計算機圖形學(xué)第一章概論

1、施智平施智平n2005年博士畢業(yè)于中科院計算技術(shù)研究所年博士畢業(yè)于中科院計算技術(shù)研究所n2005-2010年，中科院計算所，副研究員年，中科院計算所，副研究員n主持國家自然基金主持國家自然基金“基于視感知的圖像視頻語義獲取關(guān)鍵技基于視感知的圖像視頻語義獲取關(guān)鍵技術(shù)研究術(shù)研究” n參加參加3 3項重點基金，項重點基金，1 1項項973973，1 1項項863863項目項目n973項目項目“非結(jié)構(gòu)化信息非結(jié)構(gòu)化信息(圖像圖像)的內(nèi)容理解與語義表征的內(nèi)容理解與語義表征” n國家自然基金重點國家自然基金重點“基于云計算的海量數(shù)據(jù)挖掘基于云計算的海量數(shù)據(jù)挖掘”n國家自然基金重點國家自然基金重點“Web搜

2、索與挖掘的新理論與新方法搜索與挖掘的新理論與新方法” n2010-現(xiàn)在，首都師范大學(xué)，形式化驗證現(xiàn)在，首都師范大學(xué)，形式化驗證n主持國家自然基金主持國家自然基金“希爾伯特空間以及矩陣?yán)碚撛谙柌乜臻g以及矩陣?yán)碚撛贖OL4中的中的形式化形式化”n主持主持中澳國際科技合作中澳國際科技合作“系統(tǒng)形式化驗證及性能分析關(guān)鍵技系統(tǒng)形式化驗證及性能分析關(guān)鍵技術(shù)合作研究術(shù)合作研究”課程安排課程安排n前導(dǎo)課程：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，代數(shù)幾何前導(dǎo)課程：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，代數(shù)幾何n教學(xué)安排：總課時教學(xué)安排：總課時54學(xué)時學(xué)時n考試方式：平時成績考試方式：平時成績(40%)+閉卷考試閉卷考試 n張怡芳，計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用教程張怡芳

3、，計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用教程n孔令德，計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)教程（孔令德，計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)教程（Visual C+版）版）n胡事民，孫家廣，計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)教程胡事民，孫家廣，計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)教程n孫家廣，計算機圖形學(xué)孫家廣，計算機圖形學(xué)第一章第一章n什么是計算機圖形學(xué)什么是計算機圖形學(xué)n計算機圖形學(xué)的提出和發(fā)展計算機圖形學(xué)的提出和發(fā)展n圖形圖像有何區(qū)別圖形圖像有何區(qū)別n光柵掃描顯示器光柵掃描顯示器n計算機圖形學(xué)的最新研究方向計算機圖形學(xué)的最新研究方向n1.1 計算機圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域計算機圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域n1.2 計算機圖形學(xué)的概念計算機圖形學(xué)的概念n1.3 計算機圖形學(xué)的研究內(nèi)容計算機圖形學(xué)的研究

4、內(nèi)容n1.4 計算機圖形學(xué)的確立和發(fā)展計算機圖形學(xué)的確立和發(fā)展n1.5 圖形顯示器的發(fā)展及其工作原理圖形顯示器的發(fā)展及其工作原理n1.6 圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成n1.7 計算機圖形學(xué)的熱點技術(shù)計算機圖形學(xué)的熱點技術(shù)n1.8 小結(jié)小結(jié)1.11.1計算機圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域計算機圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域n計算機圖形學(xué)（計算機圖形學(xué)（Computer Graphics，CG）n計算機圖形學(xué)已經(jīng)在計算機圖形學(xué)已經(jīng)在n科學(xué)科學(xué)n藝術(shù)、電影、商業(yè)、廣告藝術(shù)、電影、商業(yè)、廣告n教學(xué)和培訓(xùn)教學(xué)和培訓(xùn) 等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用1.11.1計算機圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域計算機圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域n計算機輔助

