计算机图形学第一章PPT课件

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计算机图形学章节1PPT课件

60年代：MIT、Bell Lab、通用汽车公司、剑桥大学开展大规模的研究。
60年代确立并得到发展
70年代进入技术实用化
但80年代初，图形学依然是较小的学科，原因是图形硬件设备十分昂贵，且基于图形的应用相对较少。后来，情况发生了变化……
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Graphics Lab.PKU
2020/11/6
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Graphics Lab.PKU
2020/11/6
第一讲计算机图形学概述
1.1 研究内容 1.2 发展历史 1.3 应用举例 1.4 当前研究动态
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Graphics Lab.PKU
2020/11/6
1.1 研究内容
?何谓图形 ?构成图形的要素 ?两种表示法 ?所研究的内容
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Graphics Lab.PKU
图像生成（计算机图形学）
图像变换（图像处理）
数
数
字
据
图
模
像
型
模型（特征）提取（计算机视觉，模式识别）
模型变换（计算几何）
.发展特点: 交叉、界线模糊、相互渗透
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Graphics Lab.PKU
2020/11/6
CAGD（Computer Aided Geometric Design）
几何形体在计算机中的表示，分析、研究怎样灵活方便地建立几何形体的数学模型，提高算法效率，在计算机内更好地存储和管理这些模型等。研究曲线、曲面的表示、生成、拼接、数据拟合。
硬件发展
图形显示器的发展
图形显示器是计算机图形学中关键的设备
60年代中期：画线显示器（亦称矢量显示器）需要刷新。设备昂贵，限制普及
60年代后期：存储管式显示器不需刷新，价格较低，缺点是不具有动态修

计算机图形学ppt(共49张PPT)

过程动画技术
过程动画的概念
通过定义物体的运动规律或过程，由计算机自动生成动画。
过程动画的实现方法
基于物理模拟、基于过程建模、基于行为建模等。
过程动画的应用场景
自然现象的模拟（如风、雨、雪）、物体的变形和破碎效果等。
基于物理的动画技术
基于物理的动画概念
利用物理引擎模拟现实世界中的物理现象，生成逼真的动画效果。
表面模型（Surface Model）
用多边形面片逼近三维物体的表面。
实体模型（Solid Model）
定义三维物体的内部和外部，表示物体的实体。
光线追踪（Ray Tracing）
模拟光线在三维场景中的传播，生成真实感图形。
三维图形的变换与裁剪
几何变换（Geometric Trans…
包括平移、旋转、缩放等变换，用于改变三维物体的位置和形状。
如中点画圆算法，利用圆的八对称性，通过计算决策参数来生成圆。
多边形的生成算法
如扫描线填充算法，通过扫描多边形并计算交点来生成多边形。
二维图形的变换与裁剪
二维图形的变换
包括平移（Translation）、旋转（Rotation）、缩放（Scaling）等变换，可以通过变换矩阵来实现。
二维图形的裁剪
Screen-Space Methods
利用屏幕空间信息进行半透明物体的渲染，如屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）和屏幕空间反射（SSR）。
06
计算机动画技术
Chapter
计算机动画概述
计算机动画的定义
01
通过计算机生成连续的动态图像，实现虚拟场景和角色的动态
表现。
计算机动画的应用领域
02
影视特效、游戏设计、虚拟现实、工业设计等。

《计算机图形学》课件

04
光照模型与阴影生成算法的应用广泛，例如在游戏开发、虚拟现实和电影制作等领域。
纹理映射算法
纹理映射算法用于将图像或纹理贴图映射到三维物体的表面。
输标02入题
常用的纹理映射算法包括纹理坐标、纹理过滤和纹理压缩等。
01
03
纹理映射算法的应用广泛，例如在游戏开发、虚拟现实和数字艺术等领域。
04
工业设计
使用CAD等技术进行产品设计和原型制作。
游戏开发
创建丰富的游戏场景和角色，提供沉浸式的游戏体验。
科学可视化
将复杂数据以图形方式呈现，帮助人们理解和分析数据。
虚拟现实与增强现实
构建虚拟环境，实现人机交互，增强现实感知。
02
计算机图形学基础知识
图像与图形的关系
图像
由像素组成的二维或三维数据，通常用于表示真实世界或模拟的视觉信息。
全息投影技术
总结词
全息投影技术能够实现三维立体显示，为观众提供沉浸式的观影体验。
详细描述
全息投影技术利用干涉和衍射原理，将三维物体以全息图像的形式呈现出来，使观众能够从不同角度观察到物体的立体形态。这种技术将为电影、游戏和其他娱乐领域带来革命性的变化。
增强现实技术
总结词
增强现实技术能够将虚拟信息与现实世界相结合，提供更加丰富的交互体验。
HSL和HSV模型
基于色调、饱和度和亮度（或明度）来描述颜色。
RGBA模型
在RGB基础上增加透明度通道。
图像处理技术
滤波和锐化
通过改变图像的像素值来减少噪声、突出边缘
或细节。
色彩调整
改变图像中颜色的分布和强度，以达到特定的
视觉效果。
图像分割

