圖形學(xué)第一章 緒論課件

緒論授課教師：單位：圖形學(xué)第一章緒論計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(ComputerGraphics，CG)是一門研究如何利用計(jì)算機(jī)表示、生成、顯示和處理圖形的學(xué)科。圖形通常由點(diǎn)、線、面、體等幾何屬性和顏色、紋理、線型、線寬等非幾何屬性組成。2圖形學(xué)第一章緒論3計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述

從生成技術(shù)上來看，圖形主要分為兩類：一類是基于線條信息表示的，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等；另一類是真實(shí)感圖形。圖形學(xué)第一章緒論圖形與圖象要生成真實(shí)感圖形，首先必須建立畫面場景的幾何表示，再用某種光照模型，計(jì)算場景在假想的光源、紋理、材質(zhì)屬性下的光照明效果。結(jié)果是以數(shù)字圖象的方式提供的，因此計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖象處理也有著密切的關(guān)系。圖形與圖象是密切相關(guān)但又不同的兩個概念。圖象純指計(jì)算機(jī)內(nèi)以位圖形式存在的亮度和顏色信息，而圖形則由場景的幾何模型和物理屬性共同描述。圖形學(xué)第一章緒論計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形給人們提供了一種直觀的信息交流工具，被廣泛地用于各個不同的領(lǐng)域。影視游戲工業(yè)設(shè)計(jì)科學(xué)研究藝術(shù)醫(yī)學(xué)廣告教育培訓(xùn)軍事。。。應(yīng)用的需求反過來推動了圖形學(xué)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形已經(jīng)形成了一個巨大的產(chǎn)業(yè)。圖形學(xué)第一章緒論影視特技看過《魔鬼終結(jié)者II》的觀眾，一定會對片中那個打不死的液態(tài)金屬人T1000留下極深刻的印象。由科技創(chuàng)造出來的角色成了好萊塢大片的票房賣點(diǎn)，并成為觀眾觀賞電影的主要驅(qū)動力之一。這個計(jì)算機(jī)特效在電影中成功應(yīng)用的典范，帶動了90年代美國電影廣泛導(dǎo)入計(jì)算機(jī)科技的潮流。圖形學(xué)第一章緒論影視特技其它電影《侏羅紀(jì)公園》、《泰坦尼克號》、《恐龍》、《海底總動員》、《指環(huán)王》、《加菲貓》、《變形金剛》等優(yōu)秀電影。影視業(yè)高質(zhì)量畫面、高藝術(shù)水準(zhǔn)、大膽的想象、大投資、緊迫的拍攝進(jìn)度等極大地刺激了圖形學(xué)研究的進(jìn)一步深入。圖形學(xué)第一章緒論《恐龍》劇照《加菲貓2之雙貓記》劇照《海底總動員》劇照《泰坦尼克號》劇照圖形學(xué)第一章緒論《變形金剛》《閃電狗》劇照《精靈鼠小弟2》劇照圖形學(xué)第一章緒論《史前一萬年》圖形學(xué)第一章緒論《納尼亞傳奇》劇照《加勒比海盜》圖形學(xué)第一章緒論《加菲貓2之雙貓記》劇照《蜘蛛俠3》劇照圖形學(xué)第一章緒論《星球大戰(zhàn)前傳3：西斯的反擊》劇照《哈利波特3》《冰川時代2》劇照圖形學(xué)第一章緒論《尼斯湖怪：深水傳說》劇照圖形學(xué)第一章緒論計(jì)算機(jī)游戲

計(jì)算機(jī)游戲是一種新興的娛樂形式，其巨大的市場與電影業(yè)不相上下。計(jì)算機(jī)游戲?yàn)橛螒騾⑴c者提供了一個虛擬的空間，從一定程度上讓人可以擺脫現(xiàn)實(shí)中的自我，在另一個世界中扮演真實(shí)世界中扮演不了的角色，因而吸引了眾多的玩家。計(jì)算機(jī)游戲是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展的另一個重要推動力。圖形學(xué)第一章緒論網(wǎng)絡(luò)游戲《傳奇3》射擊游戲網(wǎng)絡(luò)游戲《魔獸爭霸》網(wǎng)絡(luò)游戲《魔獸爭霸》圖形學(xué)第一章緒論計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造