5、設(shè)計計算機輔助設(shè)計(CAD/CAM)n計算機藝術(shù)（計算機藝術(shù)（CA）n虛擬現(xiàn)實（虛擬現(xiàn)實（VR）n計算機輔助教學(xué)（計算機輔助教學(xué)（CAI）n計算機輔助設(shè)計（計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）和計算機輔助制造（）和計算機輔助制造（Computer Aided Manufacture，CAM）n計算機圖形學(xué)最早應(yīng)用的領(lǐng)域，也是當(dāng)前計算計算機圖形學(xué)最早應(yīng)用的領(lǐng)域，也是當(dāng)前計算機圖形學(xué)最成熟的應(yīng)用領(lǐng)域，典型的代表產(chǎn)品機圖形學(xué)最成熟的應(yīng)用領(lǐng)域，典型的代表產(chǎn)品為為AutoCAD系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件n建筑、機械、飛機、汽車、輪船、電子器件等建筑、機械、飛機、汽車、輪船、電子器件

6、等產(chǎn)品的開發(fā)幾乎都使用產(chǎn)品的開發(fā)幾乎都使用AutoCAD進行設(shè)計進行設(shè)計n 具體設(shè)計時，先使用線框模型將三維物體具體設(shè)計時，先使用線框模型將三維物體內(nèi)部特征展示出來，然后采用真實光照模型和內(nèi)部特征展示出來，然后采用真實光照模型和曲面繪制技術(shù)產(chǎn)生最終效果圖。曲面繪制技術(shù)產(chǎn)生最終效果圖。旋耕刀輥設(shè)計圖旋耕刀輥設(shè)計圖n計算機圖形學(xué)應(yīng)用于美術(shù)設(shè)計中，稱為計算機計算機圖形學(xué)應(yīng)用于美術(shù)設(shè)計中，稱為計算機藝術(shù)（藝術(shù)（Computer Art，CA）n動畫設(shè)計是其典型代表動畫設(shè)計是其典型代表n廣泛應(yīng)用于影視特技、商業(yè)廣告、游戲、計算廣泛應(yīng)用于影視特技、商業(yè)廣告、游戲、計算機輔助教學(xué)等領(lǐng)域機輔助教學(xué)等領(lǐng)域n一個

7、常用的設(shè)計軟件是一個常用的設(shè)計軟件是3DS MAX3DS MAXn侏羅紀(jì)公園侏羅紀(jì)公園、玩具總動員玩具總動員等影片均是等影片均是典型的典型的3DS MAX3DS MAX技術(shù)產(chǎn)品技術(shù)產(chǎn)品n3DS MAX3DS MAX是世界上應(yīng)用最廣泛的三維建模、動是世界上應(yīng)用最廣泛的三維建模、動畫、渲染軟件畫、渲染軟件, , 滿足制作高質(zhì)量動畫、游戲、滿足制作高質(zhì)量動畫、游戲、設(shè)計效果等領(lǐng)域的需要設(shè)計效果等領(lǐng)域的需要n3DS MAX集中體現(xiàn)了計算機圖形學(xué)研究成果，集中體現(xiàn)了計算機圖形學(xué)研究成果，綜合使用了圖形變換、消隱、光照、紋理以及綜合使用了圖形變換、消隱、光照、紋理以及實體造型等技術(shù)。實體造型等技術(shù)。 u1

8、996年，世界上第一部完全用計算機動畫制年，世界上第一部完全用計算機動畫制作的電影作的電影玩具總動員玩具總動員上映，該片不僅獲得上映，該片不僅獲得了破記錄的票房收入，而且給電影制作開辟了了破記錄的票房收入，而且給電影制作開辟了一條新路。一條新路。u目前全球動畫產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值為目前全球動畫產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值為2000億到億到5000億美元，已經(jīng)成為億美元，已經(jīng)成為21世紀(jì)新的朝陽產(chǎn)業(yè)。世紀(jì)新的朝陽產(chǎn)業(yè)。n 許多商業(yè)廣告中還用到變形（許多商業(yè)廣告中還用到變形（Morph）的圖）的圖形處理方法，可以將一個人的臉變成另一個人形處理方法，可以將一個人的臉變成另一個人的臉。的臉。邦德變女郎邦德變女郎1.1.3 1.1

