第1次课-计算机图形学基础

Chapter 1
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管理、经济和技术
• 绘制经济数据 的数学、物理 的2D或者3D图 形
• 数据走势图， 反应在时间维 数上的情况
第一章
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艺术和教育
• 教学活动
视频
• 艺术广告
蝉（线框图）
第一章 18
第一章 绪论
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
– 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 2018/10/27
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历史追溯
• 80年代
– 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。
–图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发展
• 90年代：
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 2018/10/27 15
• 教材：
教材或参考书：
• 陈锦昌，计算机图形学基础，华南理工大学出版社， 2009。
• 主要参考书：
• 机械CAD与仿真技术 ;哈尔滨工业大学出版 社 ,2000 • 3D数学基础图形与游戏开发，清华大学出版 社.2005 • OpenGL编程权威指南 ;中国电力出版社 2001 ; • 孙家广等，计算机图形学（第三版），清华大学出 版社，2002。
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历史追溯
• 70年代
– 图形软件标准化
• 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
– 真实感图形学
• Bouknight提出了第一个光反射模型、Gourand提 出“漫反射模型＋插值”的思想、Phong提出了著 名的简单光照模型
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• 图形与图象
– 图象纯指计算机内以位图(Bitmap)形式存 在的灰度信息。-Photoshop等软件制作。 – 图形含有几何属性，更强调场景的几何表 示，是由场景的几何模型和景物的物理属 性共同组成的。-Autocad等软件制作。
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• 图形学与CAD
1. 历史追溯
2. 硬件发展
图形显示器的发展
图形输入设备的发展
3. 图形软件及软件标准的发展
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历史追溯
• 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
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历史追溯
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（提出 基本交互技术、图元分层表示概念及数据结 构…)。
• 操纵杆：手柄通过一个球形轴 承半固定在底座上，在手柄运 动时带 动一对电位器或电脉冲 产生器,产生信号，控制屏幕上 的光标的运动.但精度不够杆， 因此一般不用来进行绝对坐标 的输入。 • 跟踪球：原理与操纵杆类似， 只是它 是右手直接推动一个球 在任意方向滚动，转换成信号， 进行图形控制。
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输入设备
第一章
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第一章 绪论
• 数据手套
应用
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一般工作过程
一般工作过程示意图
数据结构 应用程Hale Waihona Puke Baidu 图形子程序包
交互装置
主机
显示处 理器
输出通道
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Application
应用领域：
• • • • • • 管理、技术 艺术与教育 动漫、游戏 CAD/CAM 仿真 过程控制
– 1962年，MIT林肯实验室, I. E. Sutherland “Sketchpad：一个人机交互通信的图形系统” – Coons, “CAD”的概念，Coons曲面，Coons奖
• 图形学与模式识别
• 图形学与视觉
– 基于图像的绘制 – 基于视频的绘制
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1.2 发展历史
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• • • • • • • •
第1章 绪论 第2章 VB.NET绘图基础 第3章 基本图形、图案设计 第4章 图形变换及图形设计 第5章 曲线的程序设计 第8章 VB.NET动画技术 第9章 用VB.NET开发交互式CAD系统 第10章 VBA程序设计
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• • • • 飞机、汽车、船舶的外形的设计、反求和加工 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
特征数据、结构数据 图形
计算机图 形学
模式识别 计算机视觉
图象
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数字图象处理
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1 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。
– 图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形
生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形 计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动 画、自然景物仿真、虚拟现实等。
– 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。是建立在传统的 图学理论、应用数学及计算机科学基础上的 一门边缘学科。 – 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
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第一章 绪论
• 计算机图形学与传统 理论关系 ：
– – – – – – 计算几何 计算数学 微分几何 形态学 混沌学 小波理论
第一章 绪论
硬件发展
图形输入设备的发展
– 第一阶段：控制开关、穿孔纸等等 – 第二阶段：键盘 – 第三阶段：二维定位设备，如鼠标、光笔、 图形输入板、触摸屏等等，语音
– 第四阶段：三维输入设备（如空间球、数据 手套、数据衣），用户的手势、表情等等
– 未来发展：用户的思维
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操纵杆和跟踪球、数据手套
讲授内容
教学要求
• 了解图形学的基本问题，掌握图形学的 基本概念、方法与算法；
• 对与图形相关的应用及当前的研究热点 有一个初步认识； • 具有一定实践体会和相关的编程能力。
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第1章 绪论
1.1 基本概念 1.2 发展过程 1.3 应用领域
第一章
2
• 什么是计算机图形学？