第一講：引言

1、計算機圖形學計算機圖形學本科課程課件本科課程課件第一講第一講:引言引言學習目的學習目的與與教學計劃教學計劃計算機圖形學與圖象處理計算機圖形學與圖象處理計算機圖形的優(yōu)勢計算機圖形的優(yōu)勢計算機圖形學的典型應用計算機圖形學的典型應用應用分類應用分類計算機圖形學的硬、軟件發(fā)展計算機圖形學的硬、軟件發(fā)展交互式圖形學的概念框架交互式圖形學的概念框架總結總結 學習目的學習目的能夠從理論到實踐系統(tǒng)地掌握圖形系統(tǒng)設計原理和圖形系統(tǒng)的應用；利用計算機圖形系統(tǒng)解決實際應用問題，為今后在計算機圖形學領域的專業(yè)性工作打下必要的基礎；掌握圖形系統(tǒng)的應用方法。教學計劃（講課）教學計劃（講課） 教學分兩個環(huán)節(jié)：講課與上機實踐

2、。講課具體安教學分兩個環(huán)節(jié)：講課與上機實踐。講課具體安排如下：排如下：講課講課一、圖形學概述以及相關軟、硬件的應用情況。一、圖形學概述以及相關軟、硬件的應用情況。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。教學計劃（講課）教學計劃（講課）五、介紹有關曲線、曲面的表示，以及實體造型的有關內(nèi)容。五、介紹有關曲線、曲面的表示，以及實體造

3、型的有關內(nèi)容。 六、圖形硬件與標準化。六、圖形硬件與標準化。七、討論真實感圖形的顯示。七、討論真實感圖形的顯示。八、介紹八、介紹OpenGL應用圖形學技術，為建模應用奠定基礎。應用圖形學技術，為建模應用奠定基礎。（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、計算機動畫技術簡介。十、計算機動畫技術簡介。十一、介紹有關立體顯示的相關概念與技術十一、介紹有關立體顯示的相關概念與技術教學計劃（實踐）教學計劃（實踐）實踐指導實踐指導：Microsoft Visual C+ 環(huán)境實習；環(huán)境實習；3D Studio MAX以及以及Flash實習；實習；OpenGL圖形

4、包應用技術實習；圖形包應用技術實習；上機大作業(yè)實踐；上機大作業(yè)實踐；參考教材參考教材英文教材：英文教材：Computer Graphics Principles and PracticeFoley; vanDam; Feiner; Hughes計算機圖形學計算機圖形學任愛華，北京航空航天大學出版社任愛華，北京航空航天大學出版社計算機圖形學計算機圖形學任愛華，謝淼任愛華，謝淼 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機圖形學計算機圖形學孫家廣等，清華大學出版社孫家廣等，清華大學出版社課程實踐的具體安排課程實踐的具體安排必做部分：必做部分：結合教材光盤內(nèi)容，自行用結合教材光盤內(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完成真實感圖形等實驗程序，完成真實感圖形等實驗程序，加深對基礎知識的掌握，鍛煉實際動手能力加深對基礎知識的掌握，鍛煉實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 （多媒體廣告設計（多媒體廣告設計-聲音、圖片、圖形）聲音、圖片、圖形）利用利用Flash進行網(wǎng)頁上的進行網(wǎng)頁上的2D動畫設計。動畫設計。計算機圖形學與圖象處理概念區(qū)別：概念區(qū)別：計算機圖形學關心如何利用計算機表示的模型產(chǎn)生客觀或抽象物體的圖形計算機圖形學關心如何利用計算機表示的模型產(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)物體的圖形重構二維、三維物體模型?；蛘吒鶕?jù)物體的圖形重構二維、三維物體模型。圖形分析在許多領域中起著重要作用：圖形分析在許多領域中起著重要作用：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)機器人通過工業(yè)機器人“眼眼”獲得的電視圖象、染色體掃描、光圖象、計算機化獲得的電視圖象、染色體掃描、光圖象、計算機化軸斷層掃描、指紋分析，所有這些都要使用圖象處理技術。軸斷層掃描

