计算机图形学ppt课件第一章计算机图形学基础知识.pptx

计算机图形学202X戚世贵

教学要求了解图形系统的框架及其涉及的软件、硬件技术；单击此处添加小标题了解图形学的基本问题，掌握图形学的基本概念、方法与算法；单击此处添加小标题对与图形相关的应用及当前的研究热点有一个初步认识；单击此处添加小标题具有一定实践体会和相关的编程能力。单击此处添加小标题

教材或参考书教材潘云鹤：计算机图形学-原理、方法及应用主要参考书：孙家广：计算机图形学（第三版），清华大学出版社，1999。倪明田等，“计算机图形学”，北京大学出版社，1999。DonaldHearn,M.PaulineBaker,“ComputerGraphics(CVersion)”,PrenticeHall,1997.JamesD.Foley,AndriesvanDametc.,“IntroductiontoComputerGraphics”,Addison-Wesley,1996

第一章

计算机图形学基本知识

研究内容发展历史计算机图形学的应用及研究前沿

1.1计算机图形学研究内容何谓图形？图形：计算机图形学的研究对象—能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象—包括自然景物、拍摄到的图片、用数学方法描述的图形等等构成图形的要素？—几何要素：刻画对象的轮廓、形状等—非几何要素：刻画对象的颜色、材质等

计算机中如何表示图形？—点阵表示枚举出图形中所有的点(强调图形由点构成)简称为图像（数字图像）—参数表示123654图形主要分为两类：—基于线条信息表示—明暗图(Shading)简称为图形：由图形的形状参数(方程或分析表达式的系数，线段的端点坐标等)+属性参数(颜色、线型等)来表示图形

什么是计算机图形学？定义：用计算机表示、生成、处理和显示图形对象的一门学科。计算机图形学是计算机科学中，最为活跃、得到广泛应用的分支之一图像处理：将客观世界中原来存在的物体的影像处理成新的数字化图像的相关技术。—研究如何对一幅连续图像取样、量化以产生数字图像，如何对数字图像做各种变换以方便处理，—如何滤去图像中的无用噪声，如何压缩图像数据以便存储和传输，图像边缘提取，特征增强和提取。模式识别：对输入的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。—图形学的逆过程，分析和识别输入的图像并从中提取二维或三维的数据模型（特征）。手写体识别、机器视觉。

计算机图形学的研究内容如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形学的主要研究内容。图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。

1.2图像学的发展历史50年代1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风I号（WhirlwindI）计算机的附件诞生了1958年，美国Calcomp公司由联机的数字记录仪发展成滚筒式绘图仪，GerBer公司把数控机床发展成为平板式绘图仪50年代末期，MIT的林肯实验室在“旋风”计算机上开发SAGE空中防御体系

60年代1962年，MIT林肯实验室的I.E.Sutherland发表了一篇题为“Sketchpad：一个人机交互通信的图形系统”的博士论文--确定了交互图形学作为一个学科分支（提出基本交互技术、图元分层表示概念及数据结构…)。1962年，雷诺汽车公司的工程师PierreBézier提出Bézier曲线、曲面的理论1964年MIT的教授StevenA.Coons提出了超限插值的新思想，通过插值四条任意的边界曲线来构造曲面。

70年代光栅图形学迅速发展区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念、及其相应算法纷纷诞生图形软件标准化1974年，ACMSIGGRAPH的与“与机器无关的图形技术”的工作会议ACM成立图形标准化委员会，制定“核心图形系统”（CoreGraphicsSystem）ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS真实感图形学1970年，Bouknight提出了第一个光反射模型1971年Gourand提出“漫反射模型＋插值”的思想，被称为Gourand明暗处理1975年，Phong提出了著名的简单光照模型-Phong模型实体造型技术英国剑桥大学CAD小组的Build系统美国罗彻斯特大学的PADL-1系统

80年代1980年Whitted提出了一个光透视模型-Whitted模型，并第一次给出光线跟踪算法的范例，实现Whitted模型1984年，美国Cornell大学和日本广岛大学的学者分别将热辐射工程中的辐射度方法引入到计算机图形学中图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发展