第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué).

1、2012-9-62012-2013（1）1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)2013-2-162012-2013（2）2教學(xué)要求教學(xué)要求了解圖形系統(tǒng)的框架及其涉及的軟件、硬了解圖形系統(tǒng)的框架及其涉及的軟件、硬件技術(shù)；件技術(shù)； 了解圖形學(xué)的基本問題，掌握?qǐng)D形學(xué)的基了解圖形學(xué)的基本問題，掌握?qǐng)D形學(xué)的基本概念、方法與算法；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)；一個(gè)初步認(rèn)識(shí)； 具有一定實(shí)踐體會(huì)和基本的編程能力。具有一定實(shí)踐體會(huì)和基本的編程能力。 2013-2-162012-2013（2）3教材與參考書教材與參考書v教材教材l張怡芳、李繼芳、柴

2、本成：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用實(shí)例張怡芳、李繼芳、柴本成：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用實(shí)例, ,機(jī)機(jī)械工業(yè)出版社械工業(yè)出版社,2007.10,2007.10。v主要參考書主要參考書l陳傳波陳傳波, ,陸楓陸楓. .計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ). .電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社,2002.,2002.l和青芳和青芳: :計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理及算法教程計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理及算法教程, ,清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社,2006.,2006.l杜曉增杜曉增: :計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ), ,機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社,2004,2004l楊欽等楊欽等: :計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué), ,清華大學(xué)出版社清華

3、大學(xué)出版社,2005,2005l唐榮錫等唐榮錫等: :計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教程（修訂版）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教程（修訂版）, ,科學(xué)出版社科學(xué)出版社,2000,2000l孫家廣孫家廣: :計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)教程, ,清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社,2005,2005l潘云鶴潘云鶴: :計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理、方法及應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理、方法及應(yīng)用, ,高等教育出版高等教育出版社社,2004,2004。2013-2-162012-2013（2）4學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 目目 的的 掌握基本理論知識(shí)，為進(jìn)一步的學(xué)習(xí)或研究打下掌握基本理論知識(shí)，為進(jìn)一步的學(xué)習(xí)或研究打下良好的基礎(chǔ)；良好的基礎(chǔ)；掌握基本圖形生成算法掌握基

4、本圖形生成算法掌握?qǐng)D形二維、三維變換算法掌握?qǐng)D形二維、三維變換算法掌握二維圖形圖形裁剪算法掌握二維圖形圖形裁剪算法了解圖形學(xué)前沿的研究與應(yīng)用；了解圖形學(xué)前沿的研究與應(yīng)用；了解圖形設(shè)備及交互技術(shù)。了解圖形設(shè)備及交互技術(shù)。2013-2-162012-2013（2）5圖形學(xué)概述圖形學(xué)概述 “圖形圖形”是人類最早的文明體現(xiàn)。它是人類最早的文明體現(xiàn)。它和文字、聲音等一樣，是承載信息進(jìn)行交和文字、聲音等一樣，是承載信息進(jìn)行交流的重要媒體。是一切設(shè)計(jì)工作的核心內(nèi)流的重要媒體。是一切設(shè)計(jì)工作的核心內(nèi)容之一。圖形學(xué)作為一門科學(xué)，歷來是人容之一。圖形學(xué)作為一門科學(xué)，歷來是人們重要的學(xué)習(xí)和研究?jī)?nèi)容。們重要的學(xué)習(xí)和研

5、究?jī)?nèi)容。 2013-2-162012-2013（2）6緒論緒論l計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及其相關(guān)概念計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及其相關(guān)概念l計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究對(duì)象計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究對(duì)象l計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史l計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)第第1章章 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述2013-2-162012-2013（2）7計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（CG，Computer Graphics）l是研究如何從真實(shí)的或虛擬的物體出發(fā)，為其在計(jì)是研究如何從真實(shí)的或虛擬的物體出發(fā)，為其在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立起相應(yīng)的模型，并用畫面描繪出來。算機(jī)內(nèi)建立起相應(yīng)的模

6、型，并用畫面描繪出來。l通俗地講，就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行圖形的生成、通俗地講，就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行圖形的生成、處理和輸出。處理和輸出。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義：的定義： l計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專門顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)并在專門顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科?？?。l它是建立在傳統(tǒng)的圖學(xué)理論、應(yīng)用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科它是建立在傳統(tǒng)的圖學(xué)理論、應(yīng)用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)上的一門邊緣學(xué)科。學(xué)基礎(chǔ)上的一門邊緣學(xué)科。IEEE的定義：的定義：Computer graphics is the art

7、 or science of producing graphical images with the aid of computer2013-2-162012-2013（2）8計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象是圖形圖形 l通常意義通常意義 圖形圖形是指能夠在人的視覺系統(tǒng)中形成視覺印是指能夠在人的視覺系統(tǒng)中形成視覺印象的客觀對(duì)象。象的客觀對(duì)象。它既包括了各種照片、圖片、圖案、圖像以及圖它既包括了各種照片、圖片、圖案、圖像以及圖形實(shí)體；形實(shí)體；包括了由函數(shù)式、代數(shù)方程和表達(dá)式所描述的圖包括了由函數(shù)式、代數(shù)方程和表達(dá)式所描述的圖形。形。 20

8、13-2-162012-2013（2）9計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象圖形與圖像的區(qū)別圖形與圖像的區(qū)別 l表示方法不同表示方法不同主要區(qū)別主要區(qū)別 圖形圖形是用矢量表示的；是用矢量表示的；圖像圖像是用點(diǎn)陣表示的。是用點(diǎn)陣表示的。矢量矢量點(diǎn)陣（圖形掃描轉(zhuǎn)換）點(diǎn)陣（圖形掃描轉(zhuǎn)換）；點(diǎn)陣點(diǎn)陣矢量（圖像識(shí)別和處理）矢量（圖像識(shí)別和處理）點(diǎn)陣圖放大后的點(diǎn)陣圖矢量圖放大后的矢量圖2013-2-162012-2013（2）10計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象構(gòu)成圖形的要素構(gòu)成圖形的要素 l幾何要素幾何要素 是刻畫形狀的點(diǎn)、線、面、體等的要素；是刻畫形狀的點(diǎn)、線、面、體等的要素；l非

9、幾何要素非幾何要素是反映物體本身固有屬性，如表面屬性或材質(zhì)的是反映物體本身固有屬性，如表面屬性或材質(zhì)的明暗、灰度、色彩（顏色信息）等。明暗、灰度、色彩（顏色信息）等。p例例一幅黑白照片上的圖像是由不同一幅黑白照片上的圖像是由不同灰度灰度的點(diǎn)構(gòu)成的；的點(diǎn)構(gòu)成的；方程方程x2+y2=r2所確定的圖形則是由具有一定信息所確定的圖形則是由具有一定信息并滿足該方程的并滿足該方程的點(diǎn)點(diǎn)所構(gòu)成的。所構(gòu)成的。2013-2-162012-2013（2）11計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中所研究的圖形計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中所研究的圖形 l從客觀世界物體中抽象出來的帶有顏色及形狀從客觀世界物體中抽

