計算機(jī)圖形學(xué)CG01-

1、1計算機(jī)圖形學(xué)計算機(jī)圖形學(xué)2第第1章章 計算機(jī)圖形學(xué)綜述計算機(jī)圖形學(xué)綜述3本章目標(biāo)l掌握計算機(jī)圖形學(xué)基本概念及研究內(nèi)容掌握計算機(jī)圖形學(xué)基本概念及研究內(nèi)容l掌握圖形的組成和表示掌握圖形的組成和表示l了解計算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展史了解計算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展史l初步認(rèn)識與圖形相關(guān)的應(yīng)用及當(dāng)前的研究熱點(diǎn)初步認(rèn)識與圖形相關(guān)的應(yīng)用及當(dāng)前的研究熱點(diǎn)4主要內(nèi)容l1.1 計算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容計算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容l1.2 計算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用計算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用l1.3 計算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展史計算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展史l1.4 計算機(jī)圖形學(xué)當(dāng)前的研究熱點(diǎn)計算機(jī)圖形學(xué)當(dāng)前的研究熱點(diǎn) 51.1 計算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容l計算機(jī)圖形學(xué)（計算機(jī)圖形

2、學(xué)（Computer Graphics）nISO定義：計算機(jī)圖形學(xué)是研究通過計算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為定義：計算機(jī)圖形學(xué)是研究通過計算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形圖形，并在專門的顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)，并在專門的顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科的學(xué)科 nIEEE定義：定義： Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer通俗地講，計算機(jī)圖形學(xué)就是應(yīng)用計算通俗地講，計算機(jī)圖形學(xué)就是應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行圖形的生成、處理和輸出。機(jī)技術(shù)進(jìn)行圖形的生成、處理和輸出。6

3、1.1 計算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容l圖形（圖形（graphics）n計算機(jī)圖形學(xué)的研究對象計算機(jī)圖形學(xué)的研究對象n能在人的視覺系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺印象的客觀對象能在人的視覺系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺印象的客觀對象u自然景物、拍攝到的圖片自然景物、拍攝到的圖片u用數(shù)學(xué)方法描述的圖形用數(shù)學(xué)方法描述的圖形(如如sin函數(shù)曲線函數(shù)曲線)n圖形可以是現(xiàn)實(shí)世界中已經(jīng)存在的物體，也可以是完全圖形可以是現(xiàn)實(shí)世界中已經(jīng)存在的物體，也可以是完全虛構(gòu)的物體虛構(gòu)的物體n本課程：是人們通過計算機(jī)設(shè)計和構(gòu)造出來的，可以用本課程：是人們通過計算機(jī)設(shè)計和構(gòu)造出來的，可以用計算機(jī)生成、顯示、存儲、處理并且輸出計算機(jī)生成、顯示、存儲、處理并且輸出71

4、.1 計算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容l圖形的基本要素圖形的基本要素n幾何要素幾何要素 刻畫對象的輪廓、形狀等（點(diǎn)，線，面，體）刻畫對象的輪廓、形狀等（點(diǎn)，線，面，體）n非幾何要素非幾何要素 刻畫對象的顏色、材質(zhì)等（顏色，紋理）刻畫對象的顏色、材質(zhì)等（顏色，紋理）n例如例如線框線框顏色顏色紋理紋理81.1 計算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容l表示方法表示方法n點(diǎn)陣法點(diǎn)陣法 枚舉出圖形中所有的點(diǎn)枚舉出圖形中所有的點(diǎn)(強(qiáng)調(diào)圖形由點(diǎn)構(gòu)成）強(qiáng)調(diào)圖形由點(diǎn)構(gòu)成） 簡稱為簡稱為圖像圖像（image）n參數(shù)法參數(shù)法 由圖形的形狀參數(shù)由圖形的形狀參數(shù)(方程或表達(dá)式的系數(shù)，線段的端點(diǎn)方程或表達(dá)式的系數(shù)，線段的端點(diǎn)坐標(biāo)等坐標(biāo)等) + 屬

