計算機圖形學(xué)1.2-發(fā)展歷史

1.2發(fā)展歷史1.2.1歷史追溯1.2.2硬件發(fā)展1.2.3軟件的發(fā)展3/8/20231蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1.2.1歷史追溯

1950’s

1960’s

1970’s

1980’s

1990’s

2000’s3/8/20232蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1950’s：醞釀期1950年，MIT旋風(fēng)I號（WhirlwindI)計算機的圖形顯示器，類似于示波器的CRT來顯示簡潔圖形，主要用于圖形輸出，沒有交互功能。--CRT的出現(xiàn)為計算機生成和顯示圖形供應(yīng)了可能，也就是說圖形顯示器誕生。1958年美國CALCOMP由聯(lián)機的數(shù)字記錄儀發(fā)展成滾筒繪圖儀、GERBER把數(shù)控機床發(fā)展成為平板繪圖儀。50年頭末期，MIT林肯試驗室，在Whirlwind上開發(fā)SAGE空中防衛(wèi)系統(tǒng)，通過光筆在屏幕上指引與系統(tǒng)交互。--標(biāo)記著交互式圖形技術(shù)的誕生。3/8/20233蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在整個50年頭，只有電子管計算機，用機器語言編程，主要應(yīng)用于科學(xué)計算，為這些計算機配置的圖形設(shè)備僅具有輸出功能。計算機圖形學(xué)處于準(zhǔn)備和醞釀時期，并稱之為：“被動式”圖形學(xué)。生成一些簡潔圖示條形圖繪圖儀顯示設(shè)備簡潔顯示設(shè)備價格昂貴，速度很慢3/8/20234蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Whirlwind:earlygraphicsusingVectorScope(1951)3/8/20235蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院firstCADsystem(IBM1959)3/8/20236蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1960’s：萌芽期線框圖形只繪制線段Sketchpad項目顯示處理器存貯設(shè)備改進3/8/20237蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Sketchpad項目1962年，MIT林肯試驗室的IvanE.Sutherland發(fā)表一篇題為“Sketchpad：一個人機交互通信的圖形系統(tǒng)”的博士論文拉開圖形學(xué)探討的序幕；I.E.Sutherland，38年生，美國人，CMU學(xué)士、Catech碩士、MIT博士，59年博士畢業(yè)，參軍，26歲擔(dān)當(dāng)國防部高級探討支配署（DARPA）信息處理技術(shù)局局長(僅中尉銜)，該局曾組織Internet前身ARPANet等重大項目。1964年起，先后在哈佛、Utah、Catech工作。為博士論文答辯，制作一部電影，答辯時，邊放映，邊講解，大獲成功，該電影廣為流傳。提出圖形學(xué)的概念，證明白交互計算機圖形學(xué)是一個可行的、有用的探討領(lǐng)域，從而確定了計算機圖形學(xué)作為一個嶄新的科學(xué)分支的獨立地位，成就“圖形學(xué)之父”的英名。提出的交互技術(shù)、分層存儲符號的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等至今還在廣為應(yīng)用。獲“圖靈”獎、IEEE計算機杰出成就獎、Coons獎Sutherland也是很多圖形學(xué)基本算法的創(chuàng)始人3/8/20238蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Sketchpad項目SketchPad:firstinteractivegraphics(1961)3/8/20239蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Spacewars:firstcomputergraphicsgame(MIT1961)3/8/202310蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1962年，法國雷諾汽車公司的工程師PierreBézier提出Bézier曲線、曲面的理論，成功地用于幾何外形設(shè)計，并開發(fā)了用于汽車外形設(shè)計的UNISURF系統(tǒng)。而成為CAGD的先驅(qū)。Bezier與deCasteljauBeizer的“天上掉下來”－到Forrest的“驀然回首”1964年MIT的教授StevenA.Coons提出了被后人稱為超限插值的新思想，通過插值四條隨意的邊界曲線來構(gòu)造曲面。用小塊曲面片組合表示自由曲面，使曲面片邊界上達(dá)到隨意高階連續(xù)的理論方法，稱孔斯曲面。58年提出“CAD”概念圖形學(xué)最高獎以他名字命名。獲得第一屆（1983）和其次屆(1985)StevenA.Coons獎的，恰好是IvanE.Sutherland和PierreBézier大公司開展大規(guī)模探討（通用、AT&T、BELL）3/8/202311蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1970’s：發(fā)展期70年頭是計算機圖形學(xué)發(fā)展過程中一個重要的歷史時期，計算機圖形技術(shù)的應(yīng)用進入了好用化的階段。交互式圖形系統(tǒng)在很多國家得到應(yīng)用，如美國洛克德飛機公司用于飛機設(shè)計的交互式圖形處理系統(tǒng)（CAD/AM），應(yīng)用計算機顯示技術(shù)和交互技術(shù)的時期到來；很多新的更加完備的圖形系統(tǒng)不斷被研制出來。除了在軍事上和工業(yè)上的應(yīng)用之外，計算機圖形學(xué)還進入教化、科研以及事務(wù)管理等領(lǐng)域。3/8/202312蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院光柵圖形學(xué)快速發(fā)展圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化真實感圖形學(xué)實體造型技術(shù)工作站與PC機3/8/202313蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院光柵圖形學(xué)快速發(fā)展基于電視技術(shù)的光柵掃描顯示器出現(xiàn)極大地推動了計算機圖形學(xué)的發(fā)展。以點陣形式表示圖形，運用專用的緩沖區(qū)存放點陣，由視頻限制器負(fù)責(zé)刷新掃描。