9、.3 虛擬現(xiàn)實（虛擬現(xiàn)實（VRVR） n虛擬現(xiàn)實（虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）n用計算機生成一種虛擬環(huán)境，用戶用計算機生成一種虛擬環(huán)境，用戶“沉浸沉浸”到到該環(huán)境中，并可通過一些特殊設(shè)備與該環(huán)境直該環(huán)境中，并可通過一些特殊設(shè)備與該環(huán)境直接進行交互接進行交互n在虛擬現(xiàn)實中，看到的是全彩色的景象，聽到在虛擬現(xiàn)實中，看到的是全彩色的景象，聽到的是虛擬環(huán)境中的聲響，感受到的是虛擬環(huán)境的是虛擬環(huán)境中的聲響，感受到的是虛擬環(huán)境設(shè)備反饋的作用力，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺設(shè)備反饋的作用力，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺家居花園三維視景仿真系統(tǒng)家居花園三維視景仿真系統(tǒng)家居花園外景家居花園外景居室漫游居室漫游

10、nVideo Gamen仿真仿真n分形藝術(shù)分形藝術(shù)n分形幾何學(xué)和計算機圖形學(xué)相結(jié)合的一門邊緣分形幾何學(xué)和計算機圖形學(xué)相結(jié)合的一門邊緣學(xué)科學(xué)科n分形通過遞歸實現(xiàn)復(fù)雜的圖形結(jié)構(gòu)，主要用于分形通過遞歸實現(xiàn)復(fù)雜的圖形結(jié)構(gòu)，主要用于描述歐幾里得幾何學(xué)無法描述的自然世界描述歐幾里得幾何學(xué)無法描述的自然世界n諸如：起伏蜿蜒的山脈、層層分叉的樹枝、以諸如：起伏蜿蜒的山脈、層層分叉的樹枝、以及金屬和非金屬材料的斷面、生物的大分子結(jié)及金屬和非金屬材料的斷面、生物的大分子結(jié)構(gòu)等等構(gòu)等等謝爾賓斯基海綿Newton分形1.1.4 1.1.4 計算機輔助教學(xué)（計算機輔助教學(xué)（CAICAI）n計算機輔助教學(xué)計算機輔助教學(xué)(

11、 Computer Aided Instruction)是利用計算機圖形學(xué)技術(shù)展示抽是利用計算機圖形學(xué)技術(shù)展示抽象原理或不可見過程的一種新的教學(xué)方法象原理或不可見過程的一種新的教學(xué)方法n在在多媒體教室多媒體教室，教師使用集圖、文、聲、像為，教師使用集圖、文、聲、像為一體的多媒體課件，形象、生動地進行教學(xué)，一體的多媒體課件，形象、生動地進行教學(xué)，有助于學(xué)生理解和接受深奧枯燥的理論。同時有助于學(xué)生理解和接受深奧枯燥的理論。同時在網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)（在網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)（E-Learning）時代，網(wǎng)絡(luò)多）時代，網(wǎng)絡(luò)多媒體課件使得受教育者不必進入傳統(tǒng)的課堂也媒體課件使得受教育者不必進入傳統(tǒng)的課堂也能接受到優(yōu)質(zhì)的培訓(xùn)

