计算机图形学导论

第一章导论1孔令德.计算机图形学基础教程（Visual C++版）〔M〕.北京：清华大学出版社，2008孔令德.计算机图形学实践教程（Visual C++版）〔M〕.北京：清华大学出版社，2008孔令德.计算机图形学基础教程（Visual C++版）习题解答及编程实践〔M〕.北京：清华大学出版社，2010孔令德.计算机图形学课程设计教程（Visual C++版）〔M〕.北京：北京大学出版社，2010 参考文献2计算机图形学的应用领域计算机图形学的概念计算机图形学的相关学科Ivan E.Sutherland对计算机图形学的贡献光栅扫描显示器工作原理位面与帧缓冲器三维图形显示技术LOD与IBR热点技术本章学习目标31.1 计算机图形学的应用领域1.2 计算机图形学的概念1.3 计算机图形学的相关学科1.4 计算机图形学的确立与发展1.5 图形显示器的发展及其工作原理1.6 图形软件标准的形成1.7 计算机图形学研究的热点技术1.8 本章小结本章内容41.1 计算机图形学的应用领域“CG”是计算机图形学（Computer Graphics）的缩写。

计算机图形学是计算机技术与电视技术、图形图像处理技术相互融合的结果。

近年来，计算机图形学已经在游戏、电影、科学、艺术、商业、广告、教学、培训和军事等领域获得了广泛的应用。

5计算机游戏的核心技术来自于计算机图形学，如多分辨率地形、角色动画、天空盒、碰撞检测、粒子系统等。

人们学习计算机图形学的一个潜在目的就是从事游戏开发。

计算机游戏主要包括单机游戏、网络游戏和网页游戏等几种类型。

由Eidos公司推出的《古墓丽影》动作冒险系列游戏，成功地创造了虚拟人物劳拉（Lara Croft）和各种三维场景。

《古墓丽影》凭借巧妙的机关、逼真的动作，美丽的画面赢得了人们的喜爱，开创了三维动作冒险游戏的新纪元。

1.1.1 计算机游戏(Computer Game)6古墓丽影游戏截屏图7历代劳拉形象对比图891011计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）和计算机辅助制造（Computer Aided Manufacture，CAM）是计算机图形学最早应用的领域，也是当前计算机图形学最成熟的应用领域，典型的代表产品为AutoCAD系统软件。

计算机图形学教案一、课程简介计算机图形学是一门涉及计算机图形、图像处理和计算机视觉等领域的重要课程。

本课程将介绍计算机图形学的基本概念、原理和应用，帮助学生掌握计算机图形学的基础知识，并提升他们在图形学领域的技能。

二、课程结构1. 计算机图形学基础- 介绍计算机图形学的历史发展和基本概念- 讨论计算机图形学的应用领域和未来发展趋势- 熟悉图像处理、图形学渲染和动画等基本技术2. 图形系统建模- 学习三维图形对象的建模和表示方法- 掌握光栅化和矢量化图形处理技术- 讨论图形系统的设计和实现3. 计算机视觉- 理解视觉系统的基本原理和功能- 学习计算机视觉的算法和应用- 探讨计算机视觉在人工智能领域的应用4. 图形学编程实践- 深入学习图形学编程语言和库- 完成实际项目，提升图形学编程能力- 探索图形学在多领域的应用案例三、教学目标1. 帮助学生全面了解计算机图形学的基本知识和技术2. 培养学生分析和解决计算机图形学问题的能力3. 提升学生在图形学领域的实际操作和应用能力4. 激发学生对计算机图形学研究的兴趣和热情四、教学方法1. 理论讲解：通过课堂讲解、案例分析等方式，向学生介绍计算机图形学的基本概念和原理2. 实践操作：组织学生参与实验、项目等实际操作，巩固理论知识并提升实践能力3. 课堂互动：鼓励学生提问、讨论，促进师生间的互动和交流4. 作业考核：布置不同形式的作业，检测学生对知识的掌握情况，促进学习效果的提升五、教材参考1. 《计算机图形学导论》2. 《OpenGL图形与游戏开发实践》3. 《计算机视觉：算法与应用》4. 《经典图形学算法实例详解》六、学习评价1. 课堂表现：出勤情况、课堂参与度等2. 作业考核：课后作业、实验报告等3. 期末考核：闭卷考试、项目实践等4. 综合评价：综合考虑以上因素，对学生进行综合评定七、总结计算机图形学作为一门新兴的学科，正逐渐成为信息技术领域的热门专业之一。

