工程硕士课程-计算机图形学-第1章

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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
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Graphics Lab.PKU
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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
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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
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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

计算机图形学第一章PPT课件

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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相关文本内容
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

计算机图形学课件

光照与材质的应用：实时渲染、离线渲染、混合渲染等
渲染技术：光栅化、光线追踪、纹理贴图等
动画技术：关键帧动画、骨骼动画、物理动画等
实时渲染：游戏、虚拟现实等应用场景
离线渲染：电影、动画等应用场景
计算机视觉：图像处理、模式识别、机器学习等
计算机视觉与图形学的关系：相互促进，共同发展
游戏：3D游戏、虚拟现实、增强现实
设计：建筑设计、工业设计、平面设计
地理信息：GIS、地图绘制
教育：在线教育、虚拟实验室
颜色模型：RGB、CMYK、HSV等颜色空间：RGB空间、HSV空间等图像格式：JPEG、PNG、GIF等
图像压缩：有损压缩、无损压缩等图像处理：缩放、旋转、裁剪等图像渲染：光照、阴影、反射等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
图形学：几何建模、渲染、动画等
计算机视觉与图形学的应用：虚拟现实、增强现实、自动驾驶等
虚拟现实（VR）：通过计算机模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户视觉、听觉甚至触觉的模拟效果。
增强现实（R）：通过计算机技术将虚拟信息叠加到现实世界中，实现虚拟与现实的融合。
直线的绘制方法：DD算法、 Bresenhm算法等
曲线的绘制方法：贝塞尔曲线、 NURBS曲线等
直线与曲线的抗锯齿处理：超采样、MS等
直线与曲线的填充处理：扫描线填充、边界填充等
填充技术：单色填充、渐变填充、纹理填充等描边技术：线宽、线型、线色等填充与描边的结合：实现丰富的视觉效果应用领域：广告设计、游戏开发、网页设计等
图形硬件：包括显卡、显示器、输入设备等图形软件：包括图形操作系统、图形应用程序等图形处理单元（GPU）：专门用于处理图形数据的硬件图形处理软件：如Phoshop、Illustrr等，用于创建和编辑图形图像

计算机图形学第1章ppt课件

技术
计算机图形学
计算机视觉
试图从非图象形式的数据描述来生成
（逼真的）图象
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图象信号
数字图象处理
旨在对图象进行各种加工以改善图象
的视觉效果
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1.2 计算机图形学的发展
1.2.1计算机图形学的确立
▪酝酿期（50年代）
1946年，第一台电子计算机的问世推动了许多学科的发展和新学科的建立，其中就包括现代图形学技术。
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▪ 普及期（80年代）：
光栅图形CRT, PC, WS; 大量基于图像形的应用软件出现
– 出现了带光栅图形显示器的个人计算机和工作站。 – 光线跟踪算法和辐射度算法的提出，标志着计算
机真实感图形学的算法已经日渐成熟。
▪ 提高增强期（90年代）：
性能价格比的极大提高；标准化，集成化，智能化
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1950年，美国MIT用于空中防御系统研究的旋风1 号(Whirlwind I)计算机配备了阴极射线管(CRT)来显示一些简单的图形，它标志着交互式图形技术的诞
生。
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▪萌芽期（60年代）
1962年，美国MIT林肯实验室的Ivan.E.Sutherland发表了一篇题为"Sketchpad：第一个人-机通信的图形系统 " 的博士论文，其中首次使用了 “ Computer Graphics”术语。
把点阵法描述的图形叫做图象（Image）
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1.1计算机图形学的研究内容
▪ 计算机图形学（Computer Graphics）计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、