计算机图形学基础教程PPT课件

真实感绘制的主要任务是模拟真实物体的物理属性，简单的说就是物体的形状，光学性质，表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置，遮挡关系等等。
经典的真实感图形学
光照模型
• 简单光照模型 • 局部光照模型 • 整体光照模型
绘制方法
• 光线跟踪 • 辐射度
加速算法及其他
• 包围体树、自适应八叉树等 • 阴影算法、纹理合成
Xfrog3.0生成的挪威云杉
1974年，在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH 年会，并取得了巨大的成功
图形学的杂志和会议
会议：Siggraph， Eurograph， Pacific Graphics
Computer Graphics International，
Graphics Interface
杂志: ACM Transaction on Graphics
基于多层阴影翼的软影绘制
研究热点
真实感图形实时绘制
• 物体网格模型的面片简化，LOD, Occlusion culling
• 吴建华的牛头ห้องสมุดไป่ตู้
• 基于图象的绘制、基于Vedio绘制 • 画中游
画中游
Video from HKUST:
野外自然景物的模拟：山、水、云、树、草、火等
清华山水
1999
1964年MIT的教授Steven A. Coons提出了超限插值的新思想，通过插值四条任意的边界曲线来构造曲面。
• 58年提出“CAD”概念 • 图形学最高奖以他名字命名。
70年代
光栅图形学迅速发展
• 区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念、及其相应算法纷纷诞生
图形软件标准化
• 1974年，ACM SIGGRAPH的与ACM成立图形标准化委员会，制定“核心图形系统”（Core Graphics System）

图形学课件之第一章

计算机图形学
• 可视化
– 海量的数据使得人们对数据的分析和处理变得越来越难，用图形来表示数据的迫切性与日俱增。 – 1986年，美国科学基金会（NSF）专门召开了一次研讨会，会上提出了“科学计算可视化（Visualization in Scientific Computing）” – 科学计算可视化广泛应用于医学、流体力学、有限元分析、气象分析当中。
工程图及其三维重建结果1
计算机图形学
完整的涡轮机绘制和装配图（Autodesk公司提供）
计算机图形学
工程图及其三维重建结果2
计算机图形学
奥迪效果图和线框图
过程控制
• 利用交互式图形生成技术形成的人机交互系统，实现人与控制或管理对象之间的相互作用。如工厂中的设备、工序控制，机场与铁路的调度等。
计算机图形学
刘文涛
计算机图形学
第一章
绪论
• 什么是计算机图形学？
– 计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理、显示的学科。 – 计算机图形学计算机科学中，最为活跃、得到广泛应用的分支之一
计算机图形学
计算机图形学的研究内容
• 如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形学的主要研究内容。
计算机图形学
由清华大学自然景物平台生成的野外场景
计算机图形学
日本Yoshinori Dobashi等人绘制的真实感云
计算机图形学
Xfrog3.0生成的挪威云杉
计算机图形学
虚拟现实
是计算机与用户之间的一种更为理想化的人-机界面形式。简单地说，就是借助于计算机技术及硬件设备，实现一种人们可以通过视听触嗅等手段所感受到的虚拟幻境，故又称幻境或灵境技术。与传统计算机相比，虚拟现实系统具有三个重要特征：临境性，交互性，想象性。虚拟现实技术的应用范围很广，诸如国防、建筑设计、工业设计、培训、医学领域。例如，建筑设计师可以运用虚拟现实技术向客户提供三维虚拟模型，而外科医生还可以在三维虚拟的病人身上试行一种新的外科手术。