8）Virtual Reality
是用计算机技术来生成一 个逼真的三维视、听、触 等感觉世界，让用户可以 从自己的视点出发，利用 自然的技能和某些设备对 这一生成的虚拟世界客体 进行浏览和交互考察，如 战斗机驾驶模拟系统等
Elumens’ VisionStation™
Mars data visualization
E.g., if we reverse our mapping above and make 10 = white and 0 = black, the image would look like this:
Pixel information from one image can be copied and pasted into another, replacing or combining with previously stored pixels
3) 建模（image, model creation） 坐标系统 数据生成 几何-观察变换 裁剪-消隐 颜色纹理 光照阴影 绘制
1.1 计算机图形学应用
1.1 计算机图形学应用
Frame from animation by William Latham, shown at SIGGRAPH 1992. Latham uses rules that govern patterns of natural forms to create his artwork.
1.2 图形学基本概念
计算机图形学定义 计算机图形学的研究内容
What is Computer Graphics? (1/2)
Computer graphics generally means creation, storage and manipulation of models and images

大一上学期末计算机图形学导论课程重点整理计算机图形学导论课程是大一上学期的一门重要课程，通过学习这门课程，可以使学生们初步了解计算机图形学的基本概念、原理和应用。

本文将对大一上学期末计算机图形学导论课程的重点内容进行整理，帮助同学们更好地复习和总结知识。

一、图形学基础知识1. 图形学概述计算机图形学是研究计算机在图像产生、处理、存储和显示等方面的科学和技术。

包括二维图形和三维图形。

2. 图形学的发展历程从二维向三维发展的历程，包括硬件和软件技术的进步。

3. 计算机图形学的应用领域包括动画、游戏、虚拟现实、影视特效等领域。

二、图形学基本原理1. 坐标系统二维坐标系统和三维坐标系统的区别和联系。

2. 图元的表示点、线、面元素的表示方法，以及颜色、光照等基本属性的处理。

3. 绘图算法直线生成算法、圆弧生成算法等常用绘图算法的原理和实现。

4. 变换和投影二维、三维图形的平移、旋转、缩放等基本变换，透视投影、正交投影等投影方式。

三、图形学基本技术1. 光栅化技术将几何图元映射到屏幕上的光栅化过程。

2. 图像处理基础包括图像的采样、量化、编码等基本处理。

3. 图形学算法面向对象的图形学算法、图像处理算法的设计和实现。

4. 图形学软件工具常用的图形学软件工具及其基本操作。

四、计算机图形学的发展趋势1. 虚拟现实技术虚拟现实技术在计算机图形学中的应用和发展。

2. 人工智能和图形学的融合人工智能技术对计算机图形学的影响和促进作用。

3. 图形处理技术的发展图形处理芯片、图形处理算法等新技术的发展趋势和前景。

以上便是大一上学期末计算机图形学导论课程的重点内容整理，希望同学们通过复习和总结，能够更好地掌握这门课程的知识，取得优异的成绩。

图形学复习大纲计算机图形图像学复习大纲：第一章1.关于计算机图形学的含义（填空、选择、判断）2.关于图形分类及举例3.关于图形的表示方法（两种）<概念、区别>4.图形与图像的区别5.图形学的另一种解释6.阴极射线管组成（五部分）7.什么是分辨率及特性8.习题3（图形、图像含义）第二章1.什么是CDC类（P31下）设备上下文对象的基类2.例2.4、例2.5（P35、P38）第三章1.什么是直线的扫描转换2.程序：利用中点Bresenham绘直线第四章1.多边形定义及分类，三种。