7、、指紋分析，所有這些都要使用圖象處理技術。圖象處理包括的領域有：圖象處理包括的領域有：圖象增強、模式檢測與識別、場景分析與計算機視覺。圖象增強、模式檢測與識別、場景分析與計算機視覺。 圖象增強主要是通過消除噪音（即多余的或丟失的象素數(shù)據(jù)）或通過圖象增強主要是通過消除噪音（即多余的或丟失的象素數(shù)據(jù)）或通過增強對比度來改進圖象質量。增強對比度來改進圖象質量。 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準模式，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準模式，并找出與這些標準模式之間的偏差（或失真）。并找出與這些標準模式之間的偏差（或失真）。 場景分析和計算機視覺可以從幾個二

8、維圖象中識別和重構三維圖形場景分析和計算機視覺可以從幾個二維圖象中識別和重構三維圖形計算機圖形學與圖象處理計算機圖形學與圖象處理的重疊與交叉：計算機圖形學與圖象處理的重疊與交叉：雖然都涉及計雖然都涉及計算機處理圖形，但被劃分為完全不同的學科?，F(xiàn)在這兩者算機處理圖形，但被劃分為完全不同的學科?，F(xiàn)在這兩者都采用光柵顯示器，那么兩學科的重疊和交叉部分就會越都采用光柵顯示器，那么兩學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：來越多，從兩方面可以說明這一點：首先，在交互式圖象處理中，當需要實時地在屏幕上轉換連續(xù)首先，在交互式圖象處理中，當需要實時地在屏幕上轉換連續(xù)色調(diào)圖象時，用戶在菜單以及

9、其它圖形交互技術的幫助下，輸入色調(diào)圖象時，用戶在菜單以及其它圖形交互技術的幫助下，輸入命令控制不同的過程。比如，掃描進來的照片經(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，在計算機圖形中，經(jīng)常需要簡單的圖象處理操作輔助合其次，在計算機圖形中，經(jīng)常需要簡單的圖象處理操作輔助合成一個模型的圖象。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、。計算機圖形的優(yōu)勢計算機圖形的優(yōu)勢廉價復制名畫；廉價復制名畫；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)學面（四維數(shù)學面（Plate I.3,I.4)普查結果（無幾何信息）普查結果（無幾何信息）繪制動態(tài)圖象繪制動態(tài)圖象運動動畫運動動畫 像機動，景物不動；像機動，景物不動； 景物動，像機不動；景物動，像機不動；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） 飛行中的飛機結構變形飛行中的飛機結構變形 操作員控制的核反應系統(tǒng)中方圖表示的狀態(tài)變化操作員控制的核反應系統(tǒng)中方圖表示的狀態(tài)變化。結果精確、產(chǎn)品質量高、較低的分析與設計費用、較高產(chǎn)量結果精確、產(chǎn)品質量高、較

11、低的分析與設計費用、較高產(chǎn)量計算機圖形學的典型應用計算機圖形學的典型應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)都是用戶界面技術的典型應用。以及桌面出版系統(tǒng)都是用戶界面技術的典型應用。商業(yè)、科學與技術上的繪圖商業(yè)、科學與技術上的繪圖數(shù)學、物理以及經(jīng)濟方面的二維和三維圖形；直方圖、條形數(shù)學、物理以及經(jīng)濟方面的二維和三維圖形；直方圖、條形圖、餅圖、任務調(diào)度表、物資和產(chǎn)品表等等，用于展示數(shù)圖、餅圖、任務調(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，便于理解復雜現(xiàn)象，有助于決策制定。觀又有意義，便于理解復雜現(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)絡上互連的多媒體文）系統(tǒng)還允許瀏覽網(wǎng)絡上互連的多媒體文檔。檔。計算機圖形學的典型應用計算機圖形學的典型應用計算機輔