5、性參數(shù)屬性參數(shù)(顏色、線型等顏色、線型等)來表示圖形來表示圖形簡稱為簡稱為圖形圖形（graphics）n比較（見下頁）比較（見下頁）9Graphics與與Image的比較的比較GraphicsImage1 1 數(shù)據(jù)量很少數(shù)據(jù)量很少數(shù)據(jù)量很大數(shù)據(jù)量很大2 2有結(jié)構(gòu)，便于編輯修改有結(jié)構(gòu)，便于編輯修改無結(jié)構(gòu)，不便于編輯修改無結(jié)構(gòu)，不便于編輯修改3 3能準(zhǔn)確表示能準(zhǔn)確表示3D 景物，易于生成所需的景物，易于生成所需的不同視圖不同視圖3D 景物的信息巳部分丟失，很難景物的信息巳部分丟失，很難生成所需的不同視圖生成所需的不同視圖4 4生成視圖需要復(fù)雜的計算生成視圖需要復(fù)雜的計算生成視圖不需要復(fù)雜的計算生成

6、視圖不需要復(fù)雜的計算5 5自然景物的表示很困難自然景物的表示很困難自然景物的表示不困難自然景物的表示不困難6 6國際標(biāo)準(zhǔn)：國際標(biāo)準(zhǔn)： GKS，PHIGS，OpenGL, WMF，VRML，CGM國際標(biāo)準(zhǔn)：國際標(biāo)準(zhǔn)：JPEG，TIFF等等7 7編輯軟件編輯軟件(繪圖軟件繪圖軟件): AutoCAD, CorelDRAW, 3D Max等等編輯軟件編輯軟件(圖像處理軟件圖像處理軟件)：Photoshop, Photostyler等等101.1 計算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容l研究內(nèi)容研究內(nèi)容n圖形系統(tǒng)（硬、軟、標(biāo)準(zhǔn)化）圖形系統(tǒng)（硬、軟、標(biāo)準(zhǔn)化）n基本圖形生成基本圖形生成 如何顯示點(diǎn)、線段、多邊形及圓等幾何

7、圖形如何顯示點(diǎn)、線段、多邊形及圓等幾何圖形n圖形的處理圖形的處理u幾何變換（圖形動起來）幾何變換（圖形動起來）u投影變換（如何顯示三維圖形）投影變換（如何顯示三維圖形）u真實(shí)感圖形真實(shí)感圖形n曲線曲面曲線曲面111.1 計算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容l相關(guān)學(xué)科相關(guān)學(xué)科n數(shù)字圖像處理、計算幾何、模式識別及計算機(jī)視覺數(shù)字圖像處理、計算幾何、模式識別及計算機(jī)視覺數(shù)數(shù)字字圖圖像像數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)模模型型圖像生成（計算機(jī)圖形學(xué)）圖像生成（計算機(jī)圖形學(xué)）模型（特征）提取模型（特征）提取（計算機(jī)視覺，模式識別）（計算機(jī)視覺，模式識別）模型變換模型變換（計算幾何）（計算幾何）圖像變換圖像變換（圖像處理）（圖像處理）發(fā)展特點(diǎn)發(fā)

8、展特點(diǎn): : 交叉、界線模糊、相互滲透交叉、界線模糊、相互滲透12計算幾何lCAGD（Computer Aided Geometric Design）n幾何形體在計算機(jī)中的表示幾何形體在計算機(jī)中的表示n分析、研究怎樣靈活方便地建立幾何形體的數(shù)學(xué)模型，分析、研究怎樣靈活方便地建立幾何形體的數(shù)學(xué)模型，提高算法效率提高算法效率n在計算機(jī)內(nèi)更好地存儲和管理這些模型等在計算機(jī)內(nèi)更好地存儲和管理這些模型等n包括研究曲線、曲面的表示、生成、拼接、數(shù)據(jù)擬合包括研究曲線、曲面的表示、生成、拼接、數(shù)據(jù)擬合13數(shù)字圖像處理lDIP（Digital Image Processing）n研究如何對一幅連續(xù)圖像采樣、量化