《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）

计算机图形学讲义课件第一章

Electronic Publication
随着微型计算机及桌上印刷设备的发展，计算机图形学及人机交互技术在办公自动化及电子出版系统中得到广泛的应用。昔日需要提交给专门的印刷机构出版的资料，现在可以在办公室内印刷了，办公自动化及电子出版系统可以产生传统的硬拷贝文本，也可以产生电子文本，包括正文、表格、图形及图象等内容。
路径探索
数字地球图片
HCI
HCI是设计、评估和执行交互计算机系统以及研究由此而发生的相关现象的 HCI是未来的计算机科学。我们已经花费了至少 50年的时间来学习如何制造计算机以及如何编写计算机程序。下一个新领域自然是让计算机服务并适应于人类的需要，而不是强迫人类去适应计算机。 ----Dan R. Olsen(CMU)
断路器操作盘
远程控制界面
医疗卫生方面
图形用户界面
介于人与计算机之间，人与机器的通信，人机界面（HCI）：软件＋硬件发展：由指示灯和机械开关组成的操纵界面→由终端和键盘组成的字符界面（80年代）→由多种输入设备和光栅图形显示设备构成的图形用户界面（GUI），（90年代）PC，工作站，WIMP(W-windows、I-icons、 M-menu、P-pointing devices)界面，所见即所得→VR 技术（发展方向）
CAD/CAM
图形学的主要应用领域之一建筑、机械结构和产品设计（结构分析和外形设计）、布局（各种管道，电子线路） AutoCAD, SolidWorks, Pro/E, UG, CATIA 实例需要用户绘制出对象的精确图形
计算机辅助设计软件
由计算机构造对象的线框图模型
实例：已绘制的图形如下
小结：概念与术语

计算机图形学_完整版 ppt课件

发展趋势：与信息技术、大数据、人工智能等新兴技术相结合，推动健康服务与管理的智能化、精细化发展
专业定位与目标
定位：培养具备公共管理、健康服务与管理专业知识和技能的人才
目标：提高公共管理水平，促进健康服务与管理领域的发展
培养目标：具备公共管理、健康服务与管理专业知识和技能，能够从事相关工作的人才
04
健康服务与管理专业能够促进医疗资源的合理配置和利用
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专业课程设置
核心课程
公共管理学
卫生信息管理
卫生服务人力资源管理
卫生服务领导力
健康服务与管理
卫生服务营销
卫生服务财务管理
卫生服务创新与变革
卫生经济学
卫生服务组织与管理
卫生服务战略管理
卫生服务研究方法
卫生政策与法规
卫生服务评估与质量管理
有效沟通
02
具备良好的团队协作能力，能够与团队成员共同
完成工作任务
03
具备良好的组织协调能力，能够协调和管理各种
资源
04
具备良好的学习能力，能够不断更新自己的知识
和技能
05
具备良好的心理素质，能够应对工作中的压力和
挑战
感谢您的观看
4
就业前景与职业发展
主要就业领域
1
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3
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5
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Hale Waihona Puke 政府部门：卫生、社保、医
保等
医疗机构：医健康管理机构：企业：人力资
院、诊所、康健康咨询、体源、员工健康
复中心等
检中心等
福利管理等
教育机构：高校、职业院校
等
科研机构：公共卫生、健康

计算机图形学(1-3章讲义汇总整理)