13、助設計與制圖計算機輔助設計與制圖計算機輔助設計（計算機輔助設計（CAD） 機械設備、電器設備、機電設備以及電子設備；機械設備、電器設備、機電設備以及電子設備； 建筑物、汽車車身、飛機機身及船體、超大規(guī)模集成電建筑物、汽車車身、飛機機身及船體、超大規(guī)模集成電路芯片、光學系統(tǒng)以及電話與計算機網(wǎng)絡。路芯片、光學系統(tǒng)以及電話與計算機網(wǎng)絡。聯(lián)機制圖聯(lián)機制圖 用戶往往要求對其部件和組件進行精確繪制；用戶往往要求對其部件和組件進行精確繪制；交互（用戶與計算機表示的設計模型之間的）交互（用戶與計算機表示的設計模型之間的） 用于測試目的用于測試目的 對結構性能的測試；對結構性能的測試； 電性能或熱性能的測試。電

14、性能或熱性能的測試。計算機圖形學的典型應用計算機圖形學的典型應用科學可視化及娛樂目的仿真動畫科學可視化及娛樂目的仿真動畫計算機生產(chǎn)的動畫電影計算機生產(chǎn)的動畫電影 一些比較簡單而經(jīng)濟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主幀之間自動插入中間幀。動畫角色在計速地在指定的兩個主幀之間自動插入中間幀。動畫角色在計算機建模中，越來越多地被描述為三維形象，角色的運動由算機建模中，越來越多地被描述為三維形象，角色的運動由計算機來實時控制（傳感器采集幾何位置數(shù)據(jù)），而不是由計算機來實時控制（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制，還可生成立體效果?？刹捎霉饩€和陰影的高級機制，還可生成立體效果?？陀^物體與仿真物體的時變行為顯示客觀物體與仿真物體的時變行為顯示 利用計算機產(chǎn)生的這些效果來研究抽象數(shù)學體、流體流動、利用計算機產(chǎn)生的這些效果來研究抽象數(shù)學體、流體流動、相對性、原子核與化學反映、生理系統(tǒng)、器官機能以及在各相對性、原子核與化學反映、生理系統(tǒng)、器官機能以及在各種負荷下產(chǎn)生的機械結構變形等現(xiàn)象的數(shù)學實體和模型。種負荷下產(chǎn)生的機械結構變形等現(xiàn)象的數(shù)學實體和模型。計算機圖形學的典型應用計算機圖形學的典型應用商業(yè)藝術

16、商業(yè)藝術廣告藝術廣告藝術 利用計算機圖形表示信息和吸引注意力。在個人家中以及利用計算機圖形表示信息和吸引注意力。在個人家中以及諸如博物館、超市、旅館等公共場所中，個人計算機、文諸如博物館、超市、旅館等公共場所中，個人計算機、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，就可以幫助用戶進行自我導向和選擇，用戶還圖片信息，就可以幫助用戶進行自我導向和選擇，用戶還可以利用它們進行電子購物以及商業(yè)交易?？梢岳盟鼈冞M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

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。計算機圖形學的典型應用計算機圖形學的典型應用過程控制過程控制煉油廠、發(fā)電廠以及計算機網(wǎng)絡的狀態(tài)顯示，是從傳感器上獲煉油廠、發(fā)電廠以及計算機網(wǎng)絡的狀態(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。顯示，操作人員可以對未定條件給予響應。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、部隊移動情況、傷亡數(shù)目，在需要時以此來修改他們的戰(zhàn)術。時以此來修改他們的戰(zhàn)術。飛機場上的飛行控制人員在雷達觀測設備上觀察計算機生成的飛機場上的飛行控制人員在雷達觀測設備上觀察計算機生成的飛機標識與狀態(tài)信息，由此可以更快、更準確地導航。若使飛機標識與狀態(tài)信息，由此可以更快、更準確地導航。若使用無注釋的雷達數(shù)據(jù)則達不到這種快速準確的控制效果。用無注釋的雷達數(shù)據(jù)則達不到這種快速準確的控制效果。制圖學制圖學利用測量數(shù)據(jù)，計算機圖形可對地理現(xiàn)象和其它自然現(xiàn)象進行利用測量數(shù)據(jù)，計算機圖形可對地理現(xiàn)象和其它自然現(xiàn)象進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 由物體及其圖形進行計算機圖形分類應用分類應用分類按照交互類型分類按照交互類型分類脫機制圖；脫機制圖； 脫機制圖是指制圖過程根據(jù)某個應用程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫，脫機制圖是指制圖過程根據(jù)某個應用程序產(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地控制繪圖過程，如交互制圖是