9、以產(chǎn)生數(shù)字圖像研究如何對一幅連續(xù)圖像采樣、量化以產(chǎn)生數(shù)字圖像n如何對數(shù)字圖像做各種變換（如傅里葉變換），以方如何對數(shù)字圖像做各種變換（如傅里葉變換），以方便處理便處理n如何濾去圖像中的無用噪聲如何濾去圖像中的無用噪聲n如何壓縮圖像數(shù)據(jù)以便存儲和傳輸；圖像邊緣提??；如何壓縮圖像數(shù)據(jù)以便存儲和傳輸；圖像邊緣提??；圖像增強(qiáng)等圖像增強(qiáng)等n圖像恢復(fù)與重建圖像恢復(fù)與重建恢復(fù)恢復(fù)14模式識別lPattern Recognitionn從圖像中抽取的統(tǒng)計特性或結(jié)構(gòu)信息，從而把圖像分成從圖像中抽取的統(tǒng)計特性或結(jié)構(gòu)信息，從而把圖像分成預(yù)定的類別預(yù)定的類別 n如印刷體文字識別、指紋識別等如印刷體文字識別、指紋識別等1

10、5計算機(jī)視覺lComputer Visionn計算機(jī)視覺就是用各種成像系統(tǒng)代替視覺器官作為輸入計算機(jī)視覺就是用各種成像系統(tǒng)代替視覺器官作為輸入敏感手段，由計算機(jī)來代替大腦完成處理和解釋敏感手段，由計算機(jī)來代替大腦完成處理和解釋n核心技術(shù)：分析和識別輸入的圖像并從中提取二維或三核心技術(shù)：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）維的數(shù)據(jù)模型（特征）-n如機(jī)器人的視覺系統(tǒng)如機(jī)器人的視覺系統(tǒng) n可以看做是計算機(jī)圖形學(xué)的逆過程可以看做是計算機(jī)圖形學(xué)的逆過程161.2計算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用l圖形用戶界面（圖形用戶界面（GUI）l計算機(jī)輔助設(shè)計（計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）l科學(xué)可視化（科學(xué)可視化（

11、 Scientific Visualization ）l計算機(jī)藝術(shù)（計算機(jī)藝術(shù)（Computer Art）l地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)(GIS)l計算機(jī)動畫、廣告及娛樂計算機(jī)動畫、廣告及娛樂l多媒體系統(tǒng)（多媒體系統(tǒng)（Multimedia）l虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(Virtual Reality)171.2.1圖形用戶界面圖形用戶界面l人機(jī)界面人機(jī)界面(HCI：Human Computer Interface)n人與計算機(jī)間的通信，由軟件與硬件組成人與計算機(jī)間的通信，由軟件與硬件組成n發(fā)展發(fā)展u操縱板：指示燈與機(jī)械開關(guān)操縱板：指示燈與機(jī)械開關(guān)u字符界面：字符界面：DOS。終端與鍵盤。終端與鍵盤u

12、圖形用戶界面：圖形用戶界面：Windows，XWindows等等l圖形用戶界面圖形用戶界面(GUI：Graphical User Interface)n圖形直觀易記，操作簡捷圖形直觀易記，操作簡捷n編程容易（如編程容易（如VC+開發(fā)環(huán)境）開發(fā)環(huán)境）l發(fā)展發(fā)展n自然、高效多通道的用戶界面（語音，視覺等）自然、高效多通道的用戶界面（語音，視覺等）n沒有界面的用戶界面（類似人與人間的交流）沒有界面的用戶界面（類似人與人間的交流）181.2.2計算機(jī)輔助設(shè)計計算機(jī)輔助設(shè)計lCAD：Computer Aided Designn交互式圖形生成技術(shù)用來設(shè)計機(jī)械、電子設(shè)備等產(chǎn)品的交互式圖形生成技術(shù)用來設(shè)計機(jī)械

