CG電子教案探素

CG電子教案探素教學要求◎了解圖形系統(tǒng)的框架及其涉及的軟件、硬件技術(shù)；◎了解圖形學的基本問題，掌握圖形學的基本概念；◎能在熟練應用一種圖形應用軟件并能結(jié)合專業(yè)實際靈活應用的基礎上掌握兩到三種圖形應用軟件的使用。2023/9/212課程內(nèi)容第一章

計算機圖形學概論

第二章

計算機圖形系統(tǒng)

第三章

文件格式及其操作

第四章

基本圖形單元

第五章

圖形對象的一般操作

第六章

圖形的幾何變換

第七章圖形的輪廓線屬性2023/9/213第八章顏色空間與定義顏色第九章

填充第十章

文字處理第十一章

通用特殊效果第十二章

專有特殊效果第十三章

分色與加網(wǎng)第十四章

PDF文件的利用第十五章

補漏白2023/9/214第一章計算機圖形學概述提出問題計算機圖形學的發(fā)展計算機圖形學的概念和研究內(nèi)容計算機圖形學的應用計算機圖形學的當前研究課題2023/9/215一、計算機圖形學的發(fā)展◎1950年，美國麻省理工學院MIT的旋風1號計算機，是世界上第一臺圖形顯示器。用一個類似于示波器的CRT來顯示一些簡單的圖形?！?958年，美國Calcomp公司由聯(lián)機數(shù)字記錄儀發(fā)展成滾筒式繪圖儀◎1958年，GerBer公司把數(shù)控機床發(fā)展成為平板式繪圖儀；被動式圖形學2023/9/216◎50年代末，MIT的林肯實驗室在旋風計算機上開發(fā)的SAGE空中防御系統(tǒng)，第一次使用了具有交互功能的CRT顯示器；◎60年代中期使用隨機掃描顯示器，60年代后期使用存儲管式顯示器，70年代中期出現(xiàn)了基于電視技術(shù)的光柵圖形顯示器；◎80年代出現(xiàn)了光柵圖形顯示器的PC和圖形工作站◎圖形輸入設備如光筆、鼠標、操縱桿、鍵盤、跟蹤球拇指輪等也同時在不斷更新和發(fā)展。交互式圖形學2023/9/217◎虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)VirtualRealitySystem◎增強現(xiàn)實系統(tǒng)AugmentedRealitySystem將真實世界信息和虛擬世界信息無縫集成◎相應圖形硬件如數(shù)據(jù)衣、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)鞋以及頭盔、立體眼鏡、運動捕獲設備等得以迅速的發(fā)展。沉浸式圖形學2023/9/2182.圖形學軟件的發(fā)展◎1974年，美國計算機協(xié)會ACM成立了圖形標準化委員會?！?977年提出了“核心圖形系統(tǒng)”CGS（CoreGraphicsSystem）的規(guī)范；◎ISO發(fā)布了計算機圖形接口CGI，計算機圖形元文件標準CGM，計算機圖形核心系統(tǒng)GKS，程序員層次交互式系統(tǒng)PHIGS，基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范IGES，產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)范STEP等計算機圖形標準◎在各種圖形標準之上，開發(fā)了各種應用圖形軟件3DMAX,MAYA,ProE,CorelDraw,LightScape等2023/9/2193.圖形學算法的研究范疇◎基于圖形設備的基本圖形元素的生成算法；◎基本圖形元素的幾何變換、投影變換和窗口剪裁等；◎自由曲線曲面的插值、擬合、拼接、分解、過渡、光順、整體修改、局部修改等；◎圖形元素（點、線、面、體）的求交、分類及集合運算；◎隱藏線、隱藏面的消除以及具有光照效果的真實感圖形顯示；2023/9/2110◎不同字體的點陣表示，矢量中、西文字符的生成與變換；◎山、水、花、草、煙、云等自然模糊景物的生成；◎三維或高維數(shù)據(jù)場的可視化；◎三維形體的實時顯示和圖形的并行處理；◎圖形用戶界面及交互技術(shù)；◎虛擬現(xiàn)實環(huán)境的生成及其控制算法等。2023/9/2111二、計算機圖形學的概念及研究內(nèi)容1.計算機圖形學的概念（ComputerGraphics）是研究怎樣利用數(shù)字計算機來顯示、生成和處理圖形的一門科學或藝術(shù)。