20、指用戶反復地控制繪圖過程，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”。預定義物體并實時繞行預定義物體并實時繞行 預先定義或計算物體，并在用戶控制下實時地環(huán)繞物體預先定義或計算物體，并在用戶控制下實時地環(huán)繞物體運動，例如：用于科學可視化以及飛行模擬器的實時動運動，例如：用于科學可視化以及飛行模擬器的實時動畫系統(tǒng)。畫系統(tǒng)。交互設計交互設計 交互設計是指用戶由空屏幕開始，定義新的物體，通常交互設計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行組裝，然后通過不斷移動，獲利用一些已有的組件進行組裝，然后通過不斷移動，獲得想要的視圖。得想要的視圖。應用分類應用分

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)品圖形作為設計與分析對象輔助工具圖形作為設計與分析對象輔助工具 在許多在許多CAD應用中，繪圖盡管重要，但僅是一個大型應用中，繪圖盡管重要，但僅是一個大型處理過程的一小部分，該工程的目標是利用集成工具創(chuàng)處理過程的一小部分，該工程的目標是利用集成工具創(chuàng)建和后置處理一個公共數(shù)據(jù)庫。（如建和后置處理一個公共數(shù)據(jù)庫。（如VLSI芯片設計）芯片設計）根據(jù)圖形之間的邏輯關系進行分類根據(jù)圖形之間的邏輯關系進行分類例如，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)張相關圖形的一個變化序作

22、），也可能處理數(shù)張相關圖形的一個變化序列（如運動動態(tài)圖與修改動態(tài)圖的情況），還列（如運動動態(tài)圖與修改動態(tài)圖的情況），還可能處理物體構件的集合（如在許多可能處理物體構件的集合（如在許多CAD應用應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）。有關計算機圖形學的硬軟件發(fā)展有關計算機圖形學的硬軟件發(fā)展圖形學的發(fā)展史圖形學的發(fā)展史計算機圖形學的硬件發(fā)展計算機圖形學的硬件發(fā)展 1950年麻省理工學院年麻省理工學院MIT研制的研制的Whirlwind計算機計算機,使用了使用了CRT（陰極射線管）顯示器作為輸出設備（陰極射線管）顯示器作為輸出設備。 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空中防預系統(tǒng)首次使空中防預系統(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，光筆即是能檢測出光的筆筆識別目標，光筆即是能檢測出光的筆,是手持點擊是手持點擊設備，對屏幕上光的變化敏感度進行捕捉。設備，對屏幕上光的變化敏感度進行捕捉。 計算機圖形學的硬軟件發(fā)展計算機圖形學的硬軟件發(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概念學概念。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)結構，這種技術

24、類似于使用塑料模板數(shù)據(jù)結構，這種技術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，使還采用了交互技術，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)地闡述了許多基礎概念和技術，他還系統(tǒng)地闡述了許多基礎概念和技術，直到今天這些概念和技術仍被使用著。直到今天這些概念和技術仍被使用著。 CAD/CAM興起興起（汽車、飛機制造）（汽車、飛機制造）計算機圖形學的硬軟件發(fā)展計算機圖形學的硬軟件發(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)研究項目和圖形系統(tǒng)商業(yè)產(chǎn)品。 受計算機硬件技

25、術和軟件技術的發(fā)展限制，效果不佳。受計算機硬件技術和軟件技術的發(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。當時，一臺計算機顯示器的成本比。當時，一臺計算機顯示器的成本比一輛汽車還貴。因此，那時的汽車制造上的一輛汽車還貴。因此，那時的汽車制造上的CAD是沒有任何是沒有任何經(jīng)濟利益的。經(jīng)濟利益的。l 需要大量、需要大量、昂貴的計算資源昂貴的計算資源（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、以及來自圖形設計階段大型的后置處理程序。交互圖形操作、以及來自圖形設計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備而編寫的只有針對具體的顯示設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)的模塊與結構化；如果軟件不可移植，要把軟件不具有系統(tǒng)的模塊與結構化；如果軟件不可移植，要把軟件用于新型的顯示設備，則需要重寫這些軟件，即昂貴又耗時。用于新型的顯示設備，則需要重寫這些軟件，即昂貴又耗時。計算機圖形學的硬軟件發(fā)展計算機圖形學的硬軟件發(fā)展 八十年代八十年