12、，分享全世界范圍內(nèi)的優(yōu)能接受到優(yōu)質(zhì)的培訓(xùn)，分享全世界范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)教育資源。質(zhì)教育資源。 1.1.5 1.1.5 可視化可視化1.2 1.2 什么是計算機圖形學(xué)什么是計算機圖形學(xué)n計算機圖形學(xué)是研究如何在計算機中表示圖形、計算機圖形學(xué)是研究如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法的相關(guān)原理與算法n使用圖形生成原理和算法將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為圖使用圖形生成原理和算法將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為圖像顯示的科學(xué)像顯示的科學(xué)1.2.1 1.2.1 計算機圖形學(xué)中計算機圖形學(xué)中圖形的分類圖形的分類n幾何圖形：幾何圖形：基于線條表示的基于線條表示

13、的n如線框圖、工程制圖、等高線地圖等如線框圖、工程制圖、等高線地圖等n真實感圖形：基于光照、材質(zhì)和紋理映射表示真實感圖形：基于光照、材質(zhì)和紋理映射表示n虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實1.2.21.2.2計算機圖形學(xué)中計算機圖形學(xué)中圖形的表示方法圖形的表示方法n參數(shù)法參數(shù)法n參數(shù)法是在設(shè)計階段采用幾何方法建立數(shù)學(xué)模參數(shù)法是在設(shè)計階段采用幾何方法建立數(shù)學(xué)模型時，用形狀參數(shù)和屬性參數(shù)描述圖形的一種型時，用形狀參數(shù)和屬性參數(shù)描述圖形的一種方法方法n形狀參數(shù)可以是線段的起始點和終止點等幾何形狀參數(shù)可以是線段的起始點和終止點等幾何參數(shù)參數(shù)n屬性參數(shù)則包括線段的顏色、線型、寬度等非屬性參數(shù)則包括線段的顏色、線型、寬度等非

14、幾何參數(shù)幾何參數(shù)n點陣法點陣法n點陣法是在實現(xiàn)階段用具有顏色信息的像素點點陣法是在實現(xiàn)階段用具有顏色信息的像素點陣來表示圖形的一種方法，描述的圖常稱為陣來表示圖形的一種方法，描述的圖常稱為圖圖像像 n計算機圖形學(xué)就是研究將圖形的表示法從參數(shù)計算機圖形學(xué)就是研究將圖形的表示法從參數(shù)法轉(zhuǎn)換到點陣法的一門學(xué)科法轉(zhuǎn)換到點陣法的一門學(xué)科用用直線直線y=kx+b表表示的圖示的圖形形直線直線 y=kx+b的圖像的圖像1.2.31.2.3圖形與圖像圖形與圖像n圖形、圖像并非專業(yè)術(shù)語，本無嚴(yán)格區(qū)別圖形、圖像并非專業(yè)術(shù)語，本無嚴(yán)格區(qū)別n圖形學(xué)圖形學(xué)主要研究基于主要研究基于幾何幾何方法的圖形的生成、方法的圖形的生成

15、、處理和繪制，圖形是抽象的數(shù)學(xué)模型處理和繪制，圖形是抽象的數(shù)學(xué)模型n圖形的可視化是圖形的可視化是圖像圖像n圖像圖像是客觀物體的視覺反映，光學(xué)屬性是客觀物體的視覺反映，光學(xué)屬性n數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理，是對，是對點陣圖像點陣圖像進行增強、去噪、進行增強、去噪、復(fù)原、分割、重建、編碼、存儲、壓縮和恢復(fù)復(fù)原、分割、重建、編碼、存儲、壓縮和恢復(fù)等不同處理方法的學(xué)科等不同處理方法的學(xué)科n如如Photoshop就是著名的圖像處理軟件就是著名的圖像處理軟件 彩色圖像二值圖像灰度圖像1.3 1.3 計算機圖形學(xué)的研究方向計算機圖形學(xué)的研究方向n光柵圖形生成算法光柵圖形生成算法n真實感圖形的生成算法真實感圖形