10、象出來的帶有顏色及形狀信息的圖和形。信息的圖和形。2013-2-162012-2013（2）12計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)學(xué)科計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)學(xué)科 圖像處理圖像處理l如：如：CT掃描、掃描、X射線探傷等。主要涉及圖形的射線探傷等。主要涉及圖形的增強(qiáng)、分割、去噪、重組、特征提取和存儲(chǔ)等。增強(qiáng)、分割、去噪、重組、特征提取和存儲(chǔ)等。 模式識(shí)別模式識(shí)別l如：郵政分檢設(shè)備、地形地貌識(shí)別等如：郵政分檢設(shè)備、地形地貌識(shí)別等計(jì)算幾何計(jì)算幾何l研究如何方便、靈活、有效地建立幾何形體研究如何方便、靈活、有效地建立幾何形體 的數(shù)學(xué)模型，以及在計(jì)算機(jī)中更好地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。的數(shù)學(xué)模型，以及在計(jì)算機(jī)中更好地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。和管理這些模型

11、。和管理這些模型。2013-2-162012-2013（2）13計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)學(xué)科計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)學(xué)科圖圖形形顯顯示示對(duì)對(duì)象象模模型型（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)）（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)）圖像生成圖像生成圖像變換圖像變換（圖像處理）（圖像處理）模型變換模型變換（計(jì)算幾何）（計(jì)算幾何） 模型（特征）提取模型（特征）提取 (計(jì)算機(jī)視覺計(jì)算機(jī)視覺,模式識(shí)別模式識(shí)別)2013-2-162012-2013（2）14圖形學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別的異同圖形學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別的異同領(lǐng)域 內(nèi)容 計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)圖圖形形學(xué)學(xué) 模模式式識(shí)識(shí)別別 圖圖像像處處理理 輸輸入入 形式描述 視覺表達(dá) 視覺表達(dá) 輸輸出出 視覺表達(dá) 形式描述

12、視覺表達(dá) 對(duì)對(duì)象象 直線、文字、像、域或其集合 生成或掃描的圖像 掃描的圖像 目目的的 圖形生成、表達(dá)、分段、變換 模式、結(jié)構(gòu)分析、景物分析 圖像增強(qiáng) 2013-2-162012-2013（2）15計(jì)算機(jī)中圖形的表示計(jì)算機(jī)中圖形的表示 點(diǎn)陣法點(diǎn)陣法l是用具有顏色信息的點(diǎn)陣來表示圖形的一種方法，它是用具有顏色信息的點(diǎn)陣來表示圖形的一種方法，它強(qiáng)調(diào)圖形由哪些點(diǎn)組成，并具有什么灰度或色彩。強(qiáng)調(diào)圖形由哪些點(diǎn)組成，并具有什么灰度或色彩。 參數(shù)法參數(shù)法l是以計(jì)算機(jī)中所記錄圖形的是以計(jì)算機(jī)中所記錄圖形的形狀參數(shù)形狀參數(shù)與與屬性參數(shù)屬性參數(shù)來表來表示圖形的一種方法。示圖形的一種方法。 l形狀參數(shù)形狀參數(shù)可以是

13、形狀的方程系數(shù)、線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)可以是形狀的方程系數(shù)、線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)對(duì)等幾何屬性的描述；對(duì)等幾何屬性的描述；l屬性參數(shù)屬性參數(shù)則描述灰度、色彩、線型等非幾何屬性。則描述灰度、色彩、線型等非幾何屬性。通常通常l把參數(shù)法描述的圖形叫做把參數(shù)法描述的圖形叫做圖形圖形（Graphics） l把點(diǎn)陣法描述的圖形叫做把點(diǎn)陣法描述的圖形叫做圖像圖像（Image）2013-2-162012-2013（2）16計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史最早的計(jì)算機(jī)僅僅是用來進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行最早的計(jì)算機(jī)僅僅是用來進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形處理的工程應(yīng)用，應(yīng)歸功于美國(guó)的戰(zhàn)術(shù)防空系統(tǒng)圖形處理的工

14、程應(yīng)用，應(yīng)歸功于美國(guó)的戰(zhàn)術(shù)防空系統(tǒng) SAGE (Semi Automatic Ground Environment)。二次世界大戰(zhàn)剛一結(jié)束，美國(guó)國(guó)防部就開始籌劃如何預(yù)防二次世界大戰(zhàn)剛一結(jié)束，美國(guó)國(guó)防部就開始籌劃如何預(yù)防遠(yuǎn)程轟炸機(jī)攜帶核彈頭突然襲擊美國(guó)本土的問題，最后決遠(yuǎn)程轟炸機(jī)攜帶核彈頭突然襲擊美國(guó)本土的問題，最后決定建立一個(gè)實(shí)時(shí)信息控制系統(tǒng)，以便監(jiān)視北美的整個(gè)空域定建立一個(gè)實(shí)時(shí)信息控制系統(tǒng)，以便監(jiān)視北美的整個(gè)空域和地域，使空軍總部的指揮員能清晰地看到空中的目標(biāo)和和地域，使空軍總部的指揮員能清晰地看到空中的目標(biāo)和地面機(jī)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)，及時(shí)準(zhǔn)確地指揮作戰(zhàn)。地面機(jī)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)，及時(shí)準(zhǔn)確地指揮作戰(zhàn)。2013-

15、2-162012-2013（2）17計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史具體的部署是研制計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)和在全國(guó)部署一百多個(gè)圖具體的部署是研制計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)和在全國(guó)部署一百多個(gè)圖形工作站，利用形工作站，利用19英寸陰極射線管英寸陰極射線管(CRT)顯示各個(gè)軍區(qū)的顯示各個(gè)軍區(qū)的地理邊界、雷達(dá)搜索目標(biāo)的位置和航跡、攔截點(diǎn)的位置以地理邊界、雷達(dá)搜索目標(biāo)的位置和航跡、攔截點(diǎn)的位置以及計(jì)算機(jī)生成的其他信息。及計(jì)算機(jī)生成的其他信息。指揮員可以用光筆指揮員可以用光筆( (當(dāng)時(shí)稱為光槍當(dāng)時(shí)稱為光槍) )指點(diǎn)屏幕上的某一目標(biāo)，指點(diǎn)屏幕上的某一目標(biāo)，詢問進(jìn)一步的細(xì)節(jié)或向計(jì)算機(jī)發(fā)送其他指令。詢問進(jìn)一步的細(xì)節(jié)或向計(jì)

16、算機(jī)發(fā)送其他指令。2013-2-162012-2013（2）18計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史許多公司參與研制了許多公司參與研制了 SAGE 系統(tǒng)，整個(gè)技術(shù)方案由麻省理系統(tǒng)，整個(gè)技術(shù)方案由麻省理工學(xué)院工學(xué)院(MIT)林肯實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)。林肯實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)。SAGE 系統(tǒng)系統(tǒng) 1957 年投入使用，二十世紀(jì)年投入使用，二十世紀(jì) 60 年代中期逐漸年代中期逐漸淘汰，整個(gè)計(jì)劃并未最終完成。但這一嘗試為交互式計(jì)算淘汰，整個(gè)計(jì)劃并未最終完成。但這一嘗試為交互式計(jì)算機(jī)圖形顯示技術(shù)的發(fā)展無疑起到了巨大的帶頭作用。機(jī)圖形顯示技術(shù)的發(fā)展無疑起到了巨大的帶頭作用。 2013-2-162012-2013（2）