13、、電子設(shè)備等產(chǎn)品的元部件和系統(tǒng)以及工程建筑元部件和系統(tǒng)以及工程建筑u表示與顯示表示與顯示u性能分析計算性能分析計算u修改設(shè)計修改設(shè)計l應(yīng)用應(yīng)用n汽車、飛機(jī)和船體的外殼汽車、飛機(jī)和船體的外殼n模具、大規(guī)模集成電路模具、大規(guī)模集成電路n光學(xué)系統(tǒng)、民用建筑、服裝、玩具等光學(xué)系統(tǒng)、民用建筑、服裝、玩具等l主要軟件主要軟件nAutoCAD， Pro/E， 3DS，Maya,。19實(shí)例120實(shí)例2211.2.3 科學(xué)可視化 lScientific Visualizationn1986年，美國科學(xué)基金會（年，美國科學(xué)基金會（NSF）專門召開了一次研討）專門召開了一次研討會，會上提出了會，會上提出了“科學(xué)計算

14、可視化（科學(xué)計算可視化（Visualization in Scientific Computing）”n必要性：直接分析大量的測量數(shù)據(jù)或統(tǒng)計數(shù)據(jù)有困難必要性：直接分析大量的測量數(shù)據(jù)或統(tǒng)計數(shù)據(jù)有困難n目標(biāo)：用圖形表現(xiàn)抽象的數(shù)據(jù)目標(biāo)：用圖形表現(xiàn)抽象的數(shù)據(jù)n應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)學(xué)圖像重建，遙感，流場應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)學(xué)圖像重建，遙感，流場、氣象、核爆模、氣象、核爆模擬擬。l信息可視化信息可視化n信息流量信息流量n商業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)商業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)n股市行情股市行情n22實(shí)例餅圖：反映餅圖：反映市場份額市場份額直方圖直方圖:反映圖像反映圖像中像素亮度分布中像素亮度分布23實(shí)例l醫(yī)療：建立人體的三維模型（數(shù)字人或虛擬人），醫(yī)療

15、：建立人體的三維模型（數(shù)字人或虛擬人），可用于觀察內(nèi)外器官可用于觀察內(nèi)外器官241.2.4 計算機(jī)藝術(shù)lComputer Artn將計算機(jī)圖形學(xué)與人工智能技術(shù)結(jié)合起來，可構(gòu)造出豐將計算機(jī)圖形學(xué)與人工智能技術(shù)結(jié)合起來，可構(gòu)造出豐富多彩的藝術(shù)圖象富多彩的藝術(shù)圖象n根據(jù)設(shè)定的規(guī)則，可以構(gòu)造出形狀各異的多種圖案，并根據(jù)設(shè)定的規(guī)則，可以構(gòu)造出形狀各異的多種圖案，并實(shí)現(xiàn)合理的顏色配置實(shí)現(xiàn)合理的顏色配置n可以利用計算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)生成盆景和書法可以利用計算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)生成盆景和書法25實(shí)例261.2.5 地理信息系統(tǒng)lGIS（Geographical Information System）n建立在地理圖形之上

16、的關(guān)于各種資源的綜合信息管理系統(tǒng)建立在地理圖形之上的關(guān)于各種資源的綜合信息管理系統(tǒng)n人口、礦藏、森林、旅游等資源人口、礦藏、森林、旅游等資源n包含：地理圖、地形圖、礦藏分布圖、海洋地理圖、氣象包含：地理圖、地形圖、礦藏分布圖、海洋地理圖、氣象圖，植被分布圖等圖，植被分布圖等l應(yīng)用應(yīng)用n軍事，政府決策，旅游，軍事，政府決策，旅游，資源調(diào)查資源調(diào)查271.2.6 計算機(jī)動畫、廣告及娛樂l計算機(jī)動畫計算機(jī)動畫n計算機(jī)生成的場景可單獨(dú)顯示，也可以與演員及實(shí)際場計算機(jī)生成的場景可單獨(dú)顯示，也可以與演員及實(shí)際場景混合顯示，以生成各種逼真的虛擬場景畫面和特技效景混合顯示，以生成各種逼真的虛擬場景畫面和特技效

