第一講：引言

1、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)本科課程課件本科課程課件第一講第一講:引言引言學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的與與教學(xué)計(jì)劃教學(xué)計(jì)劃計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖象處理計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖象處理計(jì)算機(jī)圖形的優(yōu)勢計(jì)算機(jī)圖形的優(yōu)勢計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的典型應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的典型應(yīng)用應(yīng)用分類應(yīng)用分類計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬、軟件發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬、軟件發(fā)展交互式圖形學(xué)的概念框架交互式圖形學(xué)的概念框架總結(jié)總結(jié) 學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的能夠從理論到實(shí)踐系統(tǒng)地掌握圖形系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和圖形系統(tǒng)的應(yīng)用；利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)解決實(shí)際應(yīng)用問題，為今后在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)性工作打下必要的基礎(chǔ)；掌握圖形系統(tǒng)的應(yīng)用方法。教學(xué)計(jì)劃（講課）教學(xué)計(jì)劃（講課） 教學(xué)分兩個(gè)環(huán)節(jié)：講課與上機(jī)實(shí)踐

2、。講課具體安教學(xué)分兩個(gè)環(huán)節(jié)：講課與上機(jī)實(shí)踐。講課具體安排如下：排如下：講課講課一、圖形學(xué)概述以及相關(guān)軟、硬件的應(yīng)用情況。一、圖形學(xué)概述以及相關(guān)軟、硬件的應(yīng)用情況。二、介紹二、介紹SRGP圖形包。圖形包。三、介紹二維圖形生成算法、二維圖形填充以及裁剪算法。三、介紹二維圖形生成算法、二維圖形填充以及裁剪算法。四、介紹坐標(biāo)變換概念、矩陣表示，以及統(tǒng)一表示的齊次線性四、介紹坐標(biāo)變換概念、矩陣表示，以及統(tǒng)一表示的齊次線性變換與仿射變換，三維視圖處理。變換與仿射變換，三維視圖處理。教學(xué)計(jì)劃（講課）教學(xué)計(jì)劃（講課）五、介紹有關(guān)曲線、曲面的表示，以及實(shí)體造型的有關(guān)內(nèi)容。五、介紹有關(guān)曲線、曲面的表示，以及實(shí)體造

3、型的有關(guān)內(nèi)容。 六、圖形硬件與標(biāo)準(zhǔn)化。六、圖形硬件與標(biāo)準(zhǔn)化。七、討論真實(shí)感圖形的顯示。七、討論真實(shí)感圖形的顯示。八、介紹八、介紹OpenGL應(yīng)用圖形學(xué)技術(shù)，為建模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。應(yīng)用圖形學(xué)技術(shù)，為建模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。（任選內(nèi)容）（任選內(nèi)容）九、介紹九、介紹C語言圖形包編程方法。語言圖形包編程方法。十、計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)簡介。十、計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)簡介。十一、介紹有關(guān)立體顯示的相關(guān)概念與技術(shù)十一、介紹有關(guān)立體顯示的相關(guān)概念與技術(shù)教學(xué)計(jì)劃（實(shí)踐）教學(xué)計(jì)劃（實(shí)踐）實(shí)踐指導(dǎo)實(shí)踐指導(dǎo)：Microsoft Visual C+ 環(huán)境實(shí)習(xí)；環(huán)境實(shí)習(xí)；3D Studio MAX以及以及Flash實(shí)習(xí)；實(shí)習(xí)；OpenGL圖形

4、包應(yīng)用技術(shù)實(shí)習(xí)；圖形包應(yīng)用技術(shù)實(shí)習(xí)；上機(jī)大作業(yè)實(shí)踐；上機(jī)大作業(yè)實(shí)踐；參考教材參考教材英文教材：英文教材：Computer Graphics Principles and PracticeFoley; vanDam; Feiner; Hughes計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)任愛華，北京航空航天大學(xué)出版社任愛華，北京航空航天大學(xué)出版社計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)任愛華，謝淼任愛華，謝淼 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)孫家廣等，清華大學(xué)出版社孫家廣等，清華大學(xué)出版社課程實(shí)踐的具體安排課程實(shí)踐的具體安排必做部分：必做部分：結(jié)合教材光盤內(nèi)容，自行用結(jié)合教材光盤內(nèi)容，自行用TC完成光柵算法、