17、19計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史醞釀期（醞釀期（20世紀(jì)世紀(jì)50年代）年代） 萌芽期（萌芽期（20世紀(jì)世紀(jì)60年代）年代）廣泛應(yīng)用廣泛應(yīng)用期（期（20世紀(jì)世紀(jì)70年代）年代）飛速發(fā)展期（飛速發(fā)展期（20世紀(jì)世紀(jì)80年代）年代）提高增強(qiáng)期（提高增強(qiáng)期（20世紀(jì)世紀(jì)90年代）年代）2013-2-162012-2013（2）20計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史醞釀期（醞釀期（20世紀(jì)世紀(jì)50年代）年代）l在在 SAGE 計(jì)劃的推動(dòng)下，計(jì)劃的推動(dòng)下， 1950年，美國(guó)麻省理工學(xué)院年，美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)研制了旋風(fēng)研制了旋風(fēng)I號(hào)號(hào)(Whirlwind I)計(jì)算機(jī)及其顯示

18、器。計(jì)算機(jī)及其顯示器。該顯示器用一個(gè)類似于示波器的陰極射線管該顯示器用一個(gè)類似于示波器的陰極射線管 (CRT) 來來顯示一些簡(jiǎn)單的圖形。顯示一些簡(jiǎn)單的圖形。l1958年，美國(guó)年，美國(guó)CALCOMP公司將聯(lián)機(jī)的數(shù)字記錄儀發(fā)公司將聯(lián)機(jī)的數(shù)字記錄儀發(fā)展成滾筒式繪圖儀，展成滾筒式繪圖儀，GERBER公司則把數(shù)控機(jī)床發(fā)展公司則把數(shù)控機(jī)床發(fā)展成平板式繪圖儀。成平板式繪圖儀。l整個(gè)五十年代大多采用電子管計(jì)算機(jī)，用機(jī)器語言編整個(gè)五十年代大多采用電子管計(jì)算機(jī)，用機(jī)器語言編程。計(jì)算機(jī)仍以科學(xué)計(jì)算為主，為之配置的圖形設(shè)備程。計(jì)算機(jī)仍以科學(xué)計(jì)算為主，為之配置的圖形設(shè)備僅具有輸出功能，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)處于被動(dòng)式的圖形處僅具

19、有輸出功能，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)處于被動(dòng)式的圖形處理階段。理階段。2013-2-162012-2013（2）21計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史萌芽期（萌芽期（20世紀(jì)世紀(jì)60年代）年代）l1962年，第一臺(tái)光筆交互式圖形顯示器在麻省理工年，第一臺(tái)光筆交互式圖形顯示器在麻省理工學(xué)院學(xué)院MIT 林肯實(shí)驗(yàn)室研制成功。林肯實(shí)驗(yàn)室研制成功。l此時(shí)，此時(shí)，Ivan.E.Sutherland發(fā)表了一篇題為發(fā)表了一篇題為“Sketchpad：一個(gè)人：一個(gè)人機(jī)通信的圖形系統(tǒng)機(jī)通信的圖形系統(tǒng)”的博士的博士論文，首次提出了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、交互技術(shù)、分層論文，首次提出了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、交互技術(shù)、分層存儲(chǔ)符號(hào)的數(shù)據(jù)結(jié)

20、構(gòu)等新思想，為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的存儲(chǔ)符號(hào)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等新思想，為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。發(fā)展和應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。2013-2-162012-2013（2）22計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史萌芽期（萌芽期（20世紀(jì)世紀(jì)60年代）年代）l1964 年，年，Coons 提出了用小塊曲面片組合表示自由型提出了用小塊曲面片組合表示自由型曲面時(shí)使曲面片在邊界上達(dá)到任意高次連續(xù)階的理論曲面時(shí)使曲面片在邊界上達(dá)到任意高次連續(xù)階的理論方法；法國(guó)的方法；法國(guó)的 P. Bzier 提出了自由型曲線、曲面設(shè)計(jì)提出了自由型曲線、曲面設(shè)計(jì)的理論方法。這些方法得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大的理論方法。

21、這些方法得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大推崇，分別稱之為推崇，分別稱之為Coons 曲面和曲面和 Bzier 方法。方法。Coons 和和 Bzier 并列被稱為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)技術(shù)的并列被稱為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)技術(shù)的奠基人。奠基人。2013-2-162012-2013（2）23計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史萌芽期（萌芽期（20世紀(jì)世紀(jì)60年代）年代）l在美國(guó)工業(yè)界，研制交互式圖形顯示器的工作亦在平在美國(guó)工業(yè)界，研制交互式圖形顯示器的工作亦在平行開展。行開展。l1964 年，年，IBM 推出了自主設(shè)計(jì)的圖形顯示設(shè)備推出了自主設(shè)計(jì)的圖形顯示設(shè)備 IBM2250 顯示器。這是顯示

22、器。這是 IBM 計(jì)算機(jī)正式提供工業(yè)界使計(jì)算機(jī)正式提供工業(yè)界使用的第一代刷新式隨機(jī)掃描圖形終端，它使用光筆作用的第一代刷新式隨機(jī)掃描圖形終端，它使用光筆作為交互輸入手段為交互輸入手段, 并配有一組并配有一組 32 個(gè)功能鍵，以便調(diào)用個(gè)功能鍵，以便調(diào)用程序中的相應(yīng)模塊。程序中的相應(yīng)模塊。l通用汽車公司研制了多路分時(shí)圖形控制臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了各通用汽車公司研制了多路分時(shí)圖形控制臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了各階段的汽車設(shè)計(jì)。階段的汽車設(shè)計(jì)。2013-2-162012-2013（2）24計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史廣泛應(yīng)用期（廣泛應(yīng)用期（20世紀(jì)世紀(jì)70年代）年代）l1970 年，美國(guó)年，美國(guó) Applicon

23、 公司第一個(gè)推出完整的公司第一個(gè)推出完整的 CAD 系統(tǒng)系統(tǒng)。l此間此間，出現(xiàn)了廉價(jià)的固體電路隨機(jī)存儲(chǔ)器、產(chǎn)生逼真，出現(xiàn)了廉價(jià)的固體電路隨機(jī)存儲(chǔ)器、產(chǎn)生逼真圖形的光柵掃描顯示器、光筆、圖形輸入板等多種形圖形的光柵掃描顯示器、光筆、圖形輸入板等多種形式的圖形輸入輸出設(shè)備，如美國(guó)式的圖形輸入輸出設(shè)備，如美國(guó) Tektronix 公司發(fā)展的公司發(fā)展的基于存儲(chǔ)管技術(shù)的基于存儲(chǔ)管技術(shù)的 4006、 4010、4012、4016等圖形終等圖形終端，其分辨率可達(dá)端，其分辨率可達(dá)40963072，而價(jià)格還不到，而價(jià)格還不到 IBM2250 的一半。因此，出現(xiàn)了面向中小企業(yè)的商品的一半。因此，出現(xiàn)了面向中小企業(yè)

