁\編輯于星期二可視化科學(xué)計(jì)算可視化(ScientificVisualization)海量的數(shù)據(jù)使得人們對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理變得越來越難，用圖形來表示數(shù)據(jù)的迫切性與日俱增1986年，美國科學(xué)基金會(huì)（NSF）專門召開了一次研討會(huì)，會(huì)上提出了“科學(xué)計(jì)算可視化（VisualizationinScientificComputing）”科學(xué)計(jì)算可視化廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、流體力學(xué)、有限元分析、氣象分析當(dāng)中第一章緒論現(xiàn)在是28頁\一共有46頁\編輯于星期二在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可視化有著廣闊的發(fā)展前途是機(jī)械手術(shù)和遠(yuǎn)程手術(shù)的基礎(chǔ)將醫(yī)用CT掃描的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維圖象，幫助醫(yī)生判別病人體內(nèi)的患處由CT數(shù)據(jù)產(chǎn)生在人體內(nèi)漫游的圖象可視化的前沿與難點(diǎn)可視化硬件的研究實(shí)時(shí)的三維體繪制體內(nèi)組織的識(shí)別分割——Segmentation第一章緒論現(xiàn)在是29頁\一共有46頁\編輯于星期二基于位置相關(guān)的地理圖形的關(guān)于各種資源的綜合信息系統(tǒng)軍事國防，決策支持，旅游，資源調(diào)查等。數(shù)字地球，地形和地理數(shù)據(jù)作為載體的全球信息化.地理信息系統(tǒng)（GIS）第一章緒論現(xiàn)在是30頁\一共有46頁\編輯于星期二虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality簡稱VR）虛擬現(xiàn)實(shí)是用計(jì)算機(jī)技術(shù)來生成一個(gè)逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自然的技能和某些設(shè)備對(duì)這一生成的虛擬世界客體進(jìn)行瀏覽和交互考察。特點(diǎn)：

三維真實(shí)的虛擬場(chǎng)景

自然的交互方式第一章緒論車輛人機(jī)研究視頻現(xiàn)在是31頁\一共有46頁\編輯于星期二●電腦游戲?qū)崟r(shí)性逼實(shí)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）●QuakeIII，“古墓麗影”，“侏羅紀(jì)公園”、“皇帝的新衣”、完美風(fēng)暴………多媒體與娛樂第一章緒論視頻游戲制作視頻現(xiàn)在是32頁\一共有46頁\編輯于星期二物體網(wǎng)格模型的面片簡化：對(duì)網(wǎng)格面片表示的模型，在一定誤差的精度范圍內(nèi)，刪除對(duì)結(jié)果圖像貢獻(xiàn)小的點(diǎn)、邊、面，從而簡化所繪制場(chǎng)景的復(fù)雜層度，加快圖形繪制速度；基于圖象的繪制(IBR，ImageBasedRendering)：不先建立幾何模型；它直接從一系列已知的圖象中生成未知視角的圖象，適用于野外極其復(fù)雜場(chǎng)景的生成漫游真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制第一章緒論現(xiàn)在是33頁\一共有46頁\編輯于星期二野外場(chǎng)景遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于室內(nèi)場(chǎng)景，繪制難度更大，方法更趨多樣化主要繪制山、水、云、樹、草、火等等繪制火的粒子系統(tǒng)（ParticleSystem），基于生理模型的繪制植物的方法，繪制云的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)方法等野外自然景物的模擬第一章緒論現(xiàn)在是34頁\一共有46頁\編輯于星期二由清華大學(xué)自然景物平臺(tái)生成的野外場(chǎng)景第一章緒論現(xiàn)在是35頁\一共有46頁\編輯于星期二日本YoshinoriDobashi等人繪制的真實(shí)感云第一章緒論現(xiàn)在是36頁\一共有46頁\編輯于星期二Xfrog3.0生成的挪威云杉第一章緒論現(xiàn)在是37頁\一共有46頁\編輯于星期二用于模擬藝術(shù)效果，研究方法有別于真實(shí)感圖形學(xué)鋼筆素描的生成鋼筆素描產(chǎn)生于中世紀(jì)，從19世紀(jì)開始成為一門藝術(shù)20世紀(jì)90年代開始研究用計(jì)算機(jī)模擬中國國畫與書法的生成非真實(shí)感繪制（NPR，Non-PhotorealisticRendering）第一章緒論現(xiàn)在是38頁\一共有46頁\編輯于星期二GeorgesWinkenb1ach繪制的壺和碗(Siggraph’96)第一章緒論現(xiàn)在是39頁\一共有46頁\編輯于星期二Salisbury繪制的茶壺(Siggraph’97)第一章緒論現(xiàn)在是40頁\一共有46頁\編輯于星期二Salisbury繪制的熊(Siggraph’97)第一章緒論現(xiàn)在是41頁\一共有46頁\編輯于星期二OliverDeussen繪制的素描樹(Siggraph’2000)第一章緒論現(xiàn)在是42頁\一共有46頁\編輯于星期二鋼筆畫效果鋼筆素描產(chǎn)生于中世紀(jì)，