5、用完成光柵算法、用VC+調(diào)用調(diào)用OpenGL完成真實(shí)感圖形等實(shí)驗(yàn)程序，完成真實(shí)感圖形等實(shí)驗(yàn)程序，加深對基礎(chǔ)知識的掌握，鍛煉實(shí)際動手能力加深對基礎(chǔ)知識的掌握，鍛煉實(shí)際動手能力任選部分：任選部分：利用利用 Photoshop、3D studio MAX完成三維造型完成三維造型及動畫制作及動畫制作 （多媒體廣告設(shè)計(jì)（多媒體廣告設(shè)計(jì)-聲音、圖片、圖形）聲音、圖片、圖形）利用利用Flash進(jìn)行網(wǎng)頁上的進(jìn)行網(wǎng)頁上的2D動畫設(shè)計(jì)。動畫設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖象處理概念區(qū)別：概念區(qū)別：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)關(guān)心如何利用計(jì)算機(jī)表示的模型產(chǎn)生客觀或抽象物體的圖形計(jì)算機(jī)圖形學(xué)關(guān)心如何利用計(jì)算機(jī)表示的模型產(chǎn)生客觀或抽象物體的圖形

6、合成；合成； 而圖象處理（而圖象處理（image processing）則與之正好相反，處理場景分則與之正好相反，處理場景分析，析， 或者根據(jù)物體的圖形重構(gòu)二維、三維物體模型?；蛘吒鶕?jù)物體的圖形重構(gòu)二維、三維物體模型。圖形分析在許多領(lǐng)域中起著重要作用：圖形分析在許多領(lǐng)域中起著重要作用：空中監(jiān)視照片、由空間探測器收集的月球或其他星球的慢掃描電視圖象、空中監(jiān)視照片、由空間探測器收集的月球或其他星球的慢掃描電視圖象、通過工業(yè)機(jī)器人通過工業(yè)機(jī)器人“眼眼”獲得的電視圖象、染色體掃描、光圖象、計(jì)算機(jī)化獲得的電視圖象、染色體掃描、光圖象、計(jì)算機(jī)化軸斷層掃描、指紋分析，所有這些都要使用圖象處理技術(shù)。軸斷層掃描

7、、指紋分析，所有這些都要使用圖象處理技術(shù)。圖象處理包括的領(lǐng)域有：圖象處理包括的領(lǐng)域有：圖象增強(qiáng)、模式檢測與識別、場景分析與計(jì)算機(jī)視覺。圖象增強(qiáng)、模式檢測與識別、場景分析與計(jì)算機(jī)視覺。 圖象增強(qiáng)主要是通過消除噪音（即多余的或丟失的象素?cái)?shù)據(jù)）或通過圖象增強(qiáng)主要是通過消除噪音（即多余的或丟失的象素?cái)?shù)據(jù)）或通過增強(qiáng)對比度來改進(jìn)圖象質(zhì)量。增強(qiáng)對比度來改進(jìn)圖象質(zhì)量。 模式檢測與識別主要是從未知的圖像中檢測和鑒別所符合的標(biāo)準(zhǔn)模式，模式檢測與識別主要是從未知的圖像中檢測和鑒別所符合的標(biāo)準(zhǔn)模式，并找出與這些標(biāo)準(zhǔn)模式之間的偏差（或失真）。并找出與這些標(biāo)準(zhǔn)模式之間的偏差（或失真）。 場景分析和計(jì)算機(jī)視覺可以從幾個(gè)二

8、維圖象中識別和重構(gòu)三維圖形場景分析和計(jì)算機(jī)視覺可以從幾個(gè)二維圖象中識別和重構(gòu)三維圖形計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖象處理計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖象處理的重疊與交叉：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖象處理的重疊與交叉：雖然都涉及計(jì)雖然都涉及計(jì)算機(jī)處理圖形，但被劃分為完全不同的學(xué)科?，F(xiàn)在這兩者算機(jī)處理圖形，但被劃分為完全不同的學(xué)科。現(xiàn)在這兩者都采用光柵顯示器，那么兩學(xué)科的重疊和交叉部分就會越都采用光柵顯示器，那么兩學(xué)科的重疊和交叉部分就會越來越多，從兩方面可以說明這一點(diǎn)：來越多，從兩方面可以說明這一點(diǎn)：首先，在交互式圖象處理中，當(dāng)需要實(shí)時(shí)地在屏幕上轉(zhuǎn)換連續(xù)首先，在交互式圖象處理中，當(dāng)需要實(shí)時(shí)地在屏幕上轉(zhuǎn)換連續(xù)色調(diào)圖象時(shí)，用戶在菜單以及

9、其它圖形交互技術(shù)的幫助下，輸入色調(diào)圖象時(shí)，用戶在菜單以及其它圖形交互技術(shù)的幫助下，輸入命令控制不同的過程。比如，掃描進(jìn)來的照片經(jīng)過電子方式粘貼、命令控制不同的過程。比如，掃描進(jìn)來的照片經(jīng)過電子方式粘貼、裁剪編輯后，與其它內(nèi)容合成形成綜合圖象，然后再輸出，則需裁剪編輯后，與其它內(nèi)容合成形成綜合圖象，然后再輸出，則需要圖形工具的幫助。要圖形工具的幫助。其次，在計(jì)算機(jī)圖形中，經(jīng)常需要簡單的圖象處理操作輔助合其次，在計(jì)算機(jī)圖形中，經(jīng)常需要簡單的圖象處理操作輔助合成一個(gè)模型的圖象。變換與合成圖象的某些手段，在很大程度上成一個(gè)模型的圖象。變換與合成圖象的某些手段，在很大程度上依賴于圖象處理。依賴于圖象處理