24、的商品化化 CAD/CAM 系統(tǒng)系統(tǒng)。2013-2-162012-2013（2）25計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史廣泛應(yīng)用期（廣泛應(yīng)用期（20世紀(jì)世紀(jì)70年代）年代）l1974年，美國(guó)洛克希德飛機(jī)公司完成了一個(gè)用于飛機(jī)年，美國(guó)洛克希德飛機(jī)公司完成了一個(gè)用于飛機(jī)設(shè)計(jì)的交互式圖形處理系統(tǒng)，即設(shè)計(jì)的交互式圖形處理系統(tǒng)，即CAD/CAM ，自進(jìn)入，自進(jìn)入市場(chǎng)以來，已成為市場(chǎng)以來，已成為 IBM 主機(jī)上目前應(yīng)用最廣的主機(jī)上目前應(yīng)用最廣的 CAD/CAM 軟件之一。軟件之一。l整個(gè)整個(gè) 70 年代，年代，CAD/CAM 技術(shù)的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，許技術(shù)的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，許多功能強(qiáng)大的大型系統(tǒng)軟件

25、相繼面世，如英國(guó)飛機(jī)公多功能強(qiáng)大的大型系統(tǒng)軟件相繼面世，如英國(guó)飛機(jī)公司的司的 CONSURF 系統(tǒng)、系統(tǒng)、Renault 公司的公司的 UNISURF 系統(tǒng)、系統(tǒng)、Rochester 大學(xué)的大學(xué)的 PADL 系統(tǒng)、系統(tǒng)、Cambridge 大學(xué)的大學(xué)的BUILD 系統(tǒng)、北海道大學(xué)的系統(tǒng)、北海道大學(xué)的 TIPS 系統(tǒng)等。到系統(tǒng)等。到 70 年代年代末，美國(guó)末，美國(guó) CAD 工作站的安裝數(shù)量已超過工作站的安裝數(shù)量已超過12000 臺(tái)，使臺(tái)，使用人數(shù)超過用人數(shù)超過 2.5萬。萬。2013-2-162012-2013（2）26計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史廣泛應(yīng)用期（廣泛應(yīng)用期（20世紀(jì)

26、世紀(jì)70年代）年代）l計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化階段。計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化階段。l區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念及算法；區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念及算法； 真實(shí)真實(shí)感圖形學(xué)和實(shí)體造型技術(shù)；感圖形學(xué)和實(shí)體造型技術(shù)；l但由于圖形設(shè)備昂貴、功能簡(jiǎn)單、基于圖形的應(yīng)用軟但由于圖形設(shè)備昂貴、功能簡(jiǎn)單、基于圖形的應(yīng)用軟件缺乏等原因，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)還是一個(gè)較小的學(xué)科領(lǐng)件缺乏等原因，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)還是一個(gè)較小的學(xué)科領(lǐng)域。域。 2013-2-162012-2013（2）27計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史飛速發(fā)展期（飛速發(fā)展期（20世紀(jì)世紀(jì)80年代）年代）l圖形系統(tǒng)和圖形系統(tǒng)和 CA

27、D/CAM 工作站的銷售量與日俱增。工作站的銷售量與日俱增。1981年美國(guó)實(shí)際安裝年美國(guó)實(shí)際安裝 CAD 系統(tǒng)系統(tǒng) 5000 套，套，1983 年超過年超過 12000套，套，1988 年發(fā)展到年發(fā)展到 63000 套。套。l這一時(shí)期的顯著特點(diǎn)是：這一時(shí)期的顯著特點(diǎn)是： 個(gè)人機(jī)出現(xiàn)；個(gè)人機(jī)出現(xiàn)； 新的幾何造型方法新的幾何造型方法 NURBS 的研究有了長(zhǎng)足的發(fā)展；的研究有了長(zhǎng)足的發(fā)展； 幾何造型方法的研究由曲線曲面的表示方法轉(zhuǎn)向幾何造型方法的研究由曲線曲面的表示方法轉(zhuǎn)向幾何特性分析、幾何處理和設(shè)計(jì)方法；幾何特性分析、幾何處理和設(shè)計(jì)方法；2013-2-162012-2013（2）28計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

28、的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史飛速發(fā)展期（飛速發(fā)展期（20世紀(jì)世紀(jì)80年代）年代）l這一時(shí)期的顯著特點(diǎn)是：這一時(shí)期的顯著特點(diǎn)是： 基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的CAD/CAM 系統(tǒng)開始商品化并廣系統(tǒng)開始商品化并廣為流行；為流行； CAD/CAM 技術(shù)從大中型企業(yè)向小企業(yè)擴(kuò)展，從發(fā)技術(shù)從大中型企業(yè)向小企業(yè)擴(kuò)展，從發(fā)達(dá)國(guó)家向發(fā)展中國(guó)家擴(kuò)展，從用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展到用達(dá)國(guó)家向發(fā)展中國(guó)家擴(kuò)展，從用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展到用于工程設(shè)計(jì)及其他非加工工業(yè)領(lǐng)域；于工程設(shè)計(jì)及其他非加工工業(yè)領(lǐng)域； CAD/CAM 系統(tǒng)軟件的功能日趨完善，大型軟件不系統(tǒng)軟件的功能日趨完善，大型軟件不斷涌現(xiàn)，如法國(guó)達(dá)索公司的斷涌現(xiàn)，如法國(guó)達(dá)

29、索公司的 CATIA 系統(tǒng)、美國(guó)系統(tǒng)、美國(guó) SDRC 公司的公司的 I-DEAS 系統(tǒng)、系統(tǒng)、 PTC 公司的公司的 Pro/Engineer 系統(tǒng)、系統(tǒng)、EDI 公司的公司的 UG II 等。等。2013-2-162012-2013（2）29計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史提高增強(qiáng)期（提高增強(qiáng)期（20世紀(jì)世紀(jì)90年代）年代）l圖形接口、圖形功能、數(shù)據(jù)交換、形狀定義日趨標(biāo)準(zhǔn)圖形接口、圖形功能、數(shù)據(jù)交換、形狀定義日趨標(biāo)準(zhǔn)化化自自1977 年由年由 SIGGRAPH 的特別興趣小組的特別興趣小組 GSPC 推出推出 CORE 圖形標(biāo)準(zhǔn)以來，又出現(xiàn)了許多新的圖形標(biāo)準(zhǔn)，圖形標(biāo)準(zhǔn)以來，又出現(xiàn)

30、了許多新的圖形標(biāo)準(zhǔn)，如，計(jì)算機(jī)圖形接口標(biāo)準(zhǔn)如，計(jì)算機(jī)圖形接口標(biāo)準(zhǔn) CGI 、計(jì)算機(jī)圖形元文件、計(jì)算機(jī)圖形元文件標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) CGM 、計(jì)算機(jī)圖形核心系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)圖形核心系統(tǒng) GKS 、工業(yè)產(chǎn)品、工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn) STEP 、開放式圖庫(kù)、開放式圖庫(kù) Open GL、數(shù)據(jù)交、數(shù)據(jù)交換接口換接口 DXF 等。等。這些標(biāo)準(zhǔn)有些是面向圖形設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序包，有些是這些標(biāo)準(zhǔn)有些是面向圖形設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序包，有些是面向用戶的圖形程序包，有些是面向不同面向用戶的圖形程序包，有些是面向不同 CAD 系統(tǒng)系統(tǒng)的文檔規(guī)范。這些標(biāo)準(zhǔn)的制訂和采用為的文檔規(guī)范。這些標(biāo)準(zhǔn)的制訂和采用為 CAD 技術(shù)的技術(shù)的推廣和移