建筑設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)汽車外形設(shè)計(jì)飛機(jī)外形設(shè)計(jì)船舶設(shè)計(jì)家用電器等設(shè)計(jì)圖形學(xué)第一章緒論圖形學(xué)第一章緒論汽車外形設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖形學(xué)第一章緒論科學(xué)計(jì)算可視化

數(shù)值仿真、氣象衛(wèi)星、石油勘探、遙感衛(wèi)星、醫(yī)學(xué)影像、蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)等都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，即使是專業(yè)人員也們很難從一大堆枯燥乏味的數(shù)字中迅速發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在規(guī)律和變化趨勢。圖形學(xué)幫助科技人員更直觀形象地理解大規(guī)模數(shù)據(jù)所蘊(yùn)涵的科學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律。圖形學(xué)第一章緒論蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的顯示可視人圖形學(xué)第一章緒論圖形用戶界面我們所用的絕大部分應(yīng)用軟件都提供了友好的圖形用戶界面(GUI)。圖形界面的一特色是圖標(biāo)，它是表示某種選項(xiàng)的形象直觀的圖形符號。Photoshop的圖形用戶界面圖形學(xué)第一章緒論計(jì)算機(jī)藝術(shù)

計(jì)算機(jī)藝術(shù)是科學(xué)和藝術(shù)相結(jié)合的一門學(xué)科。計(jì)算機(jī)藝術(shù)不需要傳統(tǒng)的紙和筆等材料，所有的創(chuàng)作都在電子畫布上實(shí)現(xiàn)。許多繪畫軟件如Adobe公司的Photoshop提供了豐富的繪畫工具，如軟硬鉛筆、炭筆、彩色鉛筆、色粉筆、鋼筆、簽字筆、油畫棒、毛筆、水彩筆、油畫筆、噴筆等，而且還提供了色彩豐富的調(diào)色板和各式各樣的筆觸。Wacom公司的數(shù)位板和無線壓感筆則有效地解決了電腦筆輸入的難題，使得藝術(shù)創(chuàng)作能以接近傳統(tǒng)的方式進(jìn)行。圖形學(xué)第一章緒論WACOM數(shù)位板圖形學(xué)第一章緒論計(jì)算機(jī)模擬中國繪畫圖形學(xué)第一章緒論計(jì)算機(jī)模擬中國繪畫圖形學(xué)第一章緒論圖形學(xué)第一章緒論圖形學(xué)第一章緒論圖形學(xué)第一章緒論圖形學(xué)第一章緒論OpenGL簡介OpenGL()是SGI公司開發(fā)的一個跨平臺的開放式圖形編程工具。OpenGL集成了所有造型、變換、材質(zhì)、紋理、光照、繪制等復(fù)雜的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法，將用戶從具體的硬件和操作系統(tǒng)中解放了出來。圖形學(xué)第一章緒論Windows與OpenGLMicrosoft最早將OpenGL集成到WindowsNT操作系統(tǒng)中；隨后推出的Windows98及Windows98以上操作系統(tǒng)均允許用戶免費(fèi)使用OpenGL進(jìn)行圖形編程。OpenGL本身是一個底層庫，在編程實(shí)踐中還需要一些能簡化編程任務(wù)、易于在窗口系統(tǒng)上執(zhí)行的高層庫。圖形學(xué)第一章緒論能夠直接被Windows平臺所支持的OpenGL庫函數(shù)OpenGL核心函數(shù)OpenGL核心函數(shù)以gl開頭，可以運(yùn)行于任何的OpenGL工作平臺。OpenGL實(shí)用庫函數(shù)實(shí)用庫函數(shù)帶有前綴glu，是基于OpenGL核心函數(shù)而比其更高一層的函數(shù)。它們也可以運(yùn)行于任何OpenGL平臺。輔助庫函數(shù)它支持的平臺較少，并不適合正式產(chǎn)品的開發(fā)。Windows專用函數(shù)以wgl開頭，用于連接OpenGL和Windows窗口系統(tǒng)。Win32API函數(shù)，用于處理像素格式及緩沖。共6個Win32API函數(shù)，用于處理像素格式及緩沖。圖形學(xué)第一章緒論Windows環(huán)境下的與OpenGL相關(guān)的文件在Windows中，相關(guān)的庫以動態(tài)鏈接庫的形式存在，opengl32.lib、glu32.lib、glaux.lib分別表示核心庫、實(shí)用庫和輔助庫，相應(yīng)的頭文件分別是gl.h、glu.h及glaux.h。除了以上三個庫以外，比較常用的還有OpenGL實(shí)用工具庫GLUT。這是一個橫跨平臺Windows/Linux/UNIX/Mac的OpenGL輔助開發(fā)包。要在Windows下使用該包中的函數(shù)進(jìn)行編程，需要另外下載glut32.dll、glut32.lib以及glut.h三個文件分別放入系統(tǒng)的相應(yīng)目錄。圖形學(xué)第一章緒論Windows環(huán)境下生成圖形的一個簡單例子