10、。計(jì)算機(jī)圖形的優(yōu)勢計(jì)算機(jī)圖形的優(yōu)勢廉價(jià)復(fù)制名畫；廉價(jià)復(fù)制名畫；繪制客觀物體與抽象物體圖形；繪制客觀物體與抽象物體圖形；四維數(shù)學(xué)面（四維數(shù)學(xué)面（Plate I.3,I.4)普查結(jié)果（無幾何信息）普查結(jié)果（無幾何信息）繪制動態(tài)圖象繪制動態(tài)圖象運(yùn)動動畫運(yùn)動動畫 像機(jī)動，景物不動；像機(jī)動，景物不動； 景物動，像機(jī)不動；景物動，像機(jī)不動；靜態(tài)屬性更新動畫（形狀、顏色等）靜態(tài)屬性更新動畫（形狀、顏色等） 飛行中的飛機(jī)結(jié)構(gòu)變形飛行中的飛機(jī)結(jié)構(gòu)變形 操作員控制的核反應(yīng)系統(tǒng)中方圖表示的狀態(tài)變化操作員控制的核反應(yīng)系統(tǒng)中方圖表示的狀態(tài)變化。結(jié)果精確、產(chǎn)品質(zhì)量高、較低的分析與設(shè)計(jì)費(fèi)用、較高產(chǎn)量結(jié)果精確、產(chǎn)品質(zhì)量高、較

11、低的分析與設(shè)計(jì)費(fèi)用、較高產(chǎn)量計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的典型應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的典型應(yīng)用用戶界面用戶界面文字處理軟件（文字處理軟件（Word），空白表格軟件（），空白表格軟件（Spreadsheet）,以及桌面出版系統(tǒng)都是用戶界面技術(shù)的典型應(yīng)用。以及桌面出版系統(tǒng)都是用戶界面技術(shù)的典型應(yīng)用。商業(yè)、科學(xué)與技術(shù)上的繪圖商業(yè)、科學(xué)與技術(shù)上的繪圖數(shù)學(xué)、物理以及經(jīng)濟(jì)方面的二維和三維圖形；直方圖、條形數(shù)學(xué)、物理以及經(jīng)濟(jì)方面的二維和三維圖形；直方圖、條形圖、餅圖、任務(wù)調(diào)度表、物資和產(chǎn)品表等等，用于展示數(shù)圖、餅圖、任務(wù)調(diào)度表、物資和產(chǎn)品表等等，用于展示數(shù)據(jù)所體現(xiàn)的變化趨勢。圖形以及圖表表示的數(shù)據(jù)變化既直據(jù)所體現(xiàn)的變化趨勢。圖形

12、以及圖表表示的數(shù)據(jù)變化既直觀又有意義，便于理解復(fù)雜現(xiàn)象，有助于決策制定。觀又有意義，便于理解復(fù)雜現(xiàn)象，有助于決策制定。辦公自動化與電子出版辦公自動化與電子出版PC機(jī)上的辦公自動化與電子出版軟件可以產(chǎn)生傳統(tǒng)的打印文機(jī)上的辦公自動化與電子出版軟件可以產(chǎn)生傳統(tǒng)的打印文檔（硬拷貝）以及電子文檔（軟拷貝），文檔中可包括正檔（硬拷貝）以及電子文檔（軟拷貝），文檔中可包括正文、表格、圖形和圖象。正在迅猛發(fā)展的超媒體文、表格、圖形和圖象。正在迅猛發(fā)展的超媒體（Hypermedia）系統(tǒng)還允許瀏覽網(wǎng)絡(luò)上互連的多媒體文）系統(tǒng)還允許瀏覽網(wǎng)絡(luò)上互連的多媒體文檔。檔。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的典型應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的典型應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔

13、助設(shè)計(jì)與制圖計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制圖計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD） 機(jī)械設(shè)備、電器設(shè)備、機(jī)電設(shè)備以及電子設(shè)備；機(jī)械設(shè)備、電器設(shè)備、機(jī)電設(shè)備以及電子設(shè)備； 建筑物、汽車車身、飛機(jī)機(jī)身及船體、超大規(guī)模集成電建筑物、汽車車身、飛機(jī)機(jī)身及船體、超大規(guī)模集成電路芯片、光學(xué)系統(tǒng)以及電話與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。路芯片、光學(xué)系統(tǒng)以及電話與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。聯(lián)機(jī)制圖聯(lián)機(jī)制圖 用戶往往要求對其部件和組件進(jìn)行精確繪制；用戶往往要求對其部件和組件進(jìn)行精確繪制；交互（用戶與計(jì)算機(jī)表示的設(shè)計(jì)模型之間的）交互（用戶與計(jì)算機(jī)表示的設(shè)計(jì)模型之間的） 用于測試目的用于測試目的 對結(jié)構(gòu)性能的測試；對結(jié)構(gòu)性能的測試； 電性能或熱性能的測試。電

14、性能或熱性能的測試。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的典型應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的典型應(yīng)用科學(xué)可視化及娛樂目的仿真動畫科學(xué)可視化及娛樂目的仿真動畫計(jì)算機(jī)生產(chǎn)的動畫電影計(jì)算機(jī)生產(chǎn)的動畫電影 一些比較簡單而經(jīng)濟(jì)的平面布景動畫片制作系統(tǒng)，可方便迅一些比較簡單而經(jīng)濟(jì)的平面布景動畫片制作系統(tǒng)，可方便迅速地在指定的兩個(gè)主幀之間自動插入中間幀。動畫角色在計(jì)速地在指定的兩個(gè)主幀之間自動插入中間幀。動畫角色在計(jì)算機(jī)建模中，越來越多地被描述為三維形象，角色的運(yùn)動由算機(jī)建模中，越來越多地被描述為三維形象，角色的運(yùn)動由計(jì)算機(jī)來實(shí)時(shí)控制（傳感器采集幾何位置數(shù)據(jù)），而不是由計(jì)算機(jī)來實(shí)時(shí)控制（傳感器采集幾何位置數(shù)據(jù)），而不是由動畫制作者手工畫出的插

15、圖來控制。對于物體建模以及表示動畫制作者手工畫出的插圖來控制。對于物體建模以及表示可采用光線和陰影的高級機(jī)制，還可生成立體效果?？刹捎霉饩€和陰影的高級機(jī)制，還可生成立體效果?？陀^物體與仿真物體的時(shí)變行為顯示客觀物體與仿真物體的時(shí)變行為顯示 利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的這些效果來研究抽象數(shù)學(xué)體、流體流動、利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的這些效果來研究抽象數(shù)學(xué)體、流體流動、相對性、原子核與化學(xué)反映、生理系統(tǒng)、器官機(jī)能以及在各相對性、原子核與化學(xué)反映、生理系統(tǒng)、器官機(jī)能以及在各種負(fù)荷下產(chǎn)生的機(jī)械結(jié)構(gòu)變形等現(xiàn)象的數(shù)學(xué)實(shí)體和模型。種負(fù)荷下產(chǎn)生的機(jī)械結(jié)構(gòu)變形等現(xiàn)象的數(shù)學(xué)實(shí)體和模型。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的典型應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的典型應(yīng)用商業(yè)藝術(shù)

16、商業(yè)藝術(shù)廣告藝術(shù)廣告藝術(shù) 利用計(jì)算機(jī)圖形表示信息和吸引注意力。在個(gè)人家中以及利用計(jì)算機(jī)圖形表示信息和吸引注意力。在個(gè)人家中以及諸如博物館、超市、旅館等公共場所中，個(gè)人計(jì)算機(jī)、文諸如博物館、超市、旅館等公共場所中，個(gè)人計(jì)算機(jī)、文字電視廣播、可視圖文終端，通過顯示一些簡單、靜止的字電視廣播、可視圖文終端，通過顯示一些簡單、靜止的圖片信息，就可以幫助用戶進(jìn)行自我導(dǎo)向和選擇，用戶還圖片信息，就可以幫助用戶進(jìn)行自我導(dǎo)向和選擇，用戶還可以利用它們進(jìn)行電子購物以及商業(yè)交易。可以利用它們進(jìn)行電子購物以及商業(yè)交易。幻燈片的生產(chǎn)幻燈片的生產(chǎn) 生產(chǎn)用于介紹商業(yè)、科學(xué)或教育的幻燈片，與傳統(tǒng)幻燈片生產(chǎn)用于介紹商業(yè)、科學(xué)

