计算机图形学1.3 _________计算机图形学应用.ppt

苏大计算机科学与技术学院 1.3 计算机图形学应用 计算机辅助设计与制造 可视化与可视计算 图形实时绘制与自然景物仿真 计算机动画 图形用户接口 计算机艺术 娱乐 地理信息系统 虚拟现实 CAD/CAM 计算机图形学在工业界最广泛、最活跃的应用领域 建筑、机械结构和产品设计（结构分析和外形设计）、布局（各种管道，电子线路），包括设计飞机、汽车、船舶的外形和发电厂、化工厂等的布局以及电子线路、电子器件等 Boeing 777（整体设计和模拟，其中包括飞机外型、内部零部件的安装和检验 ）, 无纸设计。 网络环境下的异地异构系统协同设计 基于工程图纸的三维形体重建 AutoCAD, GHCAD, SolidWorks, Pro/E, UG, CATIA, MDT, 优点：设计周期短，成本低，质量高 CAD产品设计 奥迪效果图和线框图 CAD建筑设计 三维形体重建 三维形体重建就是从二维信息中提取三维信息，通过对这些信息进行分类、综合等一系列处理，在三维空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体，恢复形体的点、线、面及其拓扑关系，从而实现形体的重建。 优势：可以做装配件的干涉检查、以及有限元分析、仿真、加工等后续操作，代表CAD技术的发展方向 三维形体重建例子之一 三维形体重建例子之二 ?目前主要的三维形体重建算法是针对多面体和对主轴方向有严格限制的二次曲面体的。任意曲面体的三维形体重建，至今仍是一个未解决的世界难题。 可视化与可视计算 海量的数据使得人们对数据的分析和处理变得越来越难，用图形来表示数据的迫切性与日俱增 科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing ) 1986年，美国科学基金会（NSF）专门召开了一次研讨会，会上提出了“科学计算可视化（Visualization in Scientific Computing）”。 为科学计算、工程和医药的数据集成过程生成的图形表示，指空间数据场的可视化。目标：用图形表现抽象的数据 应用领域：医学图象重建，数据融合，遥感，流场、气象、核爆模拟，有限元分析……。 科学可视化 在医学领域，可视化有着广阔的发展前途 是机械手术和远程手术的基础 将医用CT扫描的数据转化为三维图象，帮助医生判别病人体内的患处 由CT数据产生在人体内漫游的图象 可视化的前沿与难点 可视化硬件的研究 实时的三维体绘制 体内组织的识别分割——Segmentation 信息可视化 用于贸易、工业和其他非科学计算领域的数据可视化，指非空间数据的可视化 － 信息流量，商业统计数据，股市行情……。 － 发展：机器学习，数据挖掘 信息可视化例子 图形实时绘制与自然景物仿真 在计算机中重现真实世界的场景叫做真实感绘制 真实感绘制的主要任务 实现逼真物理模型 模拟真实物体的物理属性：物体的形状、光学性质、表面的纹理和粗糙程度以及物体间的相对位置、遮挡关系等等 光照模型 光照和表面属性是最难模拟的。从简单到复杂排列分别是：简单光照模型、局部光照模型和整体光照模型。 绘制方法 有模拟光的实际传播过程的光线跟踪法，也有模拟能量交换的辐射度方法。 加速算法及其他 研究加速算法，力求能在最短时间内绘制出最真实的场景 求交算法的加速 光线跟踪的加速，如包围体树、自适应八叉树都是著名的加速算法 阴影算法、纹理合成 基于多层阴影翼的软影绘制 真实感图形实时绘制 物体网格模型的面片简化，LOD, Occlusion culling 网格模型的面片简化，就是指对网格面片表示的模型，在一定误差的精度范围内，删除点、边、面，从而简化所绘制场景的复杂层度，加快图形绘制速度。 吴建华的牛头 基于图像的绘制（IBR Image Based Rendering）、基于Vedio绘制 IBR完全摒弃传统的先建模，然后确定光源的绘制的方法。它直接从一系列已知的图象中生成未知视角的图象。这种方法省去了建立场景的几何模型和光照模型的过程，也不用进行如光线跟踪等极费时的计算。该方法尤其适用于野外极其复杂场景的生成和漫游。 以“画中游”为例 画中游 http://koigakubo.hitachi.co.jp/little/DL_TipE.html Video from HKUST: http://www.cs.ust.hk/~cpegnel/glTIP/intro.html 大量模拟野外自然景物 真实感绘制已经从最初绘制简单的室内场景发展到现在大量模拟野外自然景物，比如绘制山、水、云、树、火等等。 绘制火和草的粒子系统（Particle System）， 基于