（P73）2.多边形表示方法有哪两种（顶点、点阵）及其概念3.什么是多边形扫描转换4.什么是多边形填充5.有效边表填充原则（下闭上开、左闭右开）6.什么是有效边、有效边表7.分析题：分析某个多边形关于某条扫描线的有效边表8.什么是桶表（又名边表）9.什么是边缘填充？[P80]10.什么是种子填充算法？11.什么是四/八邻接点（连通域）。

简答第五章二维变换和裁剪1.什么是图形几何变换？分为几种？2.什么是（规范化）齐次坐标？点的表达式3.三维变换矩阵的形式，和子矩阵功能：T1、T2、T3、T4形式、作用4.二维图形基本几何变换5.什么是平移（比例）变换，概念和过程？6.如何使用比例变换改变图形形状（P92中）7.什么是旋转变换（概念、结论）8.什么是反射变换（概念、3个结论矩阵）9.错切变换（概念）10.例1、例2（P95、97）11.什么是用户、观察、设备、规格化设备坐标系12.窗口、视区的关系，概念13.什么是裁剪、算法原理14.习题1.2.4（P106）第六章三维变换和投影1.三维几何变换矩阵2.平移、比例矩阵3.什么是平行投影，特点和分类？4.什么是三视图、哪三个，加以区分5.透视投影的特点6.什么是透视投影、视心、视点、视距7.透视变换坐标区包含3个（区别）8.什么是灭点、性质是什么？P1259.什么是主灭点、性质？10.什么是一、二、三点透视第七章自由变换曲线和曲面1.什么是样条曲线/面2.曲线曲面的表示形式3.什么是拟合、逼近4.什么是Bezier曲线及性质？P1375.一次、二次、三次Bezier的形状？6.Bezier性质（简答）第九章动态消隐1.什么是消隐？P1872.什么是图形的几何信息、拓扑信息？3.线框、表面实体模型的区别4.什么是消隐图5.消隐算法分类6.隐线算法原理（简答）7.隐线算法的特性8.凸面体的性质第十章真实感图形1.什么是颜色2.颜色的三要素和概念3.三刺激理论4.三原色性质5.常用颜色模型6.灰度和彩色的区分7.颜色渐变的方法8.关于直线的渐变9.三角形颜色渐变10.什么是材质第一章导论1.关于计算机图形学的含义（填空、选择、判断）？计算机图形学是一种使用图形生成原理和算法将二维或三维图形转化为光栅化的计算机显示的学科。

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。

电影特效中的计算机图形学
3D建模与贴图
利用计算机图形学，电影制作人员可以 创建逼真的3D场景和角色模型，为电 影添加视觉效果。
合成与渲染
利用计算机图形学技术，电影中的多 个特效和场景可以合成在一起，并通
过渲染得到最终的视觉效果。
特效制作
通过计算机图形学，电影中的特效如 火、水、烟雾等得以实现，增强电影 的视觉冲击力。
计算机图形学概述分析 课件
目录
Contents
• 计算机图形学简介 • 计算机图形学基础知识 • 计算机图形学关键技术 • 计算机图形学应用案例 • 计算机图形学未来发展
01 计算机图形学简介
定义与概念
定义
计算机图形学是研究使用计算机生成 和操作图形的科学。
概念
通过编程技术，将数据转化为图像并 在屏幕上显示。
发展历程
起步阶段
20世纪50年代，计算机图形学开始起步，主要应用于科学可视化 。
发展阶段
20世纪80年代，随着个人电脑的普及，计算机图形学在娱乐、广 告等行业得到广泛应用。
成熟阶段
21世纪初，随着计算机硬件和软件技术的飞速发展，计算机图形 学在电影制作、游戏设计等领域达到高峰。
应用领域
电影与游戏制作
增强。
02 计算机图形学基础知识
图像表示与处理
01
02
03
图像数字化
将连续的图像转换为离散 的像素集合，便于计算机 处理。
图像编码与压缩
通过特定的算法对图像数 据进行压缩，以减少存储 空间和传输时间。
图像增强
通过各种技术改善图像的 视觉效果，如对比度增强 、噪声去除等。
颜色理论与空间
RGB颜色模型
将三维场景转换到二维屏幕上的过程 ，涉及到颜色、光照和纹理等细节的 处理。