Unit 1 Introduction 计算机图形学课件

Computer Graphics with OpenGL
主讲：曹正林
1
讲
授内容
• • • • • •
Unit 1： Introduction Unit 2： The OpenGL API Unit 3: Scan Convention Unit 4: Transformations Unit 5： Color and Shading Models Unit 6：Viewing and Clipping
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Color CRT
产生彩色的常用方法： • 射线穿透法 • 影孔板法
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射线穿透法
• 原理：
– 两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发光物质，电子束轰击穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色。荧光涂层
产生颜色
低速电子束
电子束
较低速电子束较高速电子束
高速电子束
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• 影孔板法
– 原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精确定位像素的位置。 Nhomakorabea43
• 液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)是由六层薄板组成的平板式显示器
观察方向
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• 可视角度(viewing angle)：能清晰看到图像的最大角度。 • 点距(Pixel pitch)：两个液晶颗粒（光点）之间的距离。点距一般为0.28~0.32mm就能取得较好的显示效果。 • 分辨率(resolution)：液晶显示器中含有的液晶颗粒数，是真实分辨率，只有在真实分辨率下才能得到最佳的显示效果。
TsingHua University
25
Japan , Yoshinori Dobashi
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计算机图形学课件第一章引言常用文档

■图形的表示 Graphics Image 点阵法：用具有颜色信息的点阵来表示图形的
一种方法。（Image）
参数法：以计算机中所记录图形的形状参数与
属性参数来表示图形的一种方法。（Graphics）■与计算机图形学相关的学科
计算机图形学试图从非图象形式的数据描述来
生成（逼真的）图象。
数字图象处理旨在对图象进行各种加工以改善
■具有一定实践体会和相关的编程能力。
课程内容
■概论 ■计算机图形设备 ■交互式技术 ■几何造型技术
■基本图形生成算法 ■二维图形变换及二维观察 ■三维图形变换及三维观察
■曲线和曲面、真实感图形显示
第1章引言
主要内容：
•什么是计算机图形学？ 3 计算机图形学的应用
图1-3 计算机图形系统的结构 •计算机图形学研究的对象是什么？计算机图形学基础陈传波陆枫编著计算机图形学中所研究的图形：从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信息的图和形。
图象的视觉效果。
计算机视觉是研究用计算机来模拟生物外显或
宏观视觉功能的科学和技术。
特征数据、结构数据
计算机图形学
计算机视觉
图象信号
数字图象处理图1-1 图形图象处理相关学科间的关系
1.2 计算机图形学的发展
计算机图形学的确立 ■酝酿期（50年代） ■萌芽期（60年代） ■发展期（70年代） ■普及期（80年代） ■提高增强期（90年代）
■近二十年中，国际标准化组织ISO已经批准和正在讨论的与计算机图形有关的标准有：
GKS、GKS-3D、PHIGS、CGM、 CGI、IGES、STEP ■事实标准如SGI的OpenGL，微软的Direct X， Adobe的Postscript等

计算机图形学完整ppt课件

工业设计
利用计算机图形学进行产品设计、仿真和可视化，提高设计效率和质量。
建筑设计
建筑师使用计算机图形学技术创建三维模型，进行建筑设计和规划。
计算机图形学的相关学科
计算机科学
计算机图形学是计算机科学的一个重要分支，涉及计算机算法、数据结构、操作系统等方面的知识。
物理学
计算机图形学中的很多技术都借鉴了物理学的原理，如光学、力学等，用于实现逼真的渲染效果和物理模拟。
02
03
显示器
LCD、LED、OLED等，用于呈现图形图像。
投影仪
将计算机生成的图像投影到大屏幕上，用于会议、教学等场合。
虚拟现实设备
如VR头盔，提供沉浸式的 3D图形体验。
图形输入设备
键盘和鼠标
最基本的图形输入设备，用于操作图形界面和输入命令。
触摸屏
通过触摸操作输入图形指令，常见于智能手机和平板电脑。
多边形裁剪算法
文字裁剪算法
判断一个多边形是否与另一个多边形相交，如果相交则求出交集部分并保留。
针对文字的特殊性质，采用特殊的裁剪算法进行处理，以保证文字的完整性和可读性。
05
光照模型与表面绘制
光照模型概述
光照模型是计算机图形学中用于模拟光线与物体表面交互的数学模型。
光照模型能够模拟光线在物体表面的反射、折射、阴影等效果，从而增强图形的真实感。
二维纹理映射原理
根据物体表面的顶点坐标和纹理坐标，计算出每个像素点对应的纹理坐标，从而确定像素点的颜色值。
二维纹理映射实现方法
使用OpenGL中的纹理映射函数，将纹理图像映射到物体表面。
三维纹理映射技术
三维纹理坐标
定义在三维空间中的坐标，表示纹理图像上的位置。