16、的生成算法n科學(xué)計算可視化科學(xué)計算可視化n計算機動漫計算機動漫n自然景物仿真自然景物仿真n虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實1.41.4計算機圖形學(xué)的確立和發(fā)展計算機圖形學(xué)的確立和發(fā)展n1946年年2月月14日，日，ENIAC在美國問世在美國問世n1950年，美國年，美國MIT的旋風(fēng)一號計算機配備了的旋風(fēng)一號計算機配備了世界上第一臺顯示器世界上第一臺顯示器陰極射線管陰極射線管n1963年年MIT的的Ivan E.Sutherland完成了完成了Sketchpad：一個人機通訊的圖形系統(tǒng)：一個人機通訊的圖形系統(tǒng)博士博士學(xué)位論文。確立了計算機圖形學(xué)的學(xué)科地位，學(xué)位論文。確立了計算機圖形學(xué)的學(xué)科地位，圖形學(xué)之父圖形學(xué)

17、之父n1964，Coons提出自由曲面表示方法提出自由曲面表示方法n法國雷諾汽車公司的法國雷諾汽車公司的Bezier提出了提出了Bezier曲線曲線曲面曲面圖形學(xué)之父圖形學(xué)之父圖形學(xué)之父圖形學(xué)之父n陰極射線管陰極射線管CRTn光柵掃描顯示器光柵掃描顯示器n三維顯示三維顯示CRTCRTn CRT（Cathode Ray Tube），是光柵掃描顯示器的顯示部件，其功能與電視機的顯像管類似，主要是由電子槍、聚焦系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光粉層和玻璃外殼五大部分組成。電子槍聚焦系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏電子束蔭罩1.5.1 1.5.1 陰極射線管陰極射線管CRTCRTn電子槍是由燈絲、陰極、控制柵組成。黑白電子槍是由

18、燈絲、陰極、控制柵組成。黑白CRT中只有一支電子槍。彩色中只有一支電子槍。彩色CRT中有紅綠藍中有紅綠藍三支電子槍。有的顯示器的電子槍是單槍三束三支電子槍。有的顯示器的電子槍是單槍三束nCRT通電后燈絲發(fā)熱，陰極被激發(fā)射出電子，通電后燈絲發(fā)熱，陰極被激發(fā)射出電子，電子受到控制柵的調(diào)節(jié)形成電子束。電子束經(jīng)電子受到控制柵的調(diào)節(jié)形成電子束。電子束經(jīng)聚焦系統(tǒng)聚焦后以高速轟擊到熒光屏上，熒光聚焦系統(tǒng)聚焦后以高速轟擊到熒光屏上，熒光粉層被激發(fā)后發(fā)出輝光形成一個光點。粉層被激發(fā)后發(fā)出輝光形成一個光點。CRTCRTnCRTCRT偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以控制電子束在指定的位置上偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以控制電子束在指定的位置上轟擊熒光屏

19、，整個熒光屏依次掃描完畢后，圖轟擊熒光屏，整個熒光屏依次掃描完畢后，圖像顯示完成。像顯示完成。n由于熒光粉具有余輝特性由于熒光粉具有余輝特性電子束停止轟擊電子束停止轟擊熒光屏后，熒光粉的亮度并不是立即消失，而熒光屏后，熒光粉的亮度并不是立即消失，而是按指數(shù)規(guī)律衰減，圖像逐漸變暗，為了得到是按指數(shù)規(guī)律衰減，圖像逐漸變暗，為了得到亮度穩(wěn)定的圖像，電子槍需要不斷地根據(jù)幀緩亮度穩(wěn)定的圖像，電子槍需要不斷地根據(jù)幀緩沖的內(nèi)容轟擊熒光屏，反復(fù)重繪同一幅圖像，沖的內(nèi)容轟擊熒光屏，反復(fù)重繪同一幅圖像，即不斷刷新屏幕。即不斷刷新屏幕。蔭罩板蔭罩板蔭罩式彩色蔭罩式彩色CRTCRT的熒光點圖案的熒光點圖案1.5.2