17、或教育的幻燈片，與傳統(tǒng)幻燈片生產(chǎn)方式的勞動成本相比，要低得多。生產(chǎn)方式的勞動成本相比，要低得多。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的典型應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的典型應(yīng)用過程控制過程控制煉油廠、發(fā)電廠以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)顯示，是從傳感器上獲煉油廠、發(fā)電廠以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)顯示，是從傳感器上獲得的數(shù)據(jù)，這些傳感器與關(guān)鍵的系統(tǒng)部件相連接，通過狀態(tài)得的數(shù)據(jù)，這些傳感器與關(guān)鍵的系統(tǒng)部件相連接，通過狀態(tài)顯示，操作人員可以對未定條件給予響應(yīng)。顯示，操作人員可以對未定條件給予響應(yīng)。軍事指揮官從顯示器上觀察戰(zhàn)場數(shù)據(jù)，如：車輛的數(shù)目及位置、軍事指揮官從顯示器上觀察戰(zhàn)場數(shù)據(jù)，如：車輛的數(shù)目及位置、武器發(fā)射的數(shù)目與位置、部隊(duì)移動情況、傷亡數(shù)目

18、，在需要武器發(fā)射的數(shù)目與位置、部隊(duì)移動情況、傷亡數(shù)目，在需要時(shí)以此來修改他們的戰(zhàn)術(shù)。時(shí)以此來修改他們的戰(zhàn)術(shù)。飛機(jī)場上的飛行控制人員在雷達(dá)觀測設(shè)備上觀察計(jì)算機(jī)生成的飛機(jī)場上的飛行控制人員在雷達(dá)觀測設(shè)備上觀察計(jì)算機(jī)生成的飛機(jī)標(biāo)識與狀態(tài)信息，由此可以更快、更準(zhǔn)確地導(dǎo)航。若使飛機(jī)標(biāo)識與狀態(tài)信息，由此可以更快、更準(zhǔn)確地導(dǎo)航。若使用無注釋的雷達(dá)數(shù)據(jù)則達(dá)不到這種快速準(zhǔn)確的控制效果。用無注釋的雷達(dá)數(shù)據(jù)則達(dá)不到這種快速準(zhǔn)確的控制效果。制圖學(xué)制圖學(xué)利用測量數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)圖形可對地理現(xiàn)象和其它自然現(xiàn)象進(jìn)行利用測量數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)圖形可對地理現(xiàn)象和其它自然現(xiàn)象進(jìn)行精確或粗略的表示。如：地理圖、地形圖，鉆井、采礦用的精確或粗

19、略的表示。如：地理圖、地形圖，鉆井、采礦用的勘探圖，海洋圖、氣象圖、等高線地圖以及人口密度圖。勘探圖，海洋圖、氣象圖、等高線地圖以及人口密度圖。應(yīng)用分類 按物體表示形式（維數(shù)）以及圖形生成的方式按物體表示形式（維數(shù)）以及圖形生成的方式分類分類表1.1 由物體及其圖形進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖形分類應(yīng)用分類應(yīng)用分類按照交互類型分類按照交互類型分類脫機(jī)制圖；脫機(jī)制圖； 脫機(jī)制圖是指制圖過程根據(jù)某個(gè)應(yīng)用程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫，脫機(jī)制圖是指制圖過程根據(jù)某個(gè)應(yīng)用程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫，或由物理模型形成的數(shù)據(jù)庫自動完成繪制?；蛴晌锢砟Ｐ托纬傻臄?shù)據(jù)庫自動完成繪制。交互制圖；交互制圖； 交互制圖是指用戶反復(fù)地控制繪圖過程，如交互制圖是

20、指用戶反復(fù)地控制繪圖過程，如“提供參數(shù)，提供參數(shù)，畫圖，變換參數(shù)，再畫圖畫圖，變換參數(shù)，再畫圖”。預(yù)定義物體并實(shí)時(shí)繞行預(yù)定義物體并實(shí)時(shí)繞行 預(yù)先定義或計(jì)算物體，并在用戶控制下實(shí)時(shí)地環(huán)繞物體預(yù)先定義或計(jì)算物體，并在用戶控制下實(shí)時(shí)地環(huán)繞物體運(yùn)動，例如：用于科學(xué)可視化以及飛行模擬器的實(shí)時(shí)動運(yùn)動，例如：用于科學(xué)可視化以及飛行模擬器的實(shí)時(shí)動畫系統(tǒng)。畫系統(tǒng)。交互設(shè)計(jì)交互設(shè)計(jì) 交互設(shè)計(jì)是指用戶由空屏幕開始，定義新的物體，通常交互設(shè)計(jì)是指用戶由空屏幕開始，定義新的物體，通常利用一些已有的組件進(jìn)行組裝，然后通過不斷移動，獲利用一些已有的組件進(jìn)行組裝，然后通過不斷移動，獲得想要的視圖。得想要的視圖。應(yīng)用分類應(yīng)用分

