计算机科学导论(第2版)第9章 图形学和可视化.ppt

计算机科学导论 第9章 图形学和可视化 本章学习目标 ◆掌握图形学基本概念 ◆了解图形系统 ◆掌握计算机视觉和可视化 ◆了解图形用户界面的程序设计 ◆了解人机交互 ◆了解虚拟现实 9.1 图形学基本概念 9.1.1 计算机图形信息的处理 计算机图形学(Computer Graphics)：是研究怎样用计算机构造(生成)图形，并把图形的描述数据(数学模型)通过指定的算法转换(处理)成图形显示的一门学科。 图像处理(Image Processing)：是将客观世界中原来存在的物体影像处理成新的数字化图像的相关技术。 模式识别：是当图像信息输入计算机后，先对它进行预处理和特征抽取等处理；然后对图像进行分析和识别，找出其中蕴涵的内在联系或抽象模型；最后由计算机按照要求得到该图像的分类与描述。 计算机图形学、图像处理和模式识别三者之间有千丝万缕的联系，彼此相互融合、相互促进 数字成像的一般处理过程 (1) 建立模拟对象的几何模型。 (2) 将单个物体进行组装。 (3) 确定观察点位置。 (4) 确定显示范围。 (5) 确定图形显示器屏面上的显示范围。 (6) 计算各单元三角形的法向矢量，根据光照模型确定可见三角形表面的亮度和色彩。 (7) 显示所有可见的三角形单元。 9.1.2 计算机图形学的起源 从20世纪50年代初到60年代中，麻省理工学院开始从事现代计算机辅助设计/制造技术的开拓性研究 。 1963年，麻省理工学院的Lvan E. Sutherland发表了“画板(Sketckpad)。 1964年孔斯(Steve Coons)提出了用小块曲面片组合表示自由型曲面时使曲面片边界上达到任意高次连续阶的理论方法。 20世纪60年代中期开始，麻省理工学院、通用汽车公司、洛克西德飞机制造公司、贝尔电话实验室等都展开了计算机图形显示的工作。 20世纪70年代后，相继出台了许多图形标准，图形软件的开发也更加方便，计算机图形学发展趋于成熟。 9.1.3 计算机图形学主要研究的内容 计算机图形学的主要研究对象是点、线、面、体、场的数学构造方法与其图形显示，以及它们随时间变化的情况。 (1) 描述复杂物体图形的方法与数学工具。 (2) 物体图形描述数据的输入。 (3) 几何图形数据的存储。 (4) 物体图形数据的运算处理 (5) 物体图形数据的输出显示。 (6) 实时动画和多媒体技术。 (7) 制定与图形应用软件有关的技术标准。 9.1.4 计算机图形学的应用 1．计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 2．用户可视化接口 3．地理信息系统与制图 4．过程控制和指挥系统 5．计算机动画和艺术 9.1.5 计算机图形的标准化 国际标准化组织和其他一些机构相继提出了许多计算机图形学的标准，这些标准都遵循与计算机硬件无关，能实现程序的可移植性的原则。 1．计算机图形接口(Computer Graphics Interface：CGI) 2．计算机图形元文件标准(Computer Graphics Metafile：CGM) 3．计算机图形核心系统(Graphics Kernel System：GKS) 4．初始图形交换规范(Initial Graphics Exchange Specification：IGES) 5．图形库(Graphics Library：GL) 6．程序员层次交互式图形系统(Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics System：PHIGS) 7．计算机图形参考模型(Computer Graphics Reference Model：CGRM) 9.1.6 常见的图形图像格式 1．BMP格式 2．GIF格式：图形交换格式(Graphics Interchange Format：GIF) 3．JPEG格式：Joint Photographic Experts Group 4．TIFF格式：Tag Image File Format 5．PNG格式 ：可移植性网络图像 (Portable Network Graphics：PNG) 5．PCX格式 6．PSD格式 7．CDR格式 9.2 图 形 系 统 1．图形系统的处理器 (1) 图形形成 (2) 图形显示 2．图形系统的存储器 3．图形系统的输入设备 (1) 向量型图形输入设备 (2) 光栅扫描型图形输入设备 4．图形系统的输出设备 (1) 显示器 (2) 打印机 (3) 绘图仪 9.3 计算机视觉和可视化 9.3.1 人的视觉 视觉是人最重要的感觉，它是人的主要感觉来源，因为人认识外界信息中70%来自视觉