计算机图形学的研究动态
□ 科学计算可视化 运用计算机图形学和图像处理技术，将科
学计算过程中及计算结果的数据转换为图形及 图像在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论、 方法和技术。
计算机图形学的研究动态
□ 并行图形处理 ■ 多计算机的并行图形处理 ■ 多图形显示子系统（显卡）实现并行计算 ■ 多GPU/VPU的并行处理
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
课程特点
课程内容偏重于理论，部分算法较抽象且不易 理解
课程内容涉及面广 基础算法或理论是几十年来固定不变的经典 理论的作用隐藏于日常的计算机使用中，虽然
Sutherland发表了一篇题为“Sketchpad：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”。
计算机图形学的确立
发展期（70年代） ■ 计算机图形处理技术进入实用化阶段； ■ 区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念及
算法； ■ 真实感图形学和实体造型技术；
□ 办公自动化和电子出版技术 ■ 图形显示技术在办公自动化和事务处理中的 应用，有助于数据及其相互关系的有效表达， 因而有利于人们进行正确的决策； ■ 图文并茂的电子排版系统代替了传统的铅字 排版，这是印刷史上的一次革命。
计算机图形学的应用
□ 计算机艺术 计算机图形技术已广泛应用于各种图案、
花纹、工艺外形及传统的油画、中国国画和书 法等艺术品的制作，为创作艺术和商品艺术提 供了更为广阔的空间。
第一章 绪论
计算机图形学的概念 计算机图形学研究的对象 计算机图形学的应用 计算机图形学的研究动态

计算机图形学的基础理论与算法计算机图形学是研究如何利用计算机来生成、显示和处理图像的学科。

它涵盖了很多基础理论和算法，本文将详细介绍计算机图形学的基础理论和算法，并分点列出内容。

以下为详细步骤：1. 背景介绍- 简要介绍计算机图形学的定义和应用领域- 引出图形学的基础理论和算法的重要性2. 基础理论2.1. 数学基础- 向量和矩阵运算的基本概念和公式- 坐标转换和变换矩阵的原理和应用- 齐次坐标和透视投影的概念和计算方法2.2. 几何学基础- 点、线、面的描述和表示方法- 几何变换（平移、旋转、缩放）的理论和计算方法- 几何运算（交点、重合、距离等）的基本原理和算法3. 图形生成算法3.1. 点、线、面的生成算法- DDALine算法：基于斜率的直线生成算法- BresenhamLine算法：基于整数运算的直线生成算法- MidpointCircle算法：中点画圆算法3.2. 曲线和曲面的生成算法- Bezier曲线：控制点和插值基函数的概念和计算方法 - B样条曲线：节点矢量和基函数的定义和计算方法- 曲面生成算法：基于曲线的旋转、细分等方法4. 光栅化和填充算法- 图形的光栅化原理和步骤- 扫描线填充算法：处理凸多边形和凹多边形的填充算法 - 边界填充算法：处理带洞多边形的填充算法- 区域填充算法：处理具有复杂形状的区域填充算法5. 三维图形学5.1. 三维坐标和投影- 世界坐标、视觉坐标和屏幕坐标的转换方法- 透视投影和正交投影的概念和计算方法5.2. 三维变换和可视化- 平移、旋转、缩放、镜像等三维变换的理论和计算方法 - 数据可视化的基本原理和算法6. 图像处理和渲染- 图像处理的基本概念和方法：滤波、边缘检测、色彩转换等- 图像渲染的基本概念和方法：光照、阴影、纹理映射等7. 应用实例- 介绍一些计算机图形学在实际应用中的案例，如计算机游戏、虚拟现实、动画制作等- 引出计算机图形学的发展趋势和挑战总结：通过本文详细介绍了计算机图形学的基础理论和算法，包括数学基础、几何学基础、图形生成算法、光栅化和填充算法、三维图形学、图像处理和渲染等方面的内容。