31、植，以及資源信息共享起到了重要作用。推廣和移植，以及資源信息共享起到了重要作用。2013-2-162012-2013（2）30計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史提高增強(qiáng)期（提高增強(qiáng)期（20世紀(jì)世紀(jì)90年代）年代）l圖形應(yīng)用系統(tǒng)的集成化圖形應(yīng)用系統(tǒng)的集成化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由過去的單一功能變成綜合功能；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由過去的單一功能變成綜合功能；有關(guān)的軟件和算法不斷固化；有關(guān)的軟件和算法不斷固化；多處理機(jī)、并行處理技術(shù)用于圖形應(yīng)用系統(tǒng)中，多處理機(jī)、并行處理技術(shù)用于圖形應(yīng)用系統(tǒng)中，使工作速度成倍增加；使工作速度成倍增加；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在圖形應(yīng)用系統(tǒng)中被普遍采用，使近程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在圖形應(yīng)用系統(tǒng)中被普遍采用，使近程

32、和遠(yuǎn)程的資源即時(shí)共享；和遠(yuǎn)程的資源即時(shí)共享；多媒體技術(shù)廣泛應(yīng)用。多媒體技術(shù)廣泛應(yīng)用。2013-2-162012-2013（2）31計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史提高增強(qiáng)期（提高增強(qiáng)期（20世紀(jì)世紀(jì)90年代）年代）l圖形應(yīng)用系統(tǒng)的智能化圖形應(yīng)用系統(tǒng)的智能化人工智能、專家系統(tǒng)和知識(shí)工程技術(shù)在圖形應(yīng)用人工智能、專家系統(tǒng)和知識(shí)工程技術(shù)在圖形應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用，大大提高了圖形應(yīng)用系統(tǒng)的自動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，大大提高了圖形應(yīng)用系統(tǒng)的自動(dòng)化程度?；潭?。l計(jì)算機(jī)圖形學(xué)向著標(biāo)準(zhǔn)化、集成化和智能化方計(jì)算機(jī)圖形學(xué)向著標(biāo)準(zhǔn)化、集成化和智能化方向發(fā)展。向發(fā)展。 2013-2-162012-2013（2）32計(jì)

33、算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門交叉性學(xué)科，它的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門交叉性學(xué)科，它的主要核心技術(shù)是如何建立所處理對(duì)象的模型并主要核心技術(shù)是如何建立所處理對(duì)象的模型并生成該對(duì)象的圖形。其主要研究?jī)?nèi)容大體上可生成該對(duì)象的圖形。其主要研究?jī)?nèi)容大體上可以概括為以下幾個(gè)方面：以概括為以下幾個(gè)方面：2013-2-162012-2013（2）33計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容幾何模型構(gòu)造技術(shù)幾何模型構(gòu)造技術(shù)(Geometric Modeling)l例如，各種不同類型幾何模型例如，各種不同類型幾何模型(二維、三維、分維二維、三維、分維)的的構(gòu)造方法及性能分析，曲線曲面

34、的表示與處理，專用構(gòu)造方法及性能分析，曲線曲面的表示與處理，專用與通用模型構(gòu)造系統(tǒng)的研究等等。與通用模型構(gòu)造系統(tǒng)的研究等等。圖形生成技術(shù)圖形生成技術(shù)(Image Synthesis) l例如，線段、圓弧、字符、區(qū)域填充的生成算法；隱例如，線段、圓弧、字符、區(qū)域填充的生成算法；隱藏線藏線/隱藏面消除、光照明模型、濃淡處理隱藏面消除、光照明模型、濃淡處理(Shading)、紋理紋理(Texture)、陰影、灰度與色彩等各種真實(shí)感圖形、陰影、灰度與色彩等各種真實(shí)感圖形生成技術(shù)。生成技術(shù)。2013-2-162012-2013（2）34計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容圖形編輯與處理技術(shù)圖形編

35、輯與處理技術(shù) l例如例如，圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、投影、裁剪等各種圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、投影、裁剪等各種幾何變換操作的方法及其軟件或硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)。幾何變換操作的方法及其軟件或硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)。圖形信息的存儲(chǔ)、檢索與交換技術(shù)圖形信息的存儲(chǔ)、檢索與交換技術(shù) l例如例如，圖形信息的各種機(jī)內(nèi)外表示方法、組織形式、圖形信息的各種機(jī)內(nèi)外表示方法、組織形式、存取技術(shù)、圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的管理、圖形信息的通信等。存取技術(shù)、圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的管理、圖形信息的通信等。2013-2-162012-2013（2）35計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容人機(jī)交互與用戶接口技術(shù)人機(jī)交互與用戶接口技術(shù) l例如新型定位設(shè)備、選擇設(shè)備

36、等的研發(fā)；各種交互技例如新型定位設(shè)備、選擇設(shè)備等的研發(fā)；各種交互技術(shù)如構(gòu)造技術(shù)、命令技術(shù)、選擇技術(shù)、響應(yīng)技術(shù)等的術(shù)如構(gòu)造技術(shù)、命令技術(shù)、選擇技術(shù)、響應(yīng)技術(shù)等的研究，以及用戶模型、命令語言、反饋方法、窗口系研究，以及用戶模型、命令語言、反饋方法、窗口系統(tǒng)等用戶接口技術(shù)的研究等。統(tǒng)等用戶接口技術(shù)的研究等。動(dòng)畫技術(shù)動(dòng)畫技術(shù) l研究實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)畫的各種軟、硬件方法，開發(fā)工具，研究實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)畫的各種軟、硬件方法，開發(fā)工具，動(dòng)畫語言等。動(dòng)畫語言等。2013-2-162012-2013（2）36計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容圖形標(biāo)準(zhǔn)與圖形軟件包的研究開發(fā)圖形標(biāo)準(zhǔn)與圖形軟件包的研究開發(fā) l如制訂一

37、系列圖形國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，使其能滿足多方如制訂一系列圖形國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，使其能滿足多方面圖形應(yīng)用軟件開發(fā)工作的需要，并使圖形應(yīng)面圖形應(yīng)用軟件開發(fā)工作的需要，并使圖形應(yīng)用軟件擺脫對(duì)硬件的依賴性，允許在不同系統(tǒng)用軟件擺脫對(duì)硬件的依賴性，允許在不同系統(tǒng)之間方便地進(jìn)行移植。之間方便地進(jìn)行移植。圖形輸出設(shè)備與輸出技術(shù)圖形輸出設(shè)備與輸出技術(shù) l如各種圖形顯示器邏輯結(jié)構(gòu)的研究，實(shí)現(xiàn)高速如各種圖形顯示器邏輯結(jié)構(gòu)的研究，實(shí)現(xiàn)高速圖形功能的專用芯片、圖形硬拷貝設(shè)備的研發(fā)圖形功能的專用芯片、圖形硬拷貝設(shè)備的研發(fā).2013-2-162012-2013（2）37計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用 近近 60 年來，年來， “ 計(jì)算