20、1.5.2 光柵掃描顯示器光柵掃描顯示器n光柵掃描顯示器是光柵掃描顯示器是畫點設(shè)備畫點設(shè)備，可看作是一個點，可看作是一個點陣單元發(fā)生器，并可控制每個點陣單元的亮度，陣單元發(fā)生器，并可控制每個點陣單元的亮度，這些點陣單元被稱為這些點陣單元被稱為像素像素（Pixel）n電子束總是不斷地從左到右，從上到下反復(fù)掃電子束總是不斷地從左到右，從上到下反復(fù)掃描（畫點）整個屏幕描（畫點）整個屏幕n由于電子束的強度可以不斷變化，所以容易生由于電子束的強度可以不斷變化，所以容易生成顏色連續(xù)變化的真實感圖像成顏色連續(xù)變化的真實感圖像像素像素點像素點掃描線掃描線屏幕分辨率屏幕分辨率n水平或垂直方向的單位長度上能分辨出

21、的最大水平或垂直方向的單位長度上能分辨出的最大光點數(shù)光點數(shù)n 800600， 1024768n屏幕縱橫比（屏幕縱橫比（Aspect Ratio）: 顯示設(shè)備中顯顯示設(shè)備中顯示圖像的橫向尺寸與縱向尺寸的比例，最常見示圖像的橫向尺寸與縱向尺寸的比例，最常見的為的為4:3，目前的高清晰度電視和一些新型顯，目前的高清晰度電視和一些新型顯示設(shè)備采用了示設(shè)備采用了16:9。 n800/600=1024/7684/3不走樣直線不走樣直線n在繪制水平，垂直直在繪制水平，垂直直線及對角線時，像素線及對角線時，像素點集在直線路徑上的點集在直線路徑上的位置是準(zhǔn)確的，稱為位置是準(zhǔn)確的，稱為不走樣直線。不走樣直線。走樣

22、直線走樣直線n點陣形成的斜線呈階點陣形成的斜線呈階梯狀，形成鋸齒線，梯狀，形成鋸齒線，這稱為直線的走樣。這稱為直線的走樣。走樣直線走樣直線幀緩沖器幀緩沖器n光柵掃描顯示器使用幀緩沖器存儲屏幕每個像光柵掃描顯示器使用幀緩沖器存儲屏幕每個像素點的顏色信息素點的顏色信息一個像素的參數(shù)為位置坐標(biāo)（一個像素的參數(shù)為位置坐標(biāo)（x,yx,y）和）和顏色值顏色值ColorColor位面位面n幀緩沖器用位面和屏幕像素一一對應(yīng)幀緩沖器用位面和屏幕像素一一對應(yīng)n如果屏幕上每個像素的顏色只用一位（如果屏幕上每個像素的顏色只用一位（Bit）表示，其值非表示，其值非0即即1，屏幕只能顯示黑白二色圖，屏幕只能顯示黑白二色圖

23、像，稱為黑白顯示器，此時幀緩沖器只有一個像，稱為黑白顯示器，此時幀緩沖器只有一個位面位面n如果屏幕分辨率為如果屏幕分辨率為1024768，則黑白顯示，則黑白顯示器的幀緩沖容量是器的幀緩沖容量是n10247681786,432（bit）1 1個位面?zhèn)€位面位面位面1位面幀緩沖器位面幀緩沖器屏幕屏幕8 8個位面?zhèn)€位面n如果每個像素的顏色可以用一個字節(jié)（如果每個像素的顏色可以用一個字節(jié)（Byte）表示，幀緩沖器需要用表示，幀緩沖器需要用8個位面，可表示個位面，可表示256種灰度，稱為灰度顯示器種灰度，稱為灰度顯示器n如屏幕分辨率為如屏幕分辨率為1024768，則灰度顯示器，則灰度顯示器的幀緩沖的容量是