17、果，從而為人們提供一個充分展示個人想象力和藝術(shù)才果，從而為人們提供一個充分展示個人想象力和藝術(shù)才能的空間能的空間l電視廣告，節(jié)目片頭，科教演示電視廣告，節(jié)目片頭，科教演示l娛樂：娛樂：gameToy Story 成為第成為第一部全三維計算機(jī)一部全三維計算機(jī)動畫特點(diǎn)的電影動畫特點(diǎn)的電影28實(shí)例：變形效果l許多商業(yè)廣告中一種常用的圖形方法是變形，可以許多商業(yè)廣告中一種常用的圖形方法是變形，可以將一個物體轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€物體將一個物體轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€物體291.2.7 多媒體系統(tǒng)lMultimedia Systemn多媒體技術(shù)就是利用計算機(jī)技術(shù)，把多種媒體綜合在一多媒體技術(shù)就是利用計算機(jī)技術(shù)，把多種媒體綜合

18、在一起，使之建立起邏輯上的聯(lián)系，并能對它們進(jìn)行各種處起，使之建立起邏輯上的聯(lián)系，并能對它們進(jìn)行各種處理。（具有處理多種媒體的能力）理。（具有處理多種媒體的能力）n媒體：文本、圖形、圖像、聲音、動畫和視頻媒體：文本、圖形、圖像、聲音、動畫和視頻n軟硬件軟硬件u海量存儲海量存儲u高傳輸率高傳輸率u高計算能力高計算能力n交互性交互性301.2.8 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)lVR（Virtual Reality)n是用計算機(jī)技術(shù)來生成一個逼真的三維視覺、聽覺、是用計算機(jī)技術(shù)來生成一個逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點(diǎn)出觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自然的技能

19、和某些設(shè)備對這一生成的虛擬世發(fā)，利用自然的技能和某些設(shè)備對這一生成的虛擬世界進(jìn)行瀏覽和交互考察界進(jìn)行瀏覽和交互考察n特點(diǎn)：特點(diǎn)： 逼真的環(huán)境逼真的環(huán)境; 自然的交互自然的交互31實(shí)例：輸入輸出設(shè)備l主要有：頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等主要有：頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等321.3 計算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展史l特點(diǎn)：計算機(jī)硬件發(fā)展推動了圖形學(xué)的研究特點(diǎn)：計算機(jī)硬件發(fā)展推動了圖形學(xué)的研究l內(nèi)容：內(nèi)容：n學(xué)科學(xué)科發(fā)展歷程發(fā)展歷程n硬件發(fā)展硬件發(fā)展u圖形顯示器的發(fā)展圖形顯示器的發(fā)展u圖形輸入設(shè)備的發(fā)展圖形輸入設(shè)備的發(fā)展n軟件及軟件標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展軟件及軟件標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展331.3.1 學(xué)科發(fā)展歷程l誕生：誕生：50年代年代n1

20、950年，第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學(xué)院年，第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學(xué)院（MIT）旋風(fēng)）旋風(fēng)I號（號（Whirlwind I）計算機(jī)的附件誕生）計算機(jī)的附件誕生- CRT的出現(xiàn)為計算機(jī)生成和顯示圖形提供了可能。的出現(xiàn)為計算機(jī)生成和顯示圖形提供了可能。n1958年，美國年，美國Calcomp公司由聯(lián)機(jī)的數(shù)字記錄儀發(fā)展成公司由聯(lián)機(jī)的數(shù)字記錄儀發(fā)展成滾筒式繪圖儀，滾筒式繪圖儀，GerBer公司把數(shù)控機(jī)床式繪圖儀發(fā)展成公司把數(shù)控機(jī)床式繪圖儀發(fā)展成為平板式繪圖儀。為平板式繪圖儀。nMIT林肯實(shí)驗(yàn)室，在林肯實(shí)驗(yàn)室，在Whirlwind上開發(fā)上開發(fā)SAGE空中防御系空中防御系統(tǒng)，通過光筆在屏幕