计算机图形学第一章计算机图形学概论（4）【计算机图形学定义】计算机图形学是研究计算机图形的表示、生成、处理、显示的学科。

计算机图形学是计算机科学中最为活跃、得到广泛应用的分支之一。

1982年国际标准化组织（ISO）的定义：计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。

它是建立在传统的图学理论、应用数学和计算机科学基础上的一门边缘学科。

IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电气及电子工程师学会）定义：Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer.计算机图形学是借助计算机产生图形影像的一门艺术或科学。

美国的James Foley在其著作中定义：计算机图形学是运用计算机描述、输入、表示、存储、处理（检索/变换/图形运算）、显示、输出图形的一门学科。

【图形和图像】图形（Figure、Graphic）：是构成图像的要素，表示图像中的某一个具体形状。

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。

图形主要分为两类：基于线条信息表示；明暗图（Shading）。

图形是指用计算机绘制工具绘制的画面，包括直线、曲线，圆/圆弧，方框等成分。

图形一般按各个成分的参数形式存储，可以对各个成分进行移动、缩放、旋转和扭曲等变换，可以在绘图仪上将各个成分输出。

图像（Image）：绘图、照片、影像的总称。

图像纯指计算机内以位图（Bitmap）形式存在的灰度信息。

图像是由输入设备捕捉的实际场景或以数字化形式存储的任意画面。

图像可以用位图或矢量图形式存储。

数字图像（Digital Image）【计算机图形学的研究对象】图形：能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象，包括自然景物、拍摄到的图片、用数学方法描述的图形等等。