利用OpenGL生成一個茶壺的程序：teapot.cpp(見教材)圖形學(xué)第一章緒論程序舉例說明如何利用OpenGL實(shí)用工具庫GLUT中的函數(shù)glutSolidTeapot()在屏幕上生成一個茶壺。main()函數(shù)在第一行對GLUT庫進(jìn)行了初始化，然后設(shè)定窗口的顯示模式、初始位置與大小，即位于屏幕左上角，長寬各為300。glutCreateWindow()語句創(chuàng)建了這個窗口。glutMainLoop()語句啟動GLUT的主事件循環(huán)，在用戶結(jié)束程序的運(yùn)行之前，它將負(fù)責(zé)處理所有的GLUT事件。圖形學(xué)第一章緒論VisualC++編程工具中的工程設(shè)置建立一個Win32ConsoleApplication屬性的空白工程，在工程中添加teapot.cpp文件。打開菜單Project→Settings，在彈出的對話框中選擇Link標(biāo)簽，在Object/LibraryModules欄中增加OpenGL32.lib及glut32.lib兩個文件。圖形學(xué)第一章緒論光柵圖形顯示技術(shù)

光柵顯示器上的圖像是由光柵(raster)形成的。光柵是一組互相平行的水平掃描線，每行掃描線是由大小一致的顯示單元組成的顯示序列，每一顯示單元稱為一個像素，可顯示給定的顏色和灰度。光柵顯示器將顯示圖元(primitive)如線、文字、填充顏色或圖案區(qū)域等，以像素的形式存儲到一個刷新緩沖器中。圖形學(xué)第一章緒論隨機(jī)掃描與光柵掃描

隨機(jī)掃描技術(shù)的本質(zhì)是按照顯示命令的任意順序，將電子束從一個端點(diǎn)偏轉(zhuǎn)到另一個端點(diǎn)。光柵圖形具有對顯示區(qū)域填充顏色或圖案的能力，存儲的圖像更加易于操作。圖形學(xué)第一章緒論兩種掃描方法對比圖形學(xué)第一章緒論走樣與反走樣對于光柵系統(tǒng)來說，只能用光柵網(wǎng)格上的像素近似地描繪平滑的直線、多邊形和如圓、橢圓等曲線圖元的邊界。這引起了圖中看到的鋸齒狀與階梯狀的問題，在圖形學(xué)中稱為“走樣”。用于減少或消除這種現(xiàn)象的技術(shù)稱為“反走樣”。圖形學(xué)第一章緒論光柵化如何使光柵圖形最完美地逼近實(shí)際圖形，是光柵圖形學(xué)要研究的內(nèi)容。確定最佳逼近圖形的像素集合，并用指定的顏色和灰度設(shè)置像素的過程叫做圖形的掃描轉(zhuǎn)換，或者稱作“光柵化”。圖形學(xué)第一章緒論光柵顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總線系統(tǒng)內(nèi)存幀緩存視頻控制器顯示器CPU外圍設(shè)備圖形學(xué)第一章緒論簡單二維圖元的生成方法