21、上指點(diǎn)與系統(tǒng)交互。統(tǒng)，通過光筆在屏幕上指點(diǎn)與系統(tǒng)交互。-標(biāo)志著交互標(biāo)志著交互式圖形技術(shù)的誕生式圖形技術(shù)的誕生341.3.1 學(xué)科發(fā)展歷程l確立：確立： 60年代年代n1962年年MIT林肯室驗(yàn)室林肯室驗(yàn)室Ivan E. Sutherland的博士論文：的博士論文：Sketchpad：一個人機(jī)通信的圖形系統(tǒng)。首次提出：一個人機(jī)通信的圖形系統(tǒng)。首次提出“Computer Graphics”一詞一詞n1962年，雷諾汽車公司的工程師年，雷諾汽車公司的工程師Pierre Bzier 提出提出Bzier曲線、曲面的理論曲線、曲面的理論n1964年年MIT的教授的教授Steven A. Coons提出了超

22、限插值的新提出了超限插值的新思想，通過插值四條任意的邊界曲線來構(gòu)造曲面。思想，通過插值四條任意的邊界曲線來構(gòu)造曲面。n大公司開展大規(guī)模研究（通用、大公司開展大規(guī)模研究（通用、AT&T、BELL）351.3.1 學(xué)科發(fā)展歷程l理論發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)化：理論發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)化：70年代年代n光柵圖形學(xué)迅速發(fā)展光柵圖形學(xué)迅速發(fā)展u區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應(yīng)算法紛紛誕區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應(yīng)算法紛紛誕生生n真實(shí)感圖形學(xué)真實(shí)感圖形學(xué)u1970年，年，Bouknight提出了第一個光反射模型提出了第一個光反射模型u1971年年Gourand提出提出“漫反射模型插值漫反射模型

23、插值”的思想，被稱為的思想，被稱為Gourand明暗處理明暗處理u1975年，年，Phong提出了著名的簡單光照模型提出了著名的簡單光照模型- Phong模型模型361.3.1 學(xué)科發(fā)展歷程l理論發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)化：理論發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)化：70年代年代n實(shí)體造型技術(shù)實(shí)體造型技術(shù)u英國劍橋大學(xué)英國劍橋大學(xué)CAD小組的小組的Build系統(tǒng)系統(tǒng)u美國羅徹斯特大學(xué)的美國羅徹斯特大學(xué)的PADL-1系統(tǒng)系統(tǒng)n圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化u1974年，年，ACM SIGGRAPH的與的與“與機(jī)器無關(guān)的圖形技術(shù)與機(jī)器無關(guān)的圖形技術(shù)”的的工作會議工作會議uACM成立圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會，制定成立圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會，制定“核心圖形

24、系統(tǒng)核心圖形系統(tǒng)”（Core Graphics System）uISO發(fā)布發(fā)布CGI、CGM、GKS、PHIGS371.3.1 學(xué)科發(fā)展歷程l實(shí)用化：實(shí)用化：80年代年代n更完備的硬件系統(tǒng)，個人計算機(jī)、工作站系統(tǒng)更完備的硬件系統(tǒng)，個人計算機(jī)、工作站系統(tǒng)n大量圖形應(yīng)用軟件出現(xiàn)大量圖形應(yīng)用軟件出現(xiàn)n圖形硬件設(shè)備十分昂貴，且基于圖形的應(yīng)用相對較少圖形硬件設(shè)備十分昂貴，且基于圖形的應(yīng)用相對較少l廣泛應(yīng)用：廣泛應(yīng)用：90年代后年代后n標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化n多媒體技術(shù)、人工智能、科學(xué)計算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)多媒體技術(shù)、人工智能、科學(xué)計算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)n三維造型技術(shù)三維造型技術(shù)n硬件集