物體的描述模型數(shù)據(jù)和數(shù)學模型圖像2.計算機圖形學的研究對象——圖形ComputerArt

能夠在人的視覺系統(tǒng)中形成視覺印象的客觀對象都稱為圖形。2023/9/2112①計算機圖形學所研究的圖形：從客觀世界物體中抽象出來的帶有顏色及形狀信息的圖和形。線條圖：用線段來表示圖形，如零件結(jié)構(gòu)圖等明暗圖：具有面模型、色彩和明暗層次效果的有真實感的圖形；如藝術(shù)品造型設計等多邊形/面

：由多個頂點相連構(gòu)成的任意形狀體：由封閉表面圍成的空間，其邊界是有限面的并集體素Voxel

：由有限個尺寸參數(shù)定位和定形的體單元2023/9/2113一個簡單的例子：如何繪制一個正方形？2023/9/2114◎給出四個頂點的坐標◎算法描述是順序連接四個頂點(7,3)(7,9)(14,3)(14,9)2023/9/2115◎?qū)⑺膫€頂點之間的所有像素以指定顏色顯示◎用邊Edge表示四個頂點之間的連接關系2023/9/2116如何繪制下面的場景？2023/9/2117正交視圖的線框模型2023/9/2118透視圖2023/9/2119視景深度表示2023/9/2120隱藏線消除——添加顏色2023/9/2121固定的明暗——環(huán)境光2023/9/2122面的陰影——平面2023/9/2123曲面的陰影——沒有鏡面反射的高光2023/9/2124添加高光2023/9/2125Phong光照模型2023/9/2126紋理映射TextureMapping2023/9/2127TextureMapping2023/9/2128反射光，陰影和凹凸映射BumpMapping2023/9/2129◎幾何屬性：用來刻畫形狀的點、線、面、體，也稱為輪廓線屬性；用數(shù)學方法描述對象的基本形狀和相互位置關系。②圖形的兩個屬性（要素）（P2）◎非幾何屬性:用來反映物體表面屬性或材質(zhì)的明暗、灰度、色彩等，也稱為圖形的填充屬性2023/9/21303.圖形的表示方法點陣法：是描述具有復雜顏色信息的空間曲面圖形的一種方法，它強調(diào)圖形在三維空間中具有的色彩信息?！糜成涞姆椒▽崿F(xiàn)參數(shù)法：是以計算機中所記錄圖形的形狀參數(shù)與屬性參數(shù)來表示圖形的一種方法。2023/9/2131①對象幾何建模的方法，數(shù)字模型的繪制技術(shù)；②圖形輸入和控制的人機交互界面的研究；④圖形的顯示和輸出技術(shù)：

通過柵格化處理將圖形輸出③圖形的處理技術(shù)：變換、邏輯運算等4.計算機圖形學的研究內(nèi)容（P3）2023/9/21325.計算機圖形學與其他學科的關系圖像數(shù)據(jù)和幾何模型圖形學模式識別圖像處理計算幾何圖像處理：將一種圖像變換為另一種圖像；圖形學：將數(shù)據(jù)和幾何模型變成圖像；模式識別：從圖像中提取數(shù)據(jù)和模型；計算幾何：幾何模型和數(shù)據(jù)的處理2023/9/2133三、計算機圖形學的應用數(shù)字印前制作：排版、補漏白、分色等辦公自動化和跨媒體出版：多媒體的制作等人機交互界面：觸摸屏，網(wǎng)上購物計算機輔助設計與制造：產(chǎn)品的設計、制作等計算機輔助教學：教學課件的模型制作等計算機藝術(shù)：計算機繪畫等；計算機動畫：醫(yī)療診斷：X線圖像、CT、放射性同位素等自動控制：機器人等2023/9/2134顏色接觸——必須補漏白印前制作2023/9/2135游戲Games2023/9/2136醫(yī)學—手術(shù)導航、醫(yī)學圖象處理MedicalImaging2023/9/2137CAD/CAM2023/9/2138軍事虛擬訓練虛擬戰(zhàn)場虛擬士兵2023/9/2139數(shù)字藝術(shù)創(chuàng)作2023/9/2140科學數(shù)據(jù)可視化ScientificVisualisation2023/9/2141人機交互技術(shù)交互墻DynaWallGMDIPSI設計的交互桌InteracTableVR2023/9/2142非真實感計算機圖形學PotoRealisticrenderingsNon-photorealisticrenderingsRobertD.Kalninsetal.SIGGRAPH