區(qū)域填充裁剪消隱等基本圖形概念、及其相應(yīng)算法紛紛誕生起先出現(xiàn)好用的CAD圖形系統(tǒng)3/8/202314蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1974年，ACMSIGGRAPH的與“與機器無關(guān)的圖形技術(shù)”的工作會議ACM成立圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會，制定“核心圖形系統(tǒng)”（CoreGraphicsSystem），北美，但沒有成為三維圖形的ISO標(biāo)準(zhǔn)ISO發(fā)布CGI、CGM、GKS、PHIGS，歐洲，成為二維圖形的ISO標(biāo)準(zhǔn)圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化3/8/202315蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院真實感圖形學(xué)1970年，Bouknight提出了第一個光反射模型1971年Gourand提出“漫反射模型＋插值”的思想，被稱為Gourand明暗處理1975年，Phong提出了著名的簡潔光照模型-Phong模型3/8/202316蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實體造型技術(shù)1973年，英國劍橋高校CAD小組的Build系統(tǒng)美國羅徹斯特高校的PADL-1系統(tǒng)3/8/202317蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院工作站與PC機雖然現(xiàn)在這兩者的差別已特別小，但歷史上它們的來源是不同的。工作站：網(wǎng)絡(luò)連接交互性PC機：早期的PC機把幀緩沖區(qū)作為內(nèi)存的一部分3/8/202318蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1980’s：普及期80年頭，出現(xiàn)了帶有光柵圖形顯示器的個人計算機和工作站，極大地促進了計算機圖形學(xué)的發(fā)展。真實感圖形特地硬件的出現(xiàn)SiliconGraphics公司的geometryengine圖形流程的VLSI實現(xiàn)工業(yè)圖形標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)PHIGSRenderMan網(wǎng)絡(luò)圖形系統(tǒng)：XWindows系統(tǒng)人機交互(HCI)3/8/202319蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1980年Whitted提出了一個光透視模型-Whitted模型，并第一次給出光線跟蹤算法的范例，實現(xiàn)Whitted模型1984年，美國Cornell高校和日本廣島高校的學(xué)者分別將熱輻射工程中的輻射度方法引入到計算機圖形學(xué)中，用輻射度方法成功地模擬了志向漫反射表面間的多重漫反射效果。Greenberg-Nishita光線跟蹤算法和輻射度算法的提出，標(biāo)記著真實感圖形的顯示算法已漸漸成熟。從80年頭中期以來，超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，為圖形學(xué)的飛速發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。計算機的運算實力的提高，圖形處理速度的加快，使得圖形學(xué)的各個探討方向得到充分發(fā)展，圖形學(xué)已廣泛應(yīng)用于動畫、科學(xué)計算可視化、CAD/CAM、影視消遣等各個領(lǐng)域3/8/202320蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院真實感圖形3/8/202321蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院圖形硬件和各個分支均在這個時期飛速發(fā)展，出現(xiàn)了帶有光柵圖形顯示器的個人計算機和工作站3/8/202322蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1990’s：提高增加期微機和軟件系統(tǒng)的普及使得圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。技術(shù)上，朝著標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化的發(fā)向發(fā)展。多媒體技術(shù)、人工智能、科學(xué)計算可視化、虛擬現(xiàn)實的結(jié)合?？茖W(xué)計算的可視化、虛擬現(xiàn)實環(huán)境的應(yīng)用提出了很多更多更新的要求，使得三維乃至高維計算機圖形學(xué)在真實性和實時性方面有飛速發(fā)展。3/8/202323蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1990’sOpenGL應(yīng)用程序界面完全由計算機生成的電影正片(featurelength)玩具總動員(ToyStory)新型硬件的實力紋理映射融合累加模版緩沖區(qū)3/8/202324蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2000’s：快速發(fā)展期照片真實感圖形PC上的圖形卡Nvidia,ATI,3DLabs游戲電影工業(yè)中的計算機圖形學(xué)程序：Maya,Lightwave目前正向著小型化、低電壓、數(shù)字化方向發(fā)展3/8/202325蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院我國開展計算機圖形技術(shù)的探討和應(yīng)用起先于60年頭。近年來，隨著改革開放以及我國方針政策的落實，科學(xué)技術(shù)得到發(fā)展應(yīng)用，計算機圖形學(xué)的理論和技術(shù)快速發(fā)展，很快取得了可喜的成果。在硬件方面，我國接連研制出多種系列和型號的繪圖機、數(shù)字化儀和圖形顯示器，其技術(shù)指標(biāo)居國際先進水平，已批量報入市場；與計算機圖形學(xué)有關(guān)的軟件的開發(fā)和應(yīng)用也快速發(fā)展。中國計算機圖形學(xué)的發(fā)展3/8/202326蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院ACMSIGGRAPH會議小學(xué)問全稱“theSpecialInterestGrouponComputerGraphicsandInteractiveTechniques”60年頭中期，由Brown高校的教授AndriesvanDam(Andy)和IBM公司的SamMatsa發(fā)起1974年，在Colorado高校召開了第一屆SIGGRAPH年會，并取得了巨大的成功://3/8/202327蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院圖形學(xué)的雜志和會議會議：Siggraph，Eurograph，PacificGraphics