计算机图形学理论计算机图形学理论计算机图形学理论是一门研究计算机生成、处理和显示图像的学科。

它涉及三维图像的建模、渲染和动画等方面的理论和技术。

计算机图形学的发展可以追溯到20世纪60年代，随着计算机技术的不断进步和应用领域的不断拓展，它逐渐成为计算机科学的重要分支之一。

在计算机图形学理论中，最基本的概念是图像的表示。

图像可以通过像素点阵的方式来表示，每个像素点具有颜色和位置信息。

图像的表示方式可以是二维的，也可以是三维的。

对于二维图像来说，常用的表示方法有光栅化和向量图等。

光栅化是将图形转化为像素点的方法，而向量图则是通过几何图形的方式表示图像。

在图像的生成过程中，三维图像的建模是一个关键的环节。

三维图像的建模包括几何建模和物理建模两个方面。

几何建模主要涉及物体的形状和结构，可以通过多边形网格、曲线和曲面等方式进行表示。

而物理建模则是模拟物体的材质、光照和运动等物理特性，使得生成的图像更加真实。

图像的渲染是将三维模型转化为二维图像的过程。

渲染技术可以分为实时渲染和离线渲染两种。

实时渲染主要用于计算机游戏和虚拟现实等需要实时交互的应用，它需要在有限的时间内生成图像。

离线渲染则主要用于电影和动画等需要高质量图像的应用，它可以耗费较长时间来生成图像。

除了图像的生成和渲染，计算机图形学还涉及图像的处理和分析。

图像处理可以对图像进行滤波、增强和压缩等操作，以改善图像的质量和节省存储空间。

图像分析则是从图像中提取有用的信息，如边缘检测、目标识别和运动跟踪等。

计算机图形学理论的研究对于计算机图形学的应用具有重要的价值。

它可以使得计算机生成的图像更加真实和逼真，提供更好的视觉效果。

同时，它也为计算机辅助设计、虚拟现实、医学图像处理和游戏开发等领域提供了基础理论和技术支持。

总之，计算机图形学理论是一门研究计算机生成、处理和显示图像的学科，它的发展与计算机技术的进步和应用领域的拓展密切相关。

通过研究图像的表示、建模、渲染、处理和分析等方面的理论和技术，可以为计算机图形学的应用提供支持，使得计算机生成的图像更加真实和逼真。

计算机图形学的发展历程
1960年代
出现了基于图形的计算机绘图 系统，如Sketchpad。
1980年代
随着个人电脑的普及，计算机 图形学进入家庭和商业领域。
1950年代
计算机图形学的萌芽期，出现 了基于文本的简单绘图程序。
1970年代
出现了三维图形系统和光线追 踪渲染技术。
1990年代至今
计算机图形学在游戏、电影、 虚拟现实等领域得到广泛应用 和发展。
工业设计实践
3D建模与渲染
学习使用工业设计软件（如SolidWorks、 Autodesk Inventor等）进行3D建模和渲染。
设计可视化
学习将工业设计成果进行可视化展示，提高设计 表现力。
ABCD
工程分析与优化
运用工程分析工具对设计进行仿真和优化，提高 产品性能。
产品发布与推广
了解产品发布与推广流程，将设计成果推向市场 。
计算机图形学涉及的领域包括几何建 模、渲染、图像处理、动画和人机交 互等。
计算机图形学的应用领域
游戏开发
游戏中的图形效果和动画需要计算机图形学 的支持。
电影和动画制作
电影特效和动画制作中，计算机图形学用于 创建逼真的场景和角色。
建筑设计
计算机图形学用于创建建筑模型和可视化效 果图。
科学可视化
计算机图形学用于将复杂的数据以可视化的 形式呈现，如气象数据、医学图像等。
颜色模型与空间
总结词
颜色模型与空间是计算机图形学中用于描述和表示颜色的重要工具，不同的颜色模型适用于不同的应用场景。
详细描述
常见的颜色模型包括RGB、CMYK、HSV等。RGB模型基于红、绿、蓝三种基本颜色，适用于屏幕显示和数字图 像。CMYK模型基于青、品、黄、黑四种颜色，适用于印刷和出版。HSV模型则基于色调、饱和度和亮度三个维 度，更接近人眼对颜色的感知。

孔斯曲面。法国雷诺公司的贝赛尔（P.Bezier）也提出了Bezier曲
线和曲面，他们被称为计算机辅助几何设计的奠基人。
•
70年代是计算机图形学发展过程中一个重要的历史时
期，计算机图形技术的应用进入了实用化的阶段，交互式图形系
统在许多国家得到应用；许多新的更加完备的图形系统不断被研
制出来。除了在军事上和工业上的应用之外，计算机图形学还进
次使用了“计算机图形”（Computer Graphics）这
个术语。此论文指出交互式计算机图形学是一个
可行的、有用的研究领域，从而确立了计算机图
形学作为一个崭新的学科分支的独立地位。
•
1964年，孔斯（S.Coons）提出了用小块曲面片组合表
示自由曲面，使曲面片边界上达到任意高阶连续的理论方法，称
•
1．以大型机为基础的图形系统
•
2．以中型或小型机为基础的图形系统
•
3．以工作站为基础的图形系统
•
4．以微机为基础的图形系统
2.2 图形硬件设备
•2.2.1图形显示设备
•1．阴极射线管（CRT）
• 最大偏转角 • 余辉时间 • 刷新 • 刷新频率
• 2．彩色阴极射线管（彩色CRT）
• 电子束穿透法 • 荫罩法
• 常用概念：
• 图像刷新 • 行频、帧频 • 逐行扫描、隔行扫描 • 像素 • 分辨率 • 点距 • 显示速度 • 帧缓冲存储器（帧缓存、显示存储器） • 色彩与灰度等级 • 颜色查找表
• 6．液晶显示器（Liquid-Crystal Display）
• 可视角度 • 点距和分辨率
• 7．等离子显示器
•
6．科学计算可视化
第2章 图形系统