38、機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) ”得到了廣泛的應(yīng)得到了廣泛的應(yīng)用和飛速的發(fā)展。目前，其主要的應(yīng)用領(lǐng)域有：用和飛速的發(fā)展。目前，其主要的應(yīng)用領(lǐng)域有：l計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM） l動(dòng)畫制作與系統(tǒng)模擬動(dòng)畫制作與系統(tǒng)模擬l科學(xué)計(jì)算可視化科學(xué)計(jì)算可視化l事務(wù)管理與辦公自動(dòng)化事務(wù)管理與辦公自動(dòng)化l 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)l計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真l虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)2013-2-162012-2013（2）38計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究?jī)?nèi)容及趨勢(shì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究?jī)?nèi)容及趨勢(shì)幾何造型技術(shù)幾何造型技術(shù) 圖形生成技術(shù)圖形生成技術(shù) 圖形處理技術(shù)圖形處理技術(shù) 圖形信息的存儲(chǔ)、檢索與交換技術(shù)圖形信息的存

39、儲(chǔ)、檢索與交換技術(shù) 人機(jī)交互技術(shù)人機(jī)交互技術(shù) 動(dòng)畫技術(shù)動(dòng)畫技術(shù) 圖形輸入輸出技術(shù)圖形輸入輸出技術(shù) 圖形標(biāo)準(zhǔn)與圖形軟件包的研究與開發(fā)圖形標(biāo)準(zhǔn)與圖形軟件包的研究與開發(fā) 研究趨勢(shì)研究趨勢(shì)：向著標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化發(fā)展，多媒體技：向著標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化發(fā)展，多媒體技術(shù)、人工智能、專家系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合。術(shù)、人工智能、專家系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合。2013-2-162012-2013（2）39計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的應(yīng)用1.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CADCAM) l這是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在工業(yè)界應(yīng)用的最重要領(lǐng)域，現(xiàn)在這是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在工業(yè)界應(yīng)用的最重要領(lǐng)域，現(xiàn)在幾乎所

40、有的產(chǎn)品都是用計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)。幾乎所有的產(chǎn)品都是用計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)。l利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本原理和方法開發(fā)出利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本原理和方法開發(fā)出CAD/CAMCAD/CAM集成的商品化軟件系統(tǒng)，廣泛地應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)、機(jī)集成的商品化軟件系統(tǒng)，廣泛地應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，大到飛機(jī)、汽車、船舶的外形設(shè)計(jì)，小械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，大到飛機(jī)、汽車、船舶的外形設(shè)計(jì)，小到傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在一個(gè)統(tǒng)一的環(huán)境中完成加工到傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在一個(gè)統(tǒng)一的環(huán)境中完成加工工藝計(jì)劃、工具定義和編程任務(wù)。工藝計(jì)劃、工具定義和編程任務(wù)。2013-2-162012-2013（2）40計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)

41、計(jì)與制造（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM） lCAD是通過交互式的圖形設(shè)備對(duì)部件進(jìn)行設(shè)是通過交互式的圖形設(shè)備對(duì)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)、描述，產(chǎn)生工程略圖（線框圖）或者更接計(jì)、描述，產(chǎn)生工程略圖（線框圖）或者更接近實(shí)際物體的透視圖等，通過迅速地將各種修近實(shí)際物體的透視圖等，通過迅速地將各種修改信息進(jìn)行組合，用戶可以自由、靈活地對(duì)圖改信息進(jìn)行組合，用戶可以自由、靈活地對(duì)圖形進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性改動(dòng)和形體顯示。形進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性改動(dòng)和形體顯示。CAD被用來被用來進(jìn)行建筑工程、機(jī)械結(jié)構(gòu)及大規(guī)模集成電路等進(jìn)行建筑工程、機(jī)械結(jié)構(gòu)及大規(guī)模集成電路等的設(shè)計(jì)。的設(shè)計(jì)。2013-2-162012-2013（2）41計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用

42、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM） lCAM技術(shù)在各種工業(yè)制造業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。利用技術(shù)在各種工業(yè)制造業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。利用實(shí)體的邊界模型來模擬各個(gè)獨(dú)立的零部件，然后采用實(shí)體的邊界模型來模擬各個(gè)獨(dú)立的零部件，然后采用系統(tǒng)集成的方式再（擬合）組裝到一起，從而構(gòu)成并系統(tǒng)集成的方式再（擬合）組裝到一起，從而構(gòu)成并顯示整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體。顯示整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體。 lCAD/CAM 系統(tǒng)已迅速取代繪圖板加丁字尺的傳統(tǒng)設(shè)系統(tǒng)已迅速取代繪圖板加丁字尺的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，頻繁地應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、輪船、宇宙飛船、計(jì)方法，頻繁地應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、輪船、宇宙飛船、集成電路、大樓、紡

43、織品和許許多多其他產(chǎn)品的設(shè)計(jì)集成電路、大樓、紡織品和許許多多其他產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，擔(dān)負(fù)起繁重的日常繪圖任務(wù)以及總體方案的優(yōu)化中，擔(dān)負(fù)起繁重的日常繪圖任務(wù)以及總體方案的優(yōu)化和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)工作。和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)工作。2013-2-162012-2013（2）42奧迪效果圖和線框圖奧迪效果圖和線框圖2013-2-162012-2013（2）43波音波音7372013-2-162012-2013（2）44 CAD/CAM2013-2-162012-2013（2）45用用AutoCAD軟件制作軟件制作三維實(shí)體模型三維實(shí)體模型(學(xué)生作品學(xué)生作品)2013-2-162012-2013（2）46用用AutoCAD軟件制作軟

44、件制作三維模型三維模型2013-2-162012-2013（2）472.電子出版及辦公室自動(dòng)化電子出版及辦公室自動(dòng)化繪制各種圖形繪制各種圖形, ,如統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的二維和三維圖形、直方如統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的二維和三維圖形、直方圖、圓餅圖、線條圖、扇形圖等圖、圓餅圖、線條圖、扇形圖等, ,還可繪制工作進(jìn)程圖、還可繪制工作進(jìn)程圖、庫(kù)存、生產(chǎn)進(jìn)程圖、生產(chǎn)調(diào)度圖以及大量的其它圖形。庫(kù)存、生產(chǎn)進(jìn)程圖、生產(chǎn)調(diào)度圖以及大量的其它圖形。 隨著圖、聲、文結(jié)合的多媒體技術(shù)的發(fā)展隨著圖、聲、文結(jié)合的多媒體技術(shù)的發(fā)展, ,配合迅速配合迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò), ,可視電話、電視會(huì)議、遠(yuǎn)程診斷以及可視電話、電視會(huì)議、遠(yuǎn)程診

