計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與虛擬現(xiàn)實(shí)

2023/9/171計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、電視顯示技術(shù)和圖形信息處理技術(shù)相結(jié)合的一門學(xué)科。它研究有關(guān)對(duì)象的圖形的計(jì)算機(jī)表示、生成、處理、視覺真實(shí)性實(shí)現(xiàn)的基本原理和基本技術(shù)。它是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中發(fā)展最迅速的學(xué)科之一，已廣泛用于科學(xué)研究、工業(yè)和建筑設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)研究、文化教育、地理地質(zhì)，益智娛樂、商業(yè)廣告和軍事等領(lǐng)域2023/9/172圖形信息與文字信息相比具有直觀、形象、含義豐富等優(yōu)點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用前景。但是圖形的生成、表示、處理、存儲(chǔ)和管理卻比文字信息復(fù)雜得多。2023/9/1732023/9/174計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（ComputerGraphics）是研究怎樣用計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的一門新興學(xué)科.國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定義為：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專門顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科。2023/9/175

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容圖形：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象能在人的視覺系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺印象的客觀對(duì)象包括自然景物、拍攝到的圖片、用數(shù)學(xué)方法描述的圖形等等構(gòu)成圖形的要素幾何要素：刻畫對(duì)象的輪廓、形狀等非幾何要素：刻畫對(duì)象的顏色、材質(zhì)等結(jié)束2023/9/176計(jì)算機(jī)中表示圖形的方法點(diǎn)陣表示枚舉出圖形中所有的點(diǎn)(強(qiáng)調(diào)圖形由點(diǎn)構(gòu)成)簡(jiǎn)稱為圖像（數(shù)字圖像）參數(shù)表示由圖形的形狀參數(shù)(方程或分析表達(dá)式的系數(shù)，線段的端點(diǎn)坐標(biāo)等)+屬性參數(shù)(顏色、線型等)來表示圖形簡(jiǎn)稱為圖形2023/9/177 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容圖形的輸入

如何開發(fā)利用圖形輸入設(shè)備及軟件將圖形輸入到計(jì)算機(jī)中去，以便作各種處理。圖形的處理包括對(duì)圖形進(jìn)行變換(幾何變換，投影變換)和運(yùn)算（集合運(yùn)算）,著色，形變等……圖形的輸出

如何將圖形特定的表示形式轉(zhuǎn)換成圖形輸出系統(tǒng)便于接受的表示形式，并將圖形在顯示屏或打印機(jī)等輸出設(shè)備上輸出。2023/9/178計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容.與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系數(shù)字圖像數(shù)據(jù)模型圖像生成（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)）模型（特征）提?。ㄓ?jì)算機(jī)視覺，模式識(shí)別）模型變換（計(jì)算幾何）圖像變換（圖像處理）.發(fā)展特點(diǎn):交叉、界線模糊、相互滲透DIGITALIMAGING：2023/9/179用計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的學(xué)科；由幾何數(shù)據(jù)和幾何模型，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示并存儲(chǔ)，并可以進(jìn)行修改、完善以及有關(guān)操作的過程.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)2023/9/1710

計(jì)算幾何研究幾何模型和數(shù)據(jù)處理的學(xué)科，討論幾何形體的計(jì)算機(jī)表示、分析和綜合，研究如何方便靈活、有效地建立幾何形體的數(shù)學(xué)模型以及在計(jì)算機(jī)中更好地存貯和管理這些模型數(shù)據(jù)；2023/9/17112023/9/1711

數(shù)字圖象處理是將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的過程:圖像獲取、圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像編碼、圖像分析、圖像識(shí)別、圖像理解。