作為圖形硬件的軟件接口，OpenGL最主要的工作就是將二維及三維物體繪制到幀緩存。繪制過程主要有以下3步:定義幾何要素，構(gòu)建物體在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示。確定各物體在三維空間中的方位，選取場景觀察點(diǎn)。計(jì)算物體表面需要顯示的顏色，這些顏色可以直接賦值，或根據(jù)光照條件及表面紋理計(jì)算得到。光柵化，把物體的幾何描述和顏色信息轉(zhuǎn)換為屏幕的像素。圖形學(xué)第一章緒論OpenGL環(huán)境下點(diǎn)的繪制

OpenGL允許采用glPointSize()函數(shù)由用戶自定義點(diǎn)在屏幕上的顯示尺度（缺省寬度為1.0）。圖形學(xué)第一章緒論OpenGL環(huán)境下直線的繪制直線由兩端點(diǎn)定義。只要把glBegin()的參數(shù)設(shè)為GL_LINES，OpenGL即可通過glBegin()/glEnd()函數(shù)對來繪制直線。此時函數(shù)對中的第一個頂點(diǎn)為第一條直線的起點(diǎn)，第二個頂點(diǎn)為該直線的終點(diǎn)，第三個頂點(diǎn)則為第二條直線的第一個頂點(diǎn)，依次類推。圖形學(xué)第一章緒論直線的掃描轉(zhuǎn)換算法基本增量算法(DDA)中點(diǎn)線算法Bresenham算法等其中Bresenham算法是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域使用最為廣泛的直線掃描轉(zhuǎn)換算法。圖形學(xué)第一章緒論NEQEP=(xp,yp)直線的Bresenham算法

圖形學(xué)第一章緒論字符的生成

生成字符有兩種基本的方法。將字符定義為一條曲線或多邊形的輪廓，然后進(jìn)行掃描轉(zhuǎn)換，計(jì)算開銷很大。對于給定某種字體的每一個字符，生成一個小型的矩形位圖。位圖中該位為1表示字符的筆畫經(jīng)過此位，該位為0表示字符的筆畫不經(jīng)過此位。圖形學(xué)第一章緒論字母“B”的位圖顯示0xfe0xc70xc30xc30xc70xfe0xc70xc30xc30xc70xfe0x000x000xfe0xc70xc30xc30xc70xfe0xc70xc30xc30xc70xfe0x000x000xfe0x00圖形學(xué)第一章緒論顏色顏色是光射入人眼刺激人的視覺器官所產(chǎn)生的主觀感覺。物體的顏色不僅取決于物體本身，還與光照、周圍環(huán)境光的顏色，以及觀察者的視覺系統(tǒng)有關(guān)系。從視覺的角度出發(fā)，顏色包括三個要素：色彩(hue)、飽和度(saturation)和亮度(lightness)。圖形學(xué)第一章緒論三色學(xué)說近代的三色學(xué)說研究認(rèn)為，人眼的視網(wǎng)膜中存在著三種錐體細(xì)胞，它們包含不同的色素，對光的吸收和反射特性不同，對于不同的光產(chǎn)生不同的顏色感覺。研究發(fā)現(xiàn)，一種錐體細(xì)胞專門感受紅光，另二種錐體細(xì)胞則分別感受綠光和藍(lán)光。三者共同作用，使人們產(chǎn)生了不同的顏色感覺。三色學(xué)說是真實(shí)感圖形學(xué)的生理視覺基礎(chǔ)，是顏色視覺最基本的理論。圖形學(xué)第一章緒論RGB顏色模型

定義顏色模型的目的是為了在某個顏色域中方便地指定顏色。RGB顏色模型基于三色學(xué)說。大多數(shù)彩色圖形顯示設(shè)備特別是CRT等光柵顯示器均采用紅、綠、藍(lán)三原色，即使用RGB顏色模型。圖形學(xué)第一章緒論RGB顏色模型的單位立方體表示紅(1,0,0)藍(lán)(0,0,1)青(0,1,1)白(1,1,1)黃(1,1,0)綠(0,1,0)品紅(1,0,1)圖形學(xué)第一章緒論顏色的疊加

圖形學(xué)第一章緒論OpenGL與R