計算機圖形學與虛擬現(xiàn)實

2023/9/171計算機圖形學是計算機技術、電視顯示技術和圖形信息處理技術相結(jié)合的一門學科。它研究有關對象的圖形的計算機表示、生成、處理、視覺真實性實現(xiàn)的基本原理和基本技術。它是計算機領域中發(fā)展最迅速的學科之一，已廣泛用于科學研究、工業(yè)和建筑設計、醫(yī)學研究、文化教育、地理地質(zhì)，益智娛樂、商業(yè)廣告和軍事等領域2023/9/172圖形信息與文字信息相比具有直觀、形象、含義豐富等優(yōu)點，有著廣泛的應用前景。但是圖形的生成、表示、處理、存儲和管理卻比文字信息復雜得多。2023/9/1732023/9/174計算機圖形學（ComputerGraphics）是研究怎樣用計算機生成、處理和顯示圖形的一門新興學科.國際標準化組織（ISO）定義為：計算機圖形學是研究通過計算機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專門顯示設備上顯示的原理、方法和技術的學科。2023/9/175

計算機圖形學的研究內(nèi)容圖形：計算機圖形學的研究對象能在人的視覺系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺印象的客觀對象包括自然景物、拍攝到的圖片、用數(shù)學方法描述的圖形等等構成圖形的要素幾何要素：刻畫對象的輪廓、形狀等非幾何要素：刻畫對象的顏色、材質(zhì)等結(jié)束2023/9/176計算機中表示圖形的方法點陣表示枚舉出圖形中所有的點(強調(diào)圖形由點構成)簡稱為圖像（數(shù)字圖像）參數(shù)表示由圖形的形狀參數(shù)(方程或分析表達式的系數(shù)，線段的端點坐標等)+屬性參數(shù)(顏色、線型等)來表示圖形簡稱為圖形2023/9/177 計算機圖形學的研究內(nèi)容圖形的輸入

如何開發(fā)利用圖形輸入設備及軟件將圖形輸入到計算機中去，以便作各種處理。圖形的處理包括對圖形進行變換(幾何變換，投影變換)和運算（集合運算）,著色，形變等……圖形的輸出

如何將圖形特定的表示形式轉(zhuǎn)換成圖形輸出系統(tǒng)便于接受的表示形式，并將圖形在顯示屏或打印機等輸出設備上輸出。2023/9/178計算機圖形學的研究內(nèi)容.與相關學科的關系數(shù)字圖像數(shù)據(jù)模型圖像生成（計算機圖形學）模型（特征）提取（計算機視覺，模式識別）模型變換（計算幾何）圖像變換（圖像處理）.發(fā)展特點:交叉、界線模糊、相互滲透DIGITALIMAGING：2023/9/179用計算機生成、處理和顯示圖形的學科；由幾何數(shù)據(jù)和幾何模型，利用計算機進行顯示并存儲，并可以進行修改、完善以及有關操作的過程.計算機圖形學2023/9/1710

計算幾何研究幾何模型和數(shù)據(jù)處理的學科，討論幾何形體的計算機表示、分析和綜合，研究如何方便靈活、有效地建立幾何形體的數(shù)學模型以及在計算機中更好地存貯和管理這些模型數(shù)據(jù)；2023/9/17112023/9/1711

數(shù)字圖象處理是將圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式并利用計算機進行處理的過程:圖像獲取、圖像變換、圖像增強、圖像復原、圖像編碼、圖像分析、圖像識別、圖像理解。

與計算機圖形學的概念容易混淆的是圖像處理。計算機圖形學的基本含義是使用計算機通過算法和程序在顯示設備上構造出圖形來。與此相反，圖像處理是將客觀世界中原來存在的物體的影像處理成新的數(shù)字化圖像的相關技術，并研究如何從圖像中提取二維或三維物體的模型。它所研究的是計算機圖形學的逆過程。2023/9/1712計算機視覺和模式識別:對所輸入的圖象進行分析和識別，找出其中蘊涵的內(nèi)在聯(lián)系或抽象模型；如郵政分檢設備、地形地貌識別等；圖形學的逆過程，分析和識別輸入的圖像,并從中提取二維或三維的數(shù)據(jù)模型（特征）。手寫體識別、機器視覺2023/9/1713

計算機圖形學的研究內(nèi)容涉及到用計算機對圖形數(shù)據(jù)進行處理的硬件和軟件兩方面的技術，主要是圍繞著生成、表示物體的圖形圖像的準確性、真實性和實時性的基礎算法，大致可分為以下幾類：2023/9/1714

（1）基于圖形設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)的圖案填充等。

（4）三維幾何造型技術，對基本體素的定義、輸入及它們之間的布爾運算方法。

（5）三維形體的實時顯示，包括投影變換、坐標變換等。

（2）圖形元素的幾何變換，即對圖形的平移、放大和縮小、旋轉(zhuǎn)、鏡像等操作。

（3）樣條曲線和樣條曲面的插值、擬合、拼接、光順、整體和局部修改等。2023/9/1715

（8）科學計算可視化和三維數(shù)據(jù)場的可視化，將科學計算中大量難以理解的數(shù)據(jù)通過計算機圖形顯示出來，從而加深人們對科學過程的理解。例如有限元分析的結(jié)果等；應力場、磁場的分布等；各種復雜的運動學和動力學問題的圖形仿真等。

（7）山、水、花、草、煙、云等自然景物的模擬生成算法等。

（6）真實感圖形的生成算法，包括三維圖形的消隱、光照、色彩、陰影、紋理及彩色濃淡圖的生成算法。2023/9/1716圖形軟件發(fā)展及軟件標準形成

三種類型的計算機圖形軟件系統(tǒng)：(1)用某種語言寫成的子程序包

GKS(GraphicsKernelSystem)PHIGS(Programmer’sHerarchicalIuteractiveGraphicssystem) 便于移植和推廣、但執(zhí)行速度相對較慢，效率低(2）擴充計算機語言，使其具有圖形生成和處理的功能如：TurboPascal、TurboC，AutoLisp,VC等。簡練、緊湊、執(zhí)行速度快，但不可移植（3）專用圖形系統(tǒng)：效率高，但系統(tǒng)開發(fā)量大，可移植性差。(4)MATLAB,MathWorks公司,一種交互式面向?qū)ο蟮某绦蛟O計語言,工程計算領域中重要應用軟件.2023/9/1717通用的、與設備無關的圖形包，圖形標準

CGS(CoreGraphicsSystem,核心圖形系統(tǒng),1977年ACM提出)

GKS(GraphicsKernelSystem,)(第一個官方標準，ISO,1977)

PHIGS

(Programmer’sHerarchicalIuteractiveGraphicssystem,程序員層次交互式圖形系統(tǒng))

一些非官方圖形軟件，廣泛應用于工業(yè)界，成為事實上的標準DirectX(MS)Xlib(X-Window系統(tǒng))OpenGL(SGI)Adobe公司Postscript

開放式、高效率的發(fā)展趨勢2023/9/1718圖形標準的層次關系2023/9/1719VirtualReality（虛擬現(xiàn)實、靈境）VirtualReality或稱虛擬環(huán)境（VirtualEnvironment)是用計算機技術來生成一個逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