與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的概念容易混淆的是圖像處理。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本含義是使用計(jì)算機(jī)通過算法和程序在顯示設(shè)備上構(gòu)造出圖形來。與此相反，圖像處理是將客觀世界中原來存在的物體的影像處理成新的數(shù)字化圖像的相關(guān)技術(shù)，并研究如何從圖像中提取二維或三維物體的模型。它所研究的是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的逆過程。2023/9/1712計(jì)算機(jī)視覺和模式識(shí)別:對(duì)所輸入的圖象進(jìn)行分析和識(shí)別，找出其中蘊(yùn)涵的內(nèi)在聯(lián)系或抽象模型；如郵政分檢設(shè)備、地形地貌識(shí)別等；圖形學(xué)的逆過程，分析和識(shí)別輸入的圖像,并從中提取二維或三維的數(shù)據(jù)模型（特征）。手寫體識(shí)別、機(jī)器視覺2023/9/1713

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容涉及到用計(jì)算機(jī)對(duì)圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的硬件和軟件兩方面的技術(shù)，主要是圍繞著生成、表示物體的圖形圖像的準(zhǔn)確性、真實(shí)性和實(shí)時(shí)性的基礎(chǔ)算法，大致可分為以下幾類：2023/9/1714

（1）基于圖形設(shè)備的基本圖形元素的生成算法，如用光柵圖形顯示器生成直線、圓弧、二次曲線、封閉邊界內(nèi)的圖案填充等。

（4）三維幾何造型技術(shù)，對(duì)基本體素的定義、輸入及它們之間的布爾運(yùn)算方法。

（5）三維形體的實(shí)時(shí)顯示，包括投影變換、坐標(biāo)變換等。

（2）圖形元素的幾何變換，即對(duì)圖形的平移、放大和縮小、旋轉(zhuǎn)、鏡像等操作。

（3）樣條曲線和樣條曲面的插值、擬合、拼接、光順、整體和局部修改等。2023/9/1715

（8）科學(xué)計(jì)算可視化和三維數(shù)據(jù)場(chǎng)的可視化，將科學(xué)計(jì)算中大量難以理解的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)圖形顯示出來，從而加深人們對(duì)科學(xué)過程的理解。例如有限元分析的結(jié)果等；應(yīng)力場(chǎng)、磁場(chǎng)的分布等；各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題的圖形仿真等。

（7）山、水、花、草、煙、云等自然景物的模擬生成算法等。

（6）真實(shí)感圖形的生成算法，包括三維圖形的消隱、光照、色彩、陰影、紋理及彩色濃淡圖的生成算法。2023/9/1716圖形軟件發(fā)展及軟件標(biāo)準(zhǔn)形成

三種類型的計(jì)算機(jī)圖形軟件系統(tǒng)：(1)用某種語言寫成的子程序包

GKS(GraphicsKernelSystem)PHIGS(Programmer’sHerarchicalIuteractiveGraphicssystem) 便于移植和推廣、但執(zhí)行速度相對(duì)較慢，效率低(2）擴(kuò)充計(jì)算機(jī)語言，使其具有圖形生成和處理的功能如：TurboPascal、TurboC，AutoLisp,VC等。簡(jiǎn)練、緊湊、執(zhí)行速度快，但不可移植（3）專用圖形系統(tǒng)：效率高，但系統(tǒng)開發(fā)量大，可移植性差。(4)MATLAB,MathWorks公司,一種交互式面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言,工程計(jì)算領(lǐng)域中重要應(yīng)用軟件.2023/9/1717通用的、與設(shè)備無關(guān)的圖形包，圖形標(biāo)準(zhǔn)

CGS(CoreGraphicsSystem,核心圖形系統(tǒng),1977年ACM提出)

GKS(GraphicsKernelSystem,)(第一個(gè)官方標(biāo)準(zhǔn)，ISO,1977)

PHIGS

(Programmer’sHerarchicalIuteractiveGraphicssystem,程序員層次交互式圖形系統(tǒng))

一些非官方圖形軟件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)界，成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)DirectX(MS)Xlib(X-Window系統(tǒng))OpenGL(SGI)Adobe公司Postscript

開放式、高效率的發(fā)展趨勢(shì)2023/9/1718圖形標(biāo)準(zhǔn)的層次關(guān)系2023/9/1719VirtualReality（虛擬現(xiàn)實(shí)、靈境）VirtualReality或稱虛擬環(huán)境（VirtualEnvironment)是用計(jì)算機(jī)技術(shù)來生成一個(gè)逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