45、斷以及文字、圖表等的編輯和硬拷貝正在家庭、辦公室普及。文字、圖表等的編輯和硬拷貝正在家庭、辦公室普及。 2013-2-162012-2013（2）483.計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、娛樂及藝術(shù)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、娛樂及藝術(shù) 由于計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的硬件速度提高，軟件功能由于計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的硬件速度提高，軟件功能增強(qiáng)，利用圖形工作站和高檔微機(jī)來制作計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、增強(qiáng)，利用圖形工作站和高檔微機(jī)來制作計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、廣告、電視、電影、游戲等已經(jīng)相當(dāng)普遍，有影片還廣告、電視、電影、游戲等已經(jīng)相當(dāng)普遍，有影片還獲得了奧斯卡獎(jiǎng)。獲得了奧斯卡獎(jiǎng)。 將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與人工智能技術(shù)結(jié)合起來，可構(gòu)將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與人工智能技術(shù)結(jié)合起來，可構(gòu)造出豐富多

46、彩的藝術(shù)圖像，如各種圖案、花紋、工藝造出豐富多彩的藝術(shù)圖像，如各種圖案、花紋、工藝外形設(shè)計(jì)及傳統(tǒng)的油畫、中國(guó)國(guó)畫和書法等，利用專外形設(shè)計(jì)及傳統(tǒng)的油畫、中國(guó)國(guó)畫和書法等，利用專家系統(tǒng)中設(shè)定的規(guī)則，可以構(gòu)造出形狀各異的美術(shù)圖家系統(tǒng)中設(shè)定的規(guī)則，可以構(gòu)造出形狀各異的美術(shù)圖案，生成盆景和書法等。案，生成盆景和書法等。 2013-2-162012-2013（2）49圖形技術(shù)在電影中的應(yīng)用（圖形技術(shù)在電影中的應(yīng)用（1/4）1977Star Wars 因其特殊效果獲得了因其特殊效果獲得了Oscar1978因其特殊效果獲得了因其特殊效果獲得了Oscar.2013-2-162012-2013（2）501995Q

47、uake Released by Id SoftwareToy Story 成為第一成為第一部全三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫部全三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫特點(diǎn)的電影；特點(diǎn)的電影；圖形技術(shù)在電影中的應(yīng)用（圖形技術(shù)在電影中的應(yīng)用（2/42/4）2013-2-162012-2013（2）51圖形技術(shù)在電影中的應(yīng)用（圖形技術(shù)在電影中的應(yīng)用（3/4）2000Sony Playstation IIWalking with DinosaursDisneys Shrek2013-2-162012-2013（2）52計(jì)算機(jī)動(dòng)畫（計(jì)算機(jī)動(dòng)畫（4/4）2013-2-162012-2013（2）53計(jì)算機(jī)藝術(shù)計(jì)算機(jī)藝術(shù)2013-2-16201

48、2-2013（2）54計(jì)算機(jī)藝術(shù)計(jì)算機(jī)藝術(shù)2013-2-162012-2013（2）55計(jì)算機(jī)藝術(shù)計(jì)算機(jī)藝術(shù)2013-2-162012-2013（2）56分形藝術(shù)分形藝術(shù)2013-2-162012-2013（2）572013-2-162012-2013（2）584.地形地貌及地理信息系統(tǒng)地形地貌及地理信息系統(tǒng) 應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形生成技術(shù)產(chǎn)生高精度的地理圖形或應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形生成技術(shù)產(chǎn)生高精度的地理圖形或自然資源的圖形是另一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，包括地理圖、自然資源的圖形是另一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，包括地理圖、地形圖、礦藏分布圖、海洋地理圖、氣象氣流圖、植物地形圖、礦藏分布圖、海洋地理圖、氣象氣流圖、植物分布

49、圖以及其他各類等高線、等位面圖等。建立在地理分布圖以及其他各類等高線、等位面圖等。建立在地理圖形基礎(chǔ)之上的地理信息管理系統(tǒng)圖形基礎(chǔ)之上的地理信息管理系統(tǒng)GISGIS（ Geographic Geographic Information SystemInformation System）已經(jīng)在許多國(guó)家中得到廣泛的應(yīng)）已經(jīng)在許多國(guó)家中得到廣泛的應(yīng)用。廣泛應(yīng)用于農(nóng)林、地質(zhì)、旅游、交通、測(cè)繪、城市用。廣泛應(yīng)用于農(nóng)林、地質(zhì)、旅游、交通、測(cè)繪、城市規(guī)劃、土地管理、環(huán)境保護(hù)、資源開發(fā)和災(zāi)害監(jiān)測(cè)以及規(guī)劃、土地管理、環(huán)境保護(hù)、資源開發(fā)和災(zāi)害監(jiān)測(cè)以及各種與地理空間有關(guān)的行業(yè)部門。各種與地理空間有關(guān)的行業(yè)部門。 2

50、013-2-162012-2013（2）592013-2-162012-2013（2）60計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真由清華大學(xué)自然景物平臺(tái)生成由清華大學(xué)自然景物平臺(tái)生成的野外場(chǎng)景的野外場(chǎng)景2013-2-162012-2013（2）61First distributed ray traced image (Cook 1984)First ray traced image (Whitted 1980)2013-2-162012-2013（2）622013-2-162012-2013（2）632013-2-162012-2013（2）64緒論緒論計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)l計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)圖形

51、系統(tǒng)的組成l計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能l常用的圖形設(shè)備常用的圖形設(shè)備l圖形軟件圖形軟件2013-2-162012-2013（2）65計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)l是指用來生成、處理和顯示圖形的一整套是指用來生成、處理和顯示圖形的一整套硬件硬件和和軟件軟件。 應(yīng) 用模 型應(yīng) 用程 序圖 形 系 統(tǒng)軟 件 部 分硬 件 部 分圖 形設(shè) 備2013-2-162012-2013（2）66 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)處理流程計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)處理流程2013-2-162012-2013（2）67計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)l硬

52、件硬件計(jì)算機(jī)平臺(tái)計(jì)算機(jī)平臺(tái)圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備圖形輸出設(shè)備圖形輸出設(shè)備l軟件軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件圖形軟件圖形軟件2013-2-162012-2013（2）68計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成硬件硬件l計(jì)算機(jī)平臺(tái)計(jì)算機(jī)平臺(tái)能夠完成對(duì)圖形的描述、建立、修改等各種計(jì)算，并能夠完成對(duì)圖形的描述、建立、修改等各種計(jì)算，并能對(duì)圖形實(shí)現(xiàn)有效的存儲(chǔ)。能對(duì)圖形實(shí)現(xiàn)有效的存儲(chǔ)。如，大型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)、工作站如，大型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)、工作站等。這些計(jì)算機(jī)具有性能高，速度快，存儲(chǔ)容量大，等。這些計(jì)算機(jī)具有性能高，速度快，存儲(chǔ)容量大，外設(shè)齊全等特點(diǎn)。外設(shè)齊全等特點(diǎn)。在這些計(jì)算機(jī)

53、中，許多外設(shè)（顯卡）增加了固化的圖在這些計(jì)算機(jī)中，許多外設(shè)（顯卡）增加了固化的圖形處理功能，可以接受高級(jí)的繪圖命令，實(shí)現(xiàn)圖形的形處理功能，可以接受高級(jí)的繪圖命令，實(shí)現(xiàn)圖形的緩沖，還可以實(shí)現(xiàn)大部分圖形函數(shù)的功能。緩沖，還可以實(shí)現(xiàn)大部分圖形函數(shù)的功能。l圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備l圖形輸出設(shè)備圖形輸出設(shè)備2013-2-162012-2013（2）69計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成硬件硬件l計(jì)算機(jī)平臺(tái)計(jì)算機(jī)平臺(tái)l圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備將圖形輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理的硬件設(shè)備。將圖形輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理的硬件設(shè)備。鼠標(biāo)，鍵盤，光筆，掃描儀等。鼠標(biāo)，鍵盤，光筆，掃描儀等。l圖形輸出設(shè)備圖形輸出