24、的幀緩沖的容量是n102476886,291,456（bit） 8 8個位面?zhèn)€位面n八位面幀緩沖器八位面幀緩沖器位面位面2424個位面?zhèn)€位面n如果每個像素用如果每個像素用R、G、B三原色混合表示，其三原色混合表示，其中每種原色分別用一個字節(jié)表示，各對應(yīng)一把中每種原色分別用一個字節(jié)表示，各對應(yīng)一把電子槍，每種顏色可有電子槍，每種顏色可有256種亮度，三種顏色種亮度，三種顏色的組合是的組合是224顏色，共有顏色，共有24個位面。個位面。n n如屏幕分辨率為如屏幕分辨率為1024768，則彩色顯示器，則彩色顯示器的幀緩沖的容量是的幀緩沖的容量是n10247688318,874,368（bit）242

25、4個位面幀緩沖器個位面幀緩沖器 索引色索引色n為了進一步提高顏色的種類，控制幀緩沖的增為了進一步提高顏色的種類，控制幀緩沖的增加，可把幀緩沖中的位面號作為顏色索引表的加，可把幀緩沖中的位面號作為顏色索引表的索引號，為每組原色配置一個顏色索引表，顏索引號，為每組原色配置一個顏色索引表，顏色索引表有色索引表有256256項，每一項具有項，每一項具有w w位字寬，當(dāng)位字寬，當(dāng)w w大于大于8 8時，如時，如w w1010，可以有，可以有2 21010種亮度等級，但種亮度等級，但每次只能有每次只能有256256種不同的亮度等級可用，這種種不同的亮度等級可用，這種顏色稱為索引色顏色稱為索引色n在程序中，

26、使用在程序中，使用COLORREF RGB(BYTE bRedCOLORREF RGB(BYTE bRed，BYTE bGreenBYTE bGreen，BYTE bBlue) BYTE bBlue) 宏定義顏色宏定義顏色1.5.3 - 1.5.3 - 顯示器的種類顯示器的種類nCRT顯示器（顯示器（Cathode Ray Tube，CRT）n液晶顯示器（液晶顯示器（Liquid Crystal DisplayLiquid Crystal Display，LCDLCD）n等離子顯示器（等離子顯示器（Plasma Display PanelPlasma Display Panel，PDPPDP）

27、CRT CRT LCDLCD PDP PDP1.5.4 1.5.4 三維顯示方法三維顯示方法n二維顯示器上觀看三維圖像的方法二維顯示器上觀看三維圖像的方法n坐標(biāo)變換方法坐標(biāo)變換方法n三維立體顯示方法三維立體顯示方法n立體眼鏡方法n立體攝影方法n三維立體畫方法n三維顯示器三維顯示器坐標(biāo)變換方法坐標(biāo)變換方法n光柵掃描顯示器顯示三維圖像的主流技術(shù)光柵掃描顯示器顯示三維圖像的主流技術(shù)n通過坐標(biāo)變換可以將三維點（通過坐標(biāo)變換可以將三維點（x，y，z）變換）變換為屏幕設(shè)備坐標(biāo)點（為屏幕設(shè)備坐標(biāo)點（x，y）n這種通過三維坐標(biāo)系向二維坐標(biāo)系的投影變換這種通過三維坐標(biāo)系向二維坐標(biāo)系的投影變換生成的三維圖像稱為準(zhǔn)

28、三維圖像。生成的三維圖像稱為準(zhǔn)三維圖像。立體眼鏡方法立體眼鏡方法紅綠立體紅綠立體立體攝影方法立體攝影方法需要佩戴互補色眼鏡觀看1.6 1.6 圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成n1974年，美國計算機協(xié)會圖形學(xué)專業(yè)委員會年，美國計算機協(xié)會圖形學(xué)專業(yè)委員會召開了一個召開了一個“與機器無關(guān)的圖形技術(shù)與機器無關(guān)的圖形技術(shù)”工作會工作會議，提出了圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化問題議，提出了圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化問題nISO批準(zhǔn)的第一個圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)：圖形核心系批準(zhǔn)的第一個圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)：圖形核心系統(tǒng)（統(tǒng)（Graphics Kernal System，GKS），它），它是二維圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)是二維圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)n1988年，年，ISO