计算机图形学课件地质大学第一章概述

场并成为主流，如IBM－PC、苹果机等微机和Apollo、Sun
等工作站。
▪ 80年代，是计算机图形系统迅速推广应用的年代。 ▪ 计算机图形软件功能开始部分地由硬件实现，
尤其是微机的大面积推广，进一步拓宽了图形学的研究和应用，三维计算机图形学的国际标准PHIGS 和GKS－3D的颁布，为研制通用的图形系统提供了良好的基础。 ▪ 90年代，随着多媒体概念的提出 ▪ 计算机图形学已成为计算机系统必不可少的一个组成部分，并且迅速投入使用中。同时，随着面向对象的程序设计语言的发展，也提出了面向对象的计算机图形系统。 ▪ 作为计算机图形系统的一个重要组成部分—— 图形显示器，随着计算机图形学的确立和发展也经历了从矢量显示器、存储管显示器到光栅显示器的发展过程。
▪ 三、地理信息系统与制图
▪ 地理信息系统是建立在地理图形之上的关于人口分布、矿藏分布、森林覆盖、土地利用、旅游资源、海洋地理、地形地貌、山川河流分布、区域规划、城市交通、管线管网等综合信息管理系统。
▪ 目前，它在发达国家中已得到广泛应用，我国也对其开展了广泛的研究与应用，全国数十所高校也纷纷设置地理信息系
▪
在办公自动化方面，各国都非常重视。办公自动化系统
可以从联网的数据库中，取出所需要的数据，用清晰明了的
图表在屏幕上显示或在打印机、绘图仪上输出。
▪ 五、虚拟现实系统 ▪ 虚拟现实又称为虚拟环境，是指由计算机实时
生成一个虚拟的三维空间。这个空间可以是小到分子、原子的微观世界，或是大到天体的宏观世界，也可以是类似于真实社会的生活空间。用户可以在这个三维空间中“自由”地走动，随意地观察，并可以通过一些特殊的设备与所处的虚拟景物进行交互操作。 ▪ 交互是多通道的、自然的，用来传递的信息可以是某个操作、一个手势、一个眼神，也可以是一个表情等。在此环境中，用户看到的是由计算机生成的逼真图像，听到的是虚拟环境中的声音，身体可以感受到虚拟环境所反馈的作用力，由此产生身临其境的感觉。

计算机图形学第一讲课程介绍精品PPT课件

课程内容介绍
1 Graphics Systems and Models - Overview of the field - Image formation as cameras - Modeling-Rendering Paradigm
2 Graphics Programming - Introduction to programming with OpenGL
如何查找资料Βιβλιοθήκη • 北大图书馆数据库 • IEEE • Web of Science • ACM
计算机图形学讲义－1
计算机图形学
更新时间*
计算机图形学讲义－1
课程介绍
计算机图形学：用计算机构造和显示图形。计算机图形学研究利用计算机产生图形和显示图形，它包括对要产生图形的物体的描述（建模或几何描述），对图形数据的管理和操作（数据结构和图形变换），图形的生成，显示和输出。在交互式的图形系统中，还包括研究图形的输入和图形操作的人机接口。 [HB]
计算机图形学讲义－1
• 编程技能：Ｃ，或C＋＋语言，或其它语言。以C语言为主。
• 本课程将使用OpenGL图形库，同学可使用任何语言来调用OpenGL的函数完成作业。例子均采用glut，将讲解如何使用 glut来编写OpenGL的程序以及在 Windows环境下如何编译程序。
计算机图形学讲义－1
[EA] 为教材和参考文献索引，以下同此。
计算机图形学讲义－1
参考书
• [F1] J. D. Foley, A. van Dam: Introduction to Computer Graphics，机械工业出版社，2004年影印版。
• [F2] J. D. Foley, A. van Dam, S. K. Feiner and J. F. Hughes, Computer Graphics, principles and practice.机械工业出版社，2002年影印版。