21、類根椐圖形的作用與地位分類根椐圖形的作用與地位分類圖是最終產(chǎn)品圖是最終產(chǎn)品圖形作為設(shè)計(jì)與分析對象輔助工具圖形作為設(shè)計(jì)與分析對象輔助工具 在許多在許多CAD應(yīng)用中，繪圖盡管重要，但僅是一個(gè)大型應(yīng)用中，繪圖盡管重要，但僅是一個(gè)大型處理過程的一小部分，該工程的目標(biāo)是利用集成工具創(chuàng)處理過程的一小部分，該工程的目標(biāo)是利用集成工具創(chuàng)建和后置處理一個(gè)公共數(shù)據(jù)庫。（如建和后置處理一個(gè)公共數(shù)據(jù)庫。（如VLSI芯片設(shè)計(jì)）芯片設(shè)計(jì)）根據(jù)圖形之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行分類根據(jù)圖形之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行分類例如，用戶可能一次處理一張圖（典型的繪圖操例如，用戶可能一次處理一張圖（典型的繪圖操作），也可能處理數(shù)張相關(guān)圖形的一個(gè)變化序作

22、），也可能處理數(shù)張相關(guān)圖形的一個(gè)變化序列（如運(yùn)動動態(tài)圖與修改動態(tài)圖的情況），還列（如運(yùn)動動態(tài)圖與修改動態(tài)圖的情況），還可能處理物體構(gòu)件的集合（如在許多可能處理物體構(gòu)件的集合（如在許多CAD應(yīng)用應(yīng)用中組件和子部件的分層圖形）。中組件和子部件的分層圖形）。有關(guān)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬軟件發(fā)展有關(guān)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬軟件發(fā)展圖形學(xué)的發(fā)展史圖形學(xué)的發(fā)展史計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬件發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬件發(fā)展 1950年麻省理工學(xué)院年麻省理工學(xué)院MIT研制的研制的Whirlwind計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī),使用了使用了CRT（陰極射線管）顯示器作為輸出設(shè)備（陰極射線管）顯示器作為輸出設(shè)備。 五十年代中期美國開發(fā)的五十年代中期美國開發(fā)的S

23、AGE空中防預(yù)系統(tǒng)首次使空中防預(yù)系統(tǒng)首次使用命令控制的用命令控制的CRT顯示控制臺，在其上操作員使用光顯示控制臺，在其上操作員使用光筆識別目標(biāo)，光筆即是能檢測出光的筆筆識別目標(biāo)，光筆即是能檢測出光的筆,是手持點(diǎn)擊是手持點(diǎn)擊設(shè)備，對屏幕上光的變化敏感度進(jìn)行捕捉。設(shè)備，對屏幕上光的變化敏感度進(jìn)行捕捉。 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬軟件發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬軟件發(fā)展 六十年代初六十年代初 Ivan Sutherland的博士論文建立了圖形的博士論文建立了圖形學(xué)概念學(xué)概念。他的論文工作完成了他的論文工作完成了Sketchpad繪圖系統(tǒng)，他引入記錄和保存符號層次的繪圖系統(tǒng)，他引入記錄和保存符號層次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種技術(shù)

24、類似于使用塑料模板數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種技術(shù)類似于使用塑料模板畫電路符號。畫電路符號。Ivan還采用了交互技術(shù)，使還采用了交互技術(shù)，使用鍵盤和光筆完成選擇、定位、繪圖工作。用鍵盤和光筆完成選擇、定位、繪圖工作。他還系統(tǒng)地闡述了許多基礎(chǔ)概念和技術(shù)，他還系統(tǒng)地闡述了許多基礎(chǔ)概念和技術(shù)，直到今天這些概念和技術(shù)仍被使用著。直到今天這些概念和技術(shù)仍被使用著。 CAD/CAM興起興起（汽車、飛機(jī)制造）（汽車、飛機(jī)制造）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬軟件發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬軟件發(fā)展 六十年中期至七十年代末六十年中期至七十年代末 出現(xiàn)許多圖形系統(tǒng)研究項(xiàng)目和圖形系統(tǒng)商業(yè)產(chǎn)品出現(xiàn)許多圖形系統(tǒng)研究項(xiàng)目和圖形系統(tǒng)商業(yè)產(chǎn)品。 受計(jì)算機(jī)硬件技

25、術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展限制，效果不佳。受計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展限制，效果不佳。l 圖形圖形硬件硬件的生產(chǎn)的生產(chǎn)成本高成本高。當(dāng)時(shí)，一臺計(jì)算機(jī)顯示器的成本比。當(dāng)時(shí)，一臺計(jì)算機(jī)顯示器的成本比一輛汽車還貴。因此，那時(shí)的汽車制造上的一輛汽車還貴。因此，那時(shí)的汽車制造上的CAD是沒有任何是沒有任何經(jīng)濟(jì)利益的。經(jīng)濟(jì)利益的。l 需要大量、需要大量、昂貴的計(jì)算資源昂貴的計(jì)算資源（如內(nèi)存）來支持大型數(shù)據(jù)庫、（如內(nèi)存）來支持大型數(shù)據(jù)庫、交互圖形操作、以及來自圖形設(shè)計(jì)階段大型的后置處理程序。交互圖形操作、以及來自圖形設(shè)計(jì)階段大型的后置處理程序。l 以以面向批處理面向批處理的的FORTRAN程序員為主流，程序員為