前言第一部分人机交互第1章 引言第2章 计算机接口第3章 计算机图形计算机图形学是研究怎样用数字计算机生成、处理和显示图形的一门学科。

它所涉及到的图形包罗万象、来源广泛，包括虚拟现实、科学计算、三维动画、军事仿真和娱乐艺术等。

由于电脑游戏和电影特效的广泛普及，计算机图形学越来越受到各行各业的广泛关注。

随着计算机图形软硬件系统的不断发展，每年都有大量新技术从学术界和工业界中不断的涌现。

然而，计算机图形学最基本的原理和方法，却保持着稳定和连贯。

本章将计算机图形学的一些基本理论和方法组织起来，通过阅读使读者从只会编写简单程序的水平，提高到能够自行设计并编写出优质图形学程序的水平。

3.1 计算机图形硬件系统计算机系统中显示计算机图形的硬件设备包括显示器和打印机，显示图形的处理则与显卡密切相关。

在交互式图形设计与显示中，输入设备如鼠标、键盘、写字板、数据手套、操纵杆和跟踪球等，可以让用户在计算机所描述的空间中（不仅仅是二维的屏幕，还包括三维虚拟空间）指向特定方位并绘制图形。

鼠标、键盘等二维输入设备在本书第二章中有详细论述。

这里我们简要介绍显示器、显卡和三维输入设备。

I3.1.1 电脑显示器个人电脑上广泛使用光栅显示系统，它以离散的矩形单元（称为像素）为显示单位，显示的屏幕可以表达为由若干行（如1280行）和若干列（如1024列）构成的像素矩阵。

屏幕的分辨率定义为1280×1024像素。

图像以点阵的形式存储在帧缓冲器中，存贮单元的矩阵位置与屏幕上的物理位置保持一致，如屏幕上（200，200）位置的像素值存贮在帧缓冲器存储单元mem[200][200]中。

系统在整个帧缓冲器中扫描图像，每个像素值只被扫描一次并显示在屏幕对应的位置上。

光栅显示系统常用的显示器包括CRT显示器和LCD显示器。

CRT显示器按照显像管类型大致可以分为球面、平面直角、柱面、纯平面等几种。

CRT的工作原理是电子枪通电发热后激发出电子束，打在荧光屏上使荧光粉发光。

计算机图形学的基本理论计算机图形学是一门研究计算机如何生成、处理和显示图形的学科。

它的应用涵盖了游戏、动画、电影、虚拟现实、计算机辅助设计等多个领域。

计算机图形学的基本理论包括三维图形学和二维图形学，这两个领域有很多共同的基础理论。

一、坐标系统计算机图形学中使用的坐标系统有两种，分别是二维坐标系统和三维坐标系统。

二维坐标系统通常使用笛卡尔坐标系，其中 x轴表示水平方向，y 轴表示垂直方向。

而三维坐标系统则需要使用更复杂的空间上的坐标系，其中除了 x、y 轴之外还需要加入 z 轴，用于表示深度。

在三维坐标系中，也常常使用三维向量来表示点的位置和方向。

二、几何变换几何变换是指通过对图形的位置、大小、姿态等属性进行变换来改变图形的形状或位置。

通常在计算机图形学中使用的基本几何变换有平移、旋转、缩放和剪裁。

几何变换的核心在于矩阵平移、旋转和缩放，其中矩阵是一种能够描述线性变换的工具。

在计算机图形学中，可以将计算机上的坐标与矩阵进行运算，从而实现对图形的几何变换。

三、光照模型光照模型是计算机图形学中一个非常重要的概念。

在三维图形学中，光照模型通常用于照明效果的渲染。

在计算机图形学中，通常使用三种光照模型，分别是环境光、漫反射和镜面反射。

环境光模型用于描述整个场景中的光照情况，而漫反射和镜面反射模型则用于描述在材质表面的反射现象。

四、纹理映射纹理映射是一种在计算机图形学中被广泛使用的技术。

它用于将一个图像映射到一个三维模型的表面上，从而达到更好的渲染效果。

通常，在纹理映射的过程中，会使用一张图像来描述表面的纹理和颜色等特性。

由于纹理映射可以在计算机图形学中实现非常细致的特效，因此它在游戏、动画和电影等领域中得到了广泛的应用。

总结在计算机图形学中，上述几个基本理论是非常重要的。

它们是计算机图形学的基础，对于任何一个想要学习计算机图形学的人来说，都是必须掌握的技能。

此外，在实际的应用中，这些基础理论也有着非常广泛的应用，可以帮助开发者实现更加生动、细致和逼真的图形效果，为用户带来更好的使用体验。