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1958年，美国Calcomp公司由联机的数字记录仪发展成滚筒式绘图仪，GerBer公司把数控机床发展成为平板式绘图仪
50年代末期，MIT的林肯实验室在“旋风” 计算机上开发SAGE空中防御体系
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60年代
1962年，MIT林肯实验室的I. E. Sutherland 发表了一篇题为“Sketchpad：一个人机交互通信的图形系统”的博士论文--确定了交互图形学作为一个学科分支
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80年代
1980年Whitted提出了一个光透视模型Whitted模型，并第一次给出光线跟踪算法的范例，实现Whitted模型
1984年，美国Cornell大学和日本广岛大学的学者分别将热辐射工程中的辐射度方法引入到计算机图形学中
图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发展
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90年代
计算机图形技术
yuli110@ 1205
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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教材和参考书
主要参考书：
吴宾、段海波、薛凤武译，《OpenGL编程权威指南》，中国电力出版社，2001.8
NeHe的OpenGL教程 /default.asp 周炜的NeHe中文教程 /DancingWind/
OpenGL(SGI) Direct3D (Microsoft) Xlib（X-Window系统） Adobe公司Postscript
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计算机图形学的应用及研究前沿
计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 可视化(Visualization) 真实感图形实时绘制与自然景物仿真计算机动画用户接口(User Interface) 计算机艺术
数据模
模型变换（计算几何）
像模型（特征）提取型
（计算机视觉，模式识别）
发展特点：交叉、界线模糊、相互渗透
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一个典型的图形生成过程
3D Scanning Interactive
Gemetric Modeling
Model Libraries Displacement Mapping
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图形学过程：绘制(Rendering)
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计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）
CAD/CAM是计算机图形学在工业界最广泛、最活跃的应用领域
飞机、汽车、船舶的外形的设计发电厂、化工厂等的布局土木工程、建筑物的设计电子线路、电子器件的设计设计结果直接送至后续工艺进行加工处理，
如波音777飞机的设计和加工过程
存储为磁盘文件
电影胶片记录视频记录打印
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计算机图形学的3大主题
modeling + Rendering + Animation
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计算机图形学发展的历史回顾
历史追溯硬件发展
图形显示器的发展图形输入设备的发展
图形软件及软件标准的发展
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50年代
1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风I号（Whirlwind I）计算机的附件诞生了
变换(Transformation) 裁减(Clipping) 投影(Projection) 图像生成
光照明模型(Illumination Model) 物体材质属性纹理信息(Texture)
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图形学过程：图像显示与存储
硬件帧缓存(Hardware Framebuffer):控制三色电子枪发射的电子束强度
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根据处理技术不同，图形可以分为
线框图形：基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等
真实感图形：利用计算机生成像照片一样真实的图形
场景表示：曲线曲面造型、实体造型光照模型：光源、纹理、材质
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奥迪汽车效果图和线框图
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与相关学科的关系
图像生成（计算机图形学）
数图像变换字（图像处理）图
计算机图形学之父 1983年获Coons奖 1988年获图灵奖
1962年，雷诺汽车公司的工程师 Pierre Bézier 提出Bézier曲线、曲面的理论
1985年获Coons奖
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70年代
光栅图形学迅速发展区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念、及其相应算法纷纷诞生
图形软件标准化 1974年，ACM SIGGRAPH的与“与机器无关的图形技术”的工作会议 ACM成立图形标准化委员会，制定“核心图形系统”（Core Graphics System） ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS
微机和软件系统的普及使得图形学的应用领域日益广泛。标准化、集成化、智能化多媒体技术、人工智能、科学计算可视化、虚拟现实三维造型技术
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图形软件标准
第一个官方标准，1977 GKS (Graphics Kernel System)
一些非官方图形软件，广泛应用于工业界，成为事实上的标准
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70年代
真实感图形学 1970年，Bouknight提出了第一个光反射模型 1971年Gourand提出“漫反射模型＋插值” 的思想，被称为Gourand明暗处理 1975年，Phong的简单光照模型- Phong模型
实体造型技术英国剑桥大学CAD小组的Build系统美国罗彻斯特大学的PADL-1系统
期中成绩（20%）期末成绩（50%）
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身边的计算机图形学－电影
6
身边的计算机图形学－游戏
目前图形硬件发展的动力所在
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什么是计算机图形学
计算机图形学:Computer Graphics, CG
研究如何利用计算机表示、生成、处理和显示图形的学科
图形通常由点、线、面、体等几何属性和颜色、纹理、线型、线宽等非几何属性组成
清华大学计算机系计算机图形学基础课程主页 /course/
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如何学习本课程？
以课件、教材为主线勤于实践；利用网络资源；
课程中心
熟练OpenGL；随时接受CG的新思想和新进展
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本课程的考核方式
平时成绩（30%）课堂提问+书面作业+上机实验成绩