ComputerGraphicsInternational， GraphicsInterface雜志:ACMTransactiononGraphicsIEEECG&A,IEEEVisu.&CGGraphicalModels,CGF,TheVisualComputer3/8/202328蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1.2.2硬件發(fā)展圖形顯示器的發(fā)展圖形顯示器是計算機圖形學(xué)中關(guān)鍵的設(shè)備圖形輸入設(shè)備的發(fā)展3/8/202329蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畫線顯示器（矢量顯示器/隨機掃描顯示器）存儲管式顯示器刷新式光柵掃描顯示器60年頭中期：畫線顯示器（亦稱矢量顯示器）須要刷新。設(shè)備昂貴，限制普及60年頭后期：存儲管式顯示器不需刷新，價格較低，缺點是不具有動態(tài)修改圖形功能，不適合交互式。70年頭初，刷新式光柵掃描顯示器出現(xiàn)，大大地推動了交互式圖形技術(shù)的發(fā)展。以點陣形式表示圖形，運用專用的緩沖區(qū)存放點陣，由視頻限制器負(fù)責(zé)刷新掃描。規(guī)則而重復(fù)的掃描簡潔，便宜，可顯示顏色或各種模式填充的圖形，刷新過程與困難程度無關(guān)目前正向著小型化、低電壓、數(shù)字化方向發(fā)展圖形顯示設(shè)備的發(fā)展3/8/202330蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院光柵掃描圖形顯示器原理幀緩沖器顯示限制器D/A轉(zhuǎn)換器CRT連續(xù)存儲器,每個象素需一個存儲位3/8/202331蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院圖形輸入設(shè)備的發(fā)展第一階段：限制開關(guān)、穿孔紙等等其次階段：鍵盤第三階段：二維定位設(shè)備如鼠標(biāo)、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，語音第四階段：三維輸入設(shè)備，用戶的手勢、表情等等如空間球、跟蹤球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣第五階段：用戶的思維3/8/202332蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院數(shù)據(jù)手套3/8/202333蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院數(shù)據(jù)衣3/8/202334蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1.2.3圖形軟件發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)形成隨著圖形輸入輸出技術(shù)的發(fā)展，圖形軟件也從無到有、從低到高地不斷發(fā)展，并在圖形系統(tǒng)中占據(jù)越來越重要的位置。圖形軟件的發(fā)展 開放式、高效率、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化、學(xué)科交叉

圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)

與設(shè)備無關(guān)、與應(yīng)用無關(guān)、具有較高性能軟件發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)形成的階段3/8/202335蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

諸侯割據(jù)時代70年頭以前，各硬件廠商生產(chǎn)的圖形設(shè)備具有不同功能，開發(fā)的圖形軟件包有自己專用的硬件平臺和高級語言接口，因而互不兼容，無法移植，限制了圖形設(shè)備技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展。

標(biāo)準(zhǔn)探討時代為提高軟件的通用性，必需發(fā)展與設(shè)備無關(guān)的圖形軟件，即制定圖形軟件功能的標(biāo)準(zhǔn)化。1974年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)化局（ANSI）在ACMSIGGRAPH（全稱是“theSpecialInterestGrouponComputerGraphicsandInteractiveTechniques”）的一個與“與機器無關(guān)的圖形技術(shù)”的工作會議上，提出了制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基本規(guī)則。此后ACM特地成立了一個圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會，起先制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。3/8/202336蘇大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

標(biāo)準(zhǔn)形成時代ACM于1977、1979年先后制定和修改了“核心圖形系統(tǒng)”（CoreGraphicsSystem）。ISO隨后