27、代 具有圖形終端的個人計算機的出現(xiàn)以后，如具有圖形終端的個人計算機的出現(xiàn)以后，如Apple Macintosh以及以及IBM PC，才使其硬件和軟件成本費用迅才使其硬件和軟件成本費用迅速下跌，使得圖形計算機作為辦公和家庭使用的工具出現(xiàn)速下跌，使得圖形計算機作為辦公和家庭使用的工具出現(xiàn)在市場上。在市場上。輸出技術輸出技術在六十年代中期研制的顯示設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算機圖形學的硬軟件發(fā)展計算機圖形學的硬軟件發(fā)展向量顯示結構向量顯示結構計算機圖形學

28、的硬軟件發(fā)展計算機圖形學的硬軟件發(fā)展光柵顯示結構光柵顯示結構計算機圖形學的硬軟件發(fā)展計算機圖形學的硬軟件發(fā)展輸入技術輸入技術曾在向量系統(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、數(shù)據(jù)板以及觸摸屏幕所取代。甚至更標、數(shù)據(jù)板以及觸摸屏幕所取代。甚至更為精制的輸入設備也成為普通輸入形式，為精制的輸入設備也成為普通輸入形式，它們提供的不僅是屏幕上的坐標（它們提供的不僅是屏幕上的坐標（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，因為它不需聲音通訊也有著巨大的潛力，因為它不需用手輸入，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。計算機圖形學的軟件發(fā)展計算機圖形學的軟件發(fā)展軟件可移植性與圖形標準軟件可移植性與圖形標準可移植性可移植性 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng) 圖形系統(tǒng)圖形系統(tǒng) 應用程序應用程序 程序員程序員圖形標準圖形標準 CORE GKSGKS-3D PHIGS/PHIGS+交互圖形學概念框架交互圖形學概念框架應用建模應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)） 應用程序的顯示和交互部分；應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（機器人、畫板）純幾何模型（機器人、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）無固定幾何的模型（有向圖網(wǎng)絡）無幾何模型（統(tǒng)計信息直方圖、圓餅圖表示）無幾何模型（統(tǒng)計信息直方圖、圓餅圖表示）分形小程序/* 640*480 在在Turbo C環(huán)境下運行環(huán)境下運行*/#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 復數(shù)長度迭代及顏色設置復數(shù)長度迭代及顏色設置*/*end for 屏幕坐標指定屏幕坐標指定*/ getch(); printf(the program is endedn); exit(); 交互圖形學概念框架交互圖形學

33、概念框架圖形系統(tǒng)的職責圖形系統(tǒng)的職責圖形系統(tǒng)構成圖形系統(tǒng)構成 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） 邏輯設備（邏輯顯示邏輯輸入設備邏輯設備（邏輯顯示邏輯輸入設備locator,selector等）等）職責：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：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用程序。戶事件傳遞給應用程序。 有關有關“用戶用戶-模型模型-圖形系統(tǒng)圖形系統(tǒng)”的的幾點說明幾點說明：有限的圖形系統(tǒng)命令集有限的圖形系統(tǒng)命令集 圖元（點線面）屬性（控制圖元外表）圖元（點線面）屬性（控制圖元外表） 用近似方法繪制復雜圖形（

34、球、自由曲面）用近似方法繪制復雜圖形（球、自由曲面）模型是針對應用的，與專用顯示系統(tǒng)無關模型是針對應用的，與專用顯示系統(tǒng)無關應用程序需將模型的內(nèi)部表示應用程序需將模型的內(nèi)部表示,轉換為圖形系統(tǒng)使用的命令轉換為圖形系統(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概念框架交互圖形學概念框架交互處理交互處理generate initial display, 由應用模型決定初始由應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”選項選項交互圖形學概念框架交互圖形學概念框架應用程序對輸入的響應應用程序對輸入的響應用戶用戶修改屏幕修改屏幕 選中某對象，應用程序不修改模型，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