26、主流， 圖形和交互方式圖形和交互方式對于他們來說還不熟悉，所以為新的分時(shí)環(huán)境編寫既有圖形對于他們來說還不熟悉，所以為新的分時(shí)環(huán)境編寫既有圖形又有交互作用的大型交互程序有很大困難。又有交互作用的大型交互程序有很大困難。l 只有針對具體的顯示設(shè)備而編寫的只有針對具體的顯示設(shè)備而編寫的不可移植軟件不可移植軟件，這些軟件，這些軟件不具有系統(tǒng)的模塊與結(jié)構(gòu)化；如果軟件不可移植，要把軟件不具有系統(tǒng)的模塊與結(jié)構(gòu)化；如果軟件不可移植，要把軟件用于新型的顯示設(shè)備，則需要重寫這些軟件，即昂貴又耗時(shí)。用于新型的顯示設(shè)備，則需要重寫這些軟件，即昂貴又耗時(shí)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬軟件發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬軟件發(fā)展 八十年代八十年

27、代 具有圖形終端的個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)以后，如具有圖形終端的個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)以后，如Apple Macintosh以及以及IBM PC，才使其硬件和軟件成本費(fèi)用迅才使其硬件和軟件成本費(fèi)用迅速下跌，使得圖形計(jì)算機(jī)作為辦公和家庭使用的工具出現(xiàn)速下跌，使得圖形計(jì)算機(jī)作為辦公和家庭使用的工具出現(xiàn)在市場上。在市場上。輸出技術(shù)輸出技術(shù)在六十年代中期研制的顯示設(shè)備一直延用到八十年代中期在六十年代中期研制的顯示設(shè)備一直延用到八十年代中期 向量式顯示器（也稱畫線式顯示器）向量式顯示器（也稱畫線式顯示器） 光柵圖形顯示器光柵圖形顯示器計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬軟件發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬軟件發(fā)展向量顯示結(jié)構(gòu)向量顯示結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

28、的硬軟件發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬軟件發(fā)展光柵顯示結(jié)構(gòu)光柵顯示結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬軟件發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的硬軟件發(fā)展輸入技術(shù)輸入技術(shù)曾在向量系統(tǒng)中使用的易損壞的光筆已被鼠曾在向量系統(tǒng)中使用的易損壞的光筆已被鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)板以及觸摸屏幕所取代。甚至更標(biāo)、數(shù)據(jù)板以及觸摸屏幕所取代。甚至更為精制的輸入設(shè)備也成為普通輸入形式，為精制的輸入設(shè)備也成為普通輸入形式，它們提供的不僅是屏幕上的坐標(biāo)（它們提供的不僅是屏幕上的坐標(biāo)（x,y）位置，還有三維甚至更高維數(shù)的輸入值。位置，還有三維甚至更高維數(shù)的輸入值。聲音通訊也有著巨大的潛力，因?yàn)樗恍杪曇敉ㄓ嵰灿兄薮蟮臐摿?，因?yàn)樗恍栌檬州斎?，而是用聲音輸入，并用允許簡用手輸入

29、，而是用聲音輸入，并用允許簡單指令、反饋等等的自然輸出。多通道的單指令、反饋等等的自然輸出。多通道的并行輸入方式正在發(fā)展之中。并行輸入方式正在發(fā)展之中。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的軟件發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的軟件發(fā)展軟件可移植性與圖形標(biāo)準(zhǔn)軟件可移植性與圖形標(biāo)準(zhǔn)可移植性可移植性 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng) 圖形系統(tǒng)圖形系統(tǒng) 應(yīng)用程序應(yīng)用程序 程序員程序員圖形標(biāo)準(zhǔn)圖形標(biāo)準(zhǔn) CORE GKSGKS-3D PHIGS/PHIGS+交互圖形學(xué)概念框架交互圖形學(xué)概念框架應(yīng)用建模應(yīng)用建模模型包括所有數(shù)據(jù)（幾何非幾何數(shù)據(jù)）模型包括所有數(shù)據(jù)（幾何非幾何數(shù)據(jù)） 應(yīng)用程序的顯示和交互部分；應(yīng)用程序的顯示和交互部分； 非圖形的后置處理模塊（非圖形

