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文檔簡介
GIS計算機圖形學
第一章緒論1.1計算機圖形學的研究內(nèi)容1.2計算機圖形學的歷史回顧1.3計算機圖形學的應用領域1.4圖形設備1、專題圖件:地形圖、地貌圖、資源分布圖、旅游資源圖、土地利用現(xiàn)狀圖、管網(wǎng)分布圖等;2、照片、三維逼真圖形等;3、實體的視圖,如:機械零件的正視圖、側(cè)視圖等;4、抽象概念的形象表示:計劃圖、餅圖、統(tǒng)計曲線、流程圖等。
計算機圖形學研究怎樣通過計算機來產(chǎn)生圖形1、圖像處理(ImageProcessing)2、模式識別(PatternRecognition)3、計算幾何(ComputationalGeometry)與計算機圖形學密切相關的幾門學科是:圖像處理利用計算機對圖形和圖像進行分析處理,繼而再現(xiàn)圖像。圖形(圖像)信息輸入計算機中,按照不同的應用要求,計算機對圖像進行各種各樣的分析和處理。例如,進行圖像的存儲、壓縮、增強(突出某些特征)、復原(使模糊圖像清晰)、分割、重建、編碼、傳輸?shù)鹊?,最后把?jīng)過加工處理后的結(jié)果重新輸出。應用實例:工業(yè)中射線探傷、人體的CT掃描、衛(wèi)星遙感以及資源勘測?,F(xiàn)在圖像處理正從二維處理朝著三維圖像生成、立體成像、多種傳輸媒體等方向發(fā)展?;貓D像的模式識別所研究的問題與計算機圖形學所研究的問題是互逆的。模式識別是由圖像來獲得對圖像本身的描述。它是以圖像為依據(jù),將圖像變換成數(shù)據(jù)、符號或者是抽象的圖。例如,自動分檢信封上的郵件編碼、文本自動閱讀裝置、還有地圖符號的識別,都是先由掃描得到圖像,然后經(jīng)識別還原為圖形或字符。回計算機圖形學與其他學科的關系:計算機圖形學與圖像處理、模式識別、計算幾何這幾門相關學科之間正在不斷相互滲透、相互溝通,其學科界線也變得模糊起來。例如,計算機圖形學課程中往往要介紹參數(shù)曲線、曲面的數(shù)學表示;工程圖掃描輸入后要先用圖象處理技術提取畫面的特征信息,然后再用模式識別技術生成矢量形式的各種幾何元素。圖形系統(tǒng)的任務1.1計算機圖形學的研究內(nèi)容
1、二維圖形元素的生成算法
點、直線、圓、弧、規(guī)則曲線、自由曲線、文本等圖元的生成。
2、二維圖形的基本操作和圖形處理算法
對圖形的平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、鏡像、錯切等操作,此外還包括二維圖形的裁剪、多邊形填充以及二維圖形的布爾運算(并、交、差)等。
3、二維圖形的輸入輸出
用圖形輸入設備實現(xiàn)人機交互及用戶接口技術。當前這一領域研究的前沿課題:1、圖形軟件與開發(fā)環(huán)境的標準化2、提高算法的可靠性和效率3、用并行處理技術提高真實感圖像的生成速度4、探討自然景象的模擬方法5、科學可視化1.2計算機圖形學的歷史回顧
1、1950年,美國麻省理工學院(MIT)研制出第一臺圖形顯示器。旋風1號的輸出設備,顯示簡單圖形,“被動”的圖形學SAGE,交互式計算機圖形系統(tǒng)的雛形2、60年代是計算機圖形學興起和確立的年代。1962年,美國麻省理工學院的IvenSutherland發(fā)表了題目為“Sketchpad:一個人機通信的圖形系統(tǒng)”的博士論文,在論文中他首次使用了“計算機圖形學”(ComputerGraphics)這個術語,從而確立了計算機圖形學作為一個嶄新的科學分支的地位。3、與此同時,美國、英國、法國在汽車和飛機制造領域?qū)τ嬎銠C圖形學開展了大規(guī)模研究。在計算機輔助設計(CAD)和計算機輔助制造(CAM)中,一些相關的科研項目、商品化產(chǎn)品紛紛出現(xiàn)。4、80年代,計算機圖形系統(tǒng)迅速推廣應用的年代。計算機圖形軟件功能開始部分地由硬件實現(xiàn),尤其是微機的大面積推廣,進一步拓寬了圖形學的研究和應用5、90年代,隨著多媒體概念的提出計算機圖形學已成為計算機系統(tǒng)必不可少的一個組成部分,并且迅速投入使用中。一、計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)
1.3計算機圖形學的應用領域這是一個最廣泛、最活躍的應用領域,在機械、建筑、汽車、飛機、造船、電子等領域有著廣泛的應用。如機械結(jié)構(gòu)和零部件的設計,土木建筑工程及其圖紙的設計,汽車、飛機、輪船的外形設計,集成電路、印刷線路板的設計等。
CAD/CAM是高新技術,是先進的生產(chǎn)力,它已經(jīng)并將進一步給人類帶來巨大的影響和利益?,F(xiàn)在,CAD技術的水平已成為衡量一個國家工業(yè)技術水平的重要標志。二、科學計算可視化
研究如何將來自科學、工程、醫(yī)學等領域的抽象數(shù)據(jù)用圖形表示的學科稱為科學計算可視化。用圖形來表示大量數(shù)據(jù)計算的結(jié)果或中間過程??梢暬夹g發(fā)展很快,已廣泛應用于流體力學、有限元分析、醫(yī)學、遙感等領域。例如:系統(tǒng)的描述;商業(yè)決策;天氣變化趨勢圖等。
四、事務管理和辦公自動化
在企事業(yè)行政管理中,存在著大量的圖表,如作業(yè)進程表、生產(chǎn)產(chǎn)量表、庫存表、銷售統(tǒng)計圖、生產(chǎn)計劃表,以及統(tǒng)計分析方面的各種圖表。這些圖表都可以用計算機圖形技術產(chǎn)生的直方圖、餅圖和折線圖來表示。在辦公自動化方面,各國都非常重視。辦公自動化系統(tǒng)可以從聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫中,取出所需要的數(shù)據(jù),用清晰明了的圖表在屏幕上顯示或在打印機、繪圖儀上輸出。五、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)
虛擬現(xiàn)實又稱為虛擬環(huán)境,是指由計算機實時生成一個虛擬的三維空間。這個空間可以是小到分子、原子的微觀世界,或是大到天體的宏觀世界,也可以是類似于真實社會的生活空間。用戶可以在這個三維空間中“自由”地走動,隨意地觀察,并可以通過一些特殊的設備與所處的虛擬景物進行交互操作。
交互是多通道的、自然的,用來傳遞的信息可以是某個操作、一個手勢、一個眼神,也可以是一個表情等。在此環(huán)境中,用戶看到的是由計算機生成的逼真圖像,聽到的是虛擬環(huán)境中的聲音,身體可以感受到虛擬環(huán)境所反饋的作用力,由此產(chǎn)生身臨其境的感覺。六、過程控制和指揮系統(tǒng)
將各種實時過程的重要參數(shù),如火箭的運行狀態(tài),煉油廠、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)送來的壓力、溫度、電壓、電流等數(shù)據(jù)傳送到計算機,用圖形方式進行顯示,管理人員對圖形進行監(jiān)控,并對異常情況作
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