25、成化大幅提高：硬件集成化大幅提高：GPU（nVidia 和和 ATI圖形加速硬圖形加速硬件公司）件公司）381.3.2 圖形顯示設(shè)備的發(fā)展l60年代中期年代中期n畫線顯示器（亦稱矢量顯示器）需要刷新。較高分辨率和對比度，畫線顯示器（亦稱矢量顯示器）需要刷新。較高分辨率和對比度，良好的動態(tài)性能。設(shè)備昂貴，限制普及。良好的動態(tài)性能。設(shè)備昂貴，限制普及。l60年代后期年代后期n存儲管式顯示器。不需刷新，價格較低，缺點(diǎn)是不具有動態(tài)修改圖存儲管式顯示器。不需刷新，價格較低，缺點(diǎn)是不具有動態(tài)修改圖形功能，不適合交互式。形功能，不適合交互式。l70年代初年代初n刷新式光柵掃描顯示器。以點(diǎn)陣形式表示圖形，使用

26、專用的緩沖區(qū)刷新式光柵掃描顯示器。以點(diǎn)陣形式表示圖形，使用專用的緩沖區(qū)存放點(diǎn)陣，由視頻控制器負(fù)責(zé)刷新掃描。大大地推動了交互式圖形存放點(diǎn)陣，由視頻控制器負(fù)責(zé)刷新掃描。大大地推動了交互式圖形技術(shù)的發(fā)展。技術(shù)的發(fā)展。l90年代后年代后n液晶和等離子顯示器液晶和等離子顯示器n新的顯示設(shè)備新的顯示設(shè)備39實(shí)例l立體眼鏡立體眼鏡40l第一階段：控制開關(guān)、穿孔紙等等第一階段：控制開關(guān)、穿孔紙等等l第二階段：鍵盤第二階段：鍵盤l第三階段：二維定位設(shè)備第三階段：二維定位設(shè)備n鼠標(biāo)、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，語音鼠標(biāo)、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，語音n操縱桿操縱桿l第四階段：三維輸入設(shè)備第四階段：三維輸入設(shè)

27、備n如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣，用戶的手勢、表情等等如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣，用戶的手勢、表情等等(將來將來)l第五階段：用戶的思維第五階段：用戶的思維(將來將來)1.3.3 圖形輸入設(shè)備的發(fā)展41l數(shù)據(jù)手套（主要部件是傳感器）數(shù)據(jù)手套（主要部件是傳感器）實(shí)例42l數(shù)據(jù)衣（主要部件是傳感器）數(shù)據(jù)衣（主要部件是傳感器）實(shí)例43l三種類型的計算機(jī)圖形軟件系統(tǒng)三種類型的計算機(jī)圖形軟件系統(tǒng)n用某種語言寫成的子程序包用某種語言寫成的子程序包uGKS (Graphics Kernel System) uPHIGS(Programmers Hierarchical Interactive Graphics

28、 system )uGL (Graphics Language )u便于移植和推廣、但執(zhí)行速度相對較慢，效率低便于移植和推廣、但執(zhí)行速度相對較慢，效率低n擴(kuò)充計算機(jī)語言，使其具有圖形生成和處理的功能擴(kuò)充計算機(jī)語言，使其具有圖形生成和處理的功能uTurbo Pascal、Turbo C，Visual C（GDI）等。）等。 u簡練、緊湊、執(zhí)行速度快，但不可移植簡練、緊湊、執(zhí)行速度快，但不可移植n專用圖形系統(tǒng)：效率高，但系統(tǒng)開發(fā)量大，可移植性差專用圖形系統(tǒng)：效率高，但系統(tǒng)開發(fā)量大，可移植性差1.3.4 圖形軟件及軟件標(biāo)準(zhǔn)44lISO標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)nGKS (Graphics Kernel System)