30、的后置處理模塊（CAD系統(tǒng)）系統(tǒng)）純幾何模型（機(jī)器人、畫板）純幾何模型（機(jī)器人、畫板）數(shù)據(jù)與過程模型（分形定義）數(shù)據(jù)與過程模型（分形定義）無固定幾何的模型（有向圖網(wǎng)絡(luò)）無固定幾何的模型（有向圖網(wǎng)絡(luò)）無幾何模型（統(tǒng)計(jì)信息直方圖、圓餅圖表示）無幾何模型（統(tǒng)計(jì)信息直方圖、圓餅圖表示）分形小程序/* 640*480 在在Turbo C環(huán)境下運(yùn)行環(huán)境下運(yùn)行*/#include graphics.h main() int nThre=100; int xCord,yCord,nColor,nTimes; float reP,rePmin=-1.5,rePmax=0.75; float imP,imPmin

31、=-1.5,imPmax=1.5; float reZ,imZ,tmpReZ,deltImP,deltReP,absZ; int GraphDriver=DETECT; int GraphMode; initgraph(&GraphDriver,&GraphMode,); deltReP=(rePmax-rePmin)/640;/*0.0035*/ deltImP=(imPmax-imPmin)/480;/*0.00625*/ for(xCord=1;xCord641;xCord+) for(yCord=1;yCord481;yCord+) reP=rePmin+deltReP

32、*xCord; imP=imPmin+deltImP*yCord; reZ=0; imZ=0; for(nTimes=0;nTimesnThre) nColor=nTimes/5; putpixel(xCord,yCord,nColor); break; /*end if*/ nColor=16; putpixel(xCord,yCord,nColor); /*end for 復(fù)數(shù)長度迭代及顏色設(shè)置復(fù)數(shù)長度迭代及顏色設(shè)置*/*end for 屏幕坐標(biāo)指定屏幕坐標(biāo)指定*/ getch(); printf(the program is endedn); exit(); 交互圖形學(xué)概念框架交互圖形學(xué)

33、概念框架圖形系統(tǒng)的職責(zé)圖形系統(tǒng)的職責(zé)圖形系統(tǒng)構(gòu)成圖形系統(tǒng)構(gòu)成 圖元、屬性其它元素（程序庫高級語言調(diào)用）圖元、屬性其它元素（程序庫高級語言調(diào)用） 邏輯設(shè)備（邏輯顯示邏輯輸入設(shè)備邏輯設(shè)備（邏輯顯示邏輯輸入設(shè)備locator,selector等）等）職責(zé)：圖形系統(tǒng)按照提交的模型來建立物體的視圖以及把用職責(zé)：圖形系統(tǒng)按照提交的模型來建立物體的視圖以及把用戶事件傳遞給應(yīng)用程序。戶事件傳遞給應(yīng)用程序。 有關(guān)有關(guān)“用戶用戶-模型模型-圖形系統(tǒng)圖形系統(tǒng)”的的幾點(diǎn)說明幾點(diǎn)說明：有限的圖形系統(tǒng)命令集有限的圖形系統(tǒng)命令集 圖元（點(diǎn)線面）屬性（控制圖元外表）圖元（點(diǎn)線面）屬性（控制圖元外表） 用近似方法繪制復(fù)雜圖形（

34、球、自由曲面）用近似方法繪制復(fù)雜圖形（球、自由曲面）模型是針對應(yīng)用的，與專用顯示系統(tǒng)無關(guān)模型是針對應(yīng)用的，與專用顯示系統(tǒng)無關(guān)應(yīng)用程序需將模型的內(nèi)部表示應(yīng)用程序需將模型的內(nèi)部表示,轉(zhuǎn)換為圖形系統(tǒng)使用的命令轉(zhuǎn)換為圖形系統(tǒng)使用的命令 檢索數(shù)據(jù)庫，抽取可視部分檢索數(shù)據(jù)庫，抽取可視部分 變換可視部分為圖形系統(tǒng)使用的命令形式變換可視部分為圖形系統(tǒng)使用的命令形式交互圖形學(xué)概念框架交互圖形學(xué)概念框架交互處理交互處理generate initial display, 由應(yīng)用模型決定初始由應(yīng)用模型決定初始顯示的內(nèi)容顯示的內(nèi)容repeatenable selection of commands or objects

35、程序暫停，等待用戶中斷程序暫停，等待用戶中斷wait for user selectioncase on selectionprocess selection to complete command or process completed command, update model and screen as neededenduntil quit用戶已選擇用戶已選擇”quit”選項(xiàng)選項(xiàng)交互圖形學(xué)概念框架交互圖形學(xué)概念框架應(yīng)用程序?qū)斎氲捻憫?yīng)應(yīng)用程序?qū)斎氲捻憫?yīng)用戶用戶修改屏幕修改屏幕 選中某對象，應(yīng)用程序不修改模型，只修改其內(nèi)部狀態(tài)，調(diào)選中某對象，應(yīng)用程序不修改模型，只修改其內(nèi)部狀態(tài)，調(diào)用圖形系統(tǒng)命令，修改屏幕用圖