29、批準(zhǔn)的圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)：批準(zhǔn)的圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)：GKS3D。它是三維圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)。它是三維圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)。n1986年，年， ISO公布了圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)：程序員公布了圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)：程序員級的分層結(jié)構(gòu)交互圖形系統(tǒng)（級的分層結(jié)構(gòu)交互圖形系統(tǒng)（Programmers Hierarchical Interactive System，PHIGS）1.6 1.6 圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)的形成n進入進入20世紀(jì)世紀(jì)90年代以后存在著一些事實上的年代以后存在著一些事實上的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)n如如SGI公司開發(fā)的公司開發(fā)的OpenGL （Open Graphics Library）開放式三維圖形標(biāo)準(zhǔn)）開放式三維圖形標(biāo)準(zhǔn)n微軟

30、公司為微軟公司為PC游戲開發(fā)的應(yīng)用程序接口標(biāo)準(zhǔn)游戲開發(fā)的應(yīng)用程序接口標(biāo)準(zhǔn) DirectX等等1.7 1.7 計算機圖形學(xué)的熱點技術(shù)計算機圖形學(xué)的熱點技術(shù)n建模技術(shù)建模技術(shù)model繪制技術(shù)繪制技術(shù)rendern真實感圖形實時性真實感圖形實時性n問題：虛擬現(xiàn)實中圖像的繪制速度問題：虛擬現(xiàn)實中圖像的繪制速度n思路：損失一定的圖像質(zhì)量來達到實時思路：損失一定的圖像質(zhì)量來達到實時n繪制方法：繪制方法：n基于幾何的繪制方法基于幾何的繪制方法n基于圖像的繪制方法基于圖像的繪制方法n混合建模方法混合建模方法基于幾何的繪制技術(shù)基于幾何的繪制技術(shù)（Model Based RenderingModel Based

31、 Rendering）n利用計算機圖形學(xué)技術(shù)，對真實場景進行抽象，從而利用計算機圖形學(xué)技術(shù)，對真實場景進行抽象，從而建立三維場景模型，然后利用計算機實現(xiàn)場景模型的建立三維場景模型，然后利用計算機實現(xiàn)場景模型的繪制、著色、消隱、光照以及投影等處理過程，最終繪制、著色、消隱、光照以及投影等處理過程，最終生成給定的視點和視方向的圖像生成給定的視點和視方向的圖像n這種方法較為成熟，具有完善的理論體系這種方法較為成熟，具有完善的理論體系n但是建模過程相當(dāng)復(fù)雜，實時性能和真實感難以兼得，但是建模過程相當(dāng)復(fù)雜，實時性能和真實感難以兼得，有時還要求硬件的支持有時還要求硬件的支持n虛擬現(xiàn)實建模語言（虛擬現(xiàn)實建模語言（Virtual Reality Modeling Language，VRML）是一個典型的應(yīng)用，使用語言）是一個典型的應(yīng)用，使用語言來描述場景元素，構(gòu)建三維空間，模擬現(xiàn)實事件，是來描述場景元素，構(gòu)建三維空間，模擬現(xiàn)實事件，是一個開放可擴展的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)景象描述語言，用來描述一個開放可擴展的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)景象描述語言，用來描述Internet中中3D景象或世界景象或世界LOD(level of detail)技術(shù)技術(shù)n建立不同層次的網(wǎng)格細(xì)節(jié)模型建立不同層次的網(wǎng)格細(xì)節(jié)模型n網(wǎng)格模型的幾何過渡網(wǎng)格模型的幾何過渡n層次細(xì)節(jié)顯示和簡化技術(shù)層次細(xì)節(jié)顯示和簡化技