29、 (第一個官方標(biāo)準(zhǔn)，第一個官方標(biāo)準(zhǔn)，1977)nGKS-3DnPHIGS(Programmers Hierarchical Iuteractive Graphics system)nCGM、 CGI、IGES、STEP（討論中）（討論中）l行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)nOpenGL (SGI)：工業(yè)界；平臺無關(guān)：工業(yè)界；平臺無關(guān)nDirectX (MS)：娛樂界；：娛樂界；Widows平臺平臺nXlib (X財團(tuán)財團(tuán))：XWidowsnPostscript (Adobe)：印刷業(yè)：印刷業(yè)1.3.4 圖形軟件及軟件標(biāo)準(zhǔn)45l造型技術(shù)造型技術(shù)l真實(shí)感圖形繪制技術(shù)真實(shí)感圖形繪制技術(shù)l人機(jī)交互技術(shù)人機(jī)交互技術(shù)l與

30、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的緊密結(jié)合與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的緊密結(jié)合1.4 計算機(jī)圖形學(xué)當(dāng)前的研究熱點(diǎn)46l規(guī)則形體：歐氏幾何方法規(guī)則形體：歐氏幾何方法l不規(guī)則形體：不規(guī)則形體：n分形幾何方法分形幾何方法n粒子系統(tǒng)粒子系統(tǒng)n紋理映射紋理映射n實(shí)體造型實(shí)體造型n基于物理的造型基于物理的造型n基于圖像的造型基于圖像的造型1.4.1 造型（建模）技術(shù)計算機(jī)生成計算機(jī)生成的挪威云杉的挪威云杉47l奧迪汽車效果圖和線框圖奧迪汽車效果圖和線框圖實(shí)例48實(shí)例l基于視覺的實(shí)體建?；谝曈X的實(shí)體建模Wojciech MatusikMIT Laboratory for Computer Science49實(shí)例l基于視覺的實(shí)體建模原

31、理基于視覺的實(shí)體建模原理50l光照明模型光照明模型n簡單光照模型簡單光照模型; 局部光照模型局部光照模型; 整體光照模型整體光照模型l繪制算法繪制算法n光線跟蹤光線跟蹤; 輻射度輻射度l快速算法快速算法n包圍體樹、自適應(yīng)八叉樹等等包圍體樹、自適應(yīng)八叉樹等等l例子例子1.4.2 真實(shí)感圖形繪制技術(shù)51實(shí)例52lHuman-Computer Interaction Techniquesn是指通過計算機(jī)輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實(shí)現(xiàn)人是指通過計算機(jī)輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實(shí)現(xiàn)人與計算機(jī)對話的技術(shù)與計算機(jī)對話的技術(shù)l 包括包括n機(jī)器通過輸出或顯示設(shè)備給人提供大量有關(guān)信息及提示機(jī)器通過輸出或顯示設(shè)備給人提供大量有關(guān)信息及提示請示等請示等n人通過輸入設(shè)備給機(jī)器輸入有關(guān)信息等人通過輸入設(shè)備給機(jī)器輸入有關(guān)信息等l發(fā)展發(fā)展n多通道交互（利用人的視覺、聽覺、觸覺、運(yùn)動等）多通道交互（利用人的視覺、聽覺、觸覺、運(yùn)動等）n交互的精確性（計算機(jī)的理解能力）交互的精確性（計算機(jī)的理解能力）1.4.3 人機(jī)交互技術(shù)人機(jī)交互技術(shù)53l遠(yuǎn)程醫(yī)療與診斷遠(yuǎn)程醫(yī)療與診斷l(xiāng)遠(yuǎn)程導(dǎo)航與維修遠(yuǎn)程導(dǎo)航與維修l遠(yuǎn)程教育遠(yuǎn)程教育lVRML（虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言：（虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言：Virtual Reality Modeling Language）1.4.4 與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的緊密結(jié)合與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的緊密結(jié)合54l機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)n中