图形显示系统
图形显示系统是计算机图形处理系统中极其重要的部分。图形显示系统负责实时显示图形处理的中间或最终结果，为用户提供可视的工作界面等。PC 机的图形显示系统逻辑上是由监视器(Monitor，又称显示器)和显示卡(又称显示适配器)两大部分组成。目前显示器中主要包括阴极射线管(CRT)，液晶显示器(LCD)和等离子显示器(PDP)。
图形输入板与坐标数字化仪
图形输入板与坐标数字化仪两者的工作原理与功能完全相同，它们都是将图形转变成计算机能接收的数字量的专用设备。它们按工作原理的不同分为电磁式、超声波式、电位梯度式、机械式等多种。数字化仪往往具在定位、拾取、选择的功能，其主要性能指标有分辨率、精度和幅面。许多数字化仪提供多种压感。现在非常流行的汉字手写系统就是一种数字化仪。
光笔
光笔是一种手持检测光的装置，它直接在屏幕上操作，拾取位置。光笔原理简单，操作直观，但荧光屏的分辨率、电子束扫描速度、荧光粉的特性、笔尖与荧光粉的距离和角度等诸多因素都会影响光笔的分辨率与灵敏度。另外，光笔对于荧光屏上不发光的区域无法检测，也不能用于液晶、等离子体等类型的显示器。
触摸屏
触摸屏利用手指等对屏幕的触摸位置进行定位。按工作原理可以分为：电阻式、电容式、红外线式和声波表面波式。
计算机图形学的研究内容计算机图形学的定义
计算机图形学是利用计算机来建立、处理、传输和存储从某个客观对象抽象得到的几何和物理模型，并根据模型产生该对象图形输出的有关理论、方法和技术。1982 年，国际标准化组织 ISO 将计算机图形学定义为：研究用计算机进行数据和图形之间相互转换的方法和技术。
CRT 显示器
CRT 显示器由于分辨率和可靠性高、速度快、成本低等优点，多年来一直是图形显示系统中最重要的设备。CRT 显示器的工作方式分为随机扫描和光栅扫描两种方式，目前以光栅扫描方式为主，这是因为，虽然随机扫描图形显示器具有画线速度快、分辨率高等优点，但难以生成具有多种灰度和颜色且色调能连续变化的图形，而光栅扫描图形显示器却可以生成有高度真实感的图形，因而已成为 PC 机和 Macintosh 计算机以及各种工作站所使用的最重要的信息显示设备。

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。
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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。
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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。

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3. 随计算机科学技术的发展而发展
微型计算机，光栅图形显示器，多种多样的输入输出设备，……
§1.3 计算机图形学的应用
1. 图形用户化界面
(GUI,Graphical User Interface)
2. 交互式绘图
(Interactive Draft)
3. 计算机辅助设计/制造
(CAD/M,Computer Aided Design/Manufacturing)
4. 艺术与娱乐
(Art & Amusement)
5. 模拟与仿真
(Emulation & Simulation)
6. 计算机辅助教学
(CAI,Computer Aided Instruction)
7. 桌面排版系统与办公室自动化
(DTP & OA)
8. 多媒体
(Multimedia)
9. 地理信息系统
“ Sketchpad： A Man-Machine Graphical Communication System”中首次提出“Computer Graphics”这个术语。
“交互式计算机图形学”
2. 图形处理
从黑白到彩色，从线条到画面，从简单到复杂，从静态到动画，从示意图到真实感，从批处理到实时生成，……
三维计算机图形学
3D Computer Graphics
主讲: 教授
本课程教学内容
第一章绪论第二章计算机图形系统第三章二维图形生成技术第四章二维图形变换与裁剪第五章曲线与曲面第六章三维图形学
第一章绪论
计算机图形学与图象处理计算机图形学的发展史计算机图形学的应用计算机图形学的发展方向
(GIS,Geographic Information System)
10. 虚拟现实
(VR,Virtual Reality)
11. 科学计算可视化
(Visc,Visualization in Scientific Computing）
12. 网上三维
(3D Web)
几个图片示例
图案设计
建筑模拟
汽车曲面设计
§1.1 计算机图形学与图象处理
1.计算机图形学
是一门研究如何用计算机进行图形处理的学科。
2. 图象处理
是景物或图形的分析技术,包括图形增强、模式识别、景物分析和计算机视觉等。
计算机图形学与图象处理的区别与联
系
§1.2 计算机图形学的发展史
1. 创始人
1963年，美MIT（麻省理工学院）的 I.E.Sutherland（萨瑟兰德）的博士论文：
列车驾驶模拟
运动中的汽车变成奔跑中的老虎
图案设
计
建筑模拟
建筑模
拟
பைடு நூலகம்
汽车曲面设计
列车驾驶模拟
列车驾驶模拟
运动中的汽车变换成奔跑中的老虎
虚拟校园
§1.4 计算机图形学的发展方向
造型技术真实感生成技术人机交互技术实时图形生成技术
THE END