54、設(shè)備包括包括圖形顯示設(shè)備圖形顯示設(shè)備和和圖形繪制設(shè)備圖形繪制設(shè)備。圖形顯示設(shè)備：用于在屏幕上輸出圖形。如圖形顯示設(shè)備：用于在屏幕上輸出圖形。如CRT、LCD等。等。圖形繪制設(shè)備：用于把圖形畫在紙上，也稱為硬拷貝。圖形繪制設(shè)備：用于把圖形畫在紙上，也稱為硬拷貝。如繪圖儀，打印機(jī)等。如繪圖儀，打印機(jī)等。2013-2-162012-2013（2）70計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成軟件軟件l系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是指由一組控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并管理其資源的程序是指由一組控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并管理其資源的程序組成。組成。如操作系統(tǒng)（如操作系統(tǒng)（DOS，Linux，Unix，Windows XP， Windows

55、 7等）等）l圖形軟件圖形軟件包括包括圖形應(yīng)用模型圖形應(yīng)用模型、圖形應(yīng)用軟件圖形應(yīng)用軟件、圖形支撐軟圖形支撐軟件件三部分。三部分。2013-2-162012-2013（2）71計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成軟件軟件l圖形軟件圖形軟件圖形應(yīng)用模型（圖形應(yīng)用模型（ Application model） 圖形應(yīng)用模型（應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）實(shí)質(zhì)上是一些數(shù)據(jù)文圖形應(yīng)用模型（應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）實(shí)質(zhì)上是一些數(shù)據(jù)文件，其中保存著要生成其圖形的那個(gè)（些）對(duì)象的全部描件，其中保存著要生成其圖形的那個(gè)（些）對(duì)象的全部描述信息。述信息。 這些信息包括：定義對(duì)象所有組成部分形狀和大小的這些信息包括：定義對(duì)象所有組成部分

56、形狀和大小的幾何信息以及有關(guān)的拓?fù)湫畔ⅲ挥糜谡f明與該對(duì)象圖形有幾何信息以及有關(guān)的拓?fù)湫畔?；用于說明與該對(duì)象圖形有關(guān)的屬性信息，如色彩、紋理、表面性質(zhì)，以及實(shí)際問題關(guān)的屬性信息，如色彩、紋理、表面性質(zhì)，以及實(shí)際問題還需要涉及的其它非幾何數(shù)據(jù)，如材料、單價(jià)、加工要求還需要涉及的其它非幾何數(shù)據(jù)，如材料、單價(jià)、加工要求等。它們通常存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中。等。它們通常存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中。2013-2-162012-2013（2）72計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成軟件軟件l圖形軟件圖形軟件圖形應(yīng)用模型（圖形應(yīng)用模型（ Application model） 能夠正確表達(dá)一個(gè)對(duì)象的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和行為的所有描能夠正

57、確表達(dá)一個(gè)對(duì)象的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和行為的所有描述信息，稱為述信息，稱為對(duì)象的模型對(duì)象的模型。 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)感興趣的主要是對(duì)象的幾何性質(zhì)（形狀、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)感興趣的主要是對(duì)象的幾何性質(zhì)（形狀、大小、位置、結(jié)構(gòu)等），用于刻畫被處理對(duì)象幾何性質(zhì)的大小、位置、結(jié)構(gòu)等），用于刻畫被處理對(duì)象幾何性質(zhì)的描述信息就構(gòu)成了對(duì)象的幾何模型。描述信息就構(gòu)成了對(duì)象的幾何模型。 常用的幾何模型有線框模型常用的幾何模型有線框模型(Wireframe Model)、面、面模型模型(Surface Model)、體模型、體模型(Solid Model)和分形模型和分形模型(Fractal Model)，它們用來表示三維空間中的物體

58、。，它們用來表示三維空間中的物體。2013-2-162012-2013（2）73計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成軟件軟件l圖形軟件圖形軟件圖形應(yīng)用軟件圖形應(yīng)用軟件 圖形應(yīng)用軟件是圖形系統(tǒng)中的核心部分，包括了各種圖形應(yīng)用軟件是圖形系統(tǒng)中的核心部分，包括了各種圖形生成和處理技術(shù)，是圖形技術(shù)在各種不同應(yīng)用中的抽圖形生成和處理技術(shù)，是圖形技術(shù)在各種不同應(yīng)用中的抽象。象。 如，圖形處理軟件（如，圖形處理軟件（PhotoShop），圖形生成軟件），圖形生成軟件（3DMax，AutoCAD等）等）2013-2-162012-2013（2）74計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成軟件軟件l圖形軟件

59、圖形軟件圖形應(yīng)用軟件圖形應(yīng)用軟件主要功能有：主要功能有： 根據(jù)從圖形輸入設(shè)備經(jīng)由圖形支撐軟件送來的命令根據(jù)從圖形輸入設(shè)備經(jīng)由圖形支撐軟件送來的命令和數(shù)據(jù)，構(gòu)造或修改被處理對(duì)象的模型。和數(shù)據(jù)，構(gòu)造或修改被處理對(duì)象的模型。 從應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中取出該對(duì)象的幾何數(shù)據(jù)及有關(guān)屬?gòu)膽?yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中取出該對(duì)象的幾何數(shù)據(jù)及有關(guān)屬性數(shù)據(jù)，按照應(yīng)用的要求進(jìn)行種種處理，然后使用圖形支性數(shù)據(jù)，按照應(yīng)用的要求進(jìn)行種種處理，然后使用圖形支撐軟件所提供的各種功能，生成該對(duì)象的圖形并在圖形輸撐軟件所提供的各種功能，生成該對(duì)象的圖形并在圖形輸出設(shè)備上輸出。出設(shè)備上輸出。 還具有與圖形顯示無直接關(guān)系的其它處理功能，如還具有與圖形顯示無

60、直接關(guān)系的其它處理功能，如性能模擬、分析計(jì)算、后處理、用戶接口、系統(tǒng)維護(hù)等。性能模擬、分析計(jì)算、后處理、用戶接口、系統(tǒng)維護(hù)等。 2013-2-162012-2013（2）75計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成軟件軟件l圖形軟件圖形軟件圖形支撐軟件圖形支撐軟件 圖形支撐軟件通常由一組公用的圖形子程序所組成，圖形支撐軟件通常由一組公用的圖形子程序所組成，它擴(kuò)展了系統(tǒng)中原有高級(jí)語言和操作系統(tǒng)的圖形處理功能。它擴(kuò)展了系統(tǒng)中原有高級(jí)語言和操作系統(tǒng)的圖形處理功能。 如，如，OS圖形擴(kuò)展件，圖形圖形擴(kuò)展件，圖形BIOS程序，語言圖形語句，程序，語言圖形語句，圖形子程序庫(kù)，圖形軟件包等。圖形子程序庫(kù)，圖