下载文档原格式
计算机科学中的计算机图形学计算机科学中的计算机图形学是一门研究计算机生成和处理图像的学科。
它涵盖了计算机图形学的基本原理、算法和技术，以及与图像相关的各种应用领域。
计算机图形学在现代科技中扮演着重要的角色，它不仅仅应用于电影、游戏和虚拟现实等娱乐产业，还广泛应用于医学、工程、设计和科学研究等领域。
计算机图形学的基础是数学和物理学。
通过数学模型和物理规律，我们可以描述和模拟现实世界中的光线、材质、形状和动作等元素。
这些元素构成了计算机图形学中的基本概念，如光照模型、渲染算法、几何变换和动画等。
通过这些基本概念，我们可以创建逼真的虚拟世界，并对其进行各种操作和分析。
计算机图形学的一个重要应用领域是计算机动画。
在电影和游戏中，计算机生成的特效和动画已经成为不可或缺的一部分。
通过计算机图形学的技术，我们可以模拟和渲染各种复杂的物体和场景，使其看起来栩栩如生。
例如，在电影《阿凡达》中，通过计算机图形学的技术，我们可以看到细致入微的植物、动物和人物，以及逼真的光照和阴影效果。
这些特效和动画不仅仅是为了娱乐观众，还可以用于教育、科研和可视化等领域。
另一个重要的应用领域是计算机辅助设计（CAD）。
在工程和设计领域，计算机图形学的技术可以帮助工程师和设计师创建和分析各种产品和建筑。
通过计算机辅助设计软件，我们可以在计算机上绘制和修改图纸，进行三维建模和仿真，以及进行结构和材料分析等。
这大大提高了设计和生产的效率，减少了成本和错误。
此外，计算机图形学还应用于医学领域。
通过计算机图形学的技术，医生可以对人体进行三维重建和可视化，以辅助诊断和手术规划。
例如，在放射学中，计算机图形学的技术可以将医学影像数据转化为三维模型，使医生能够更好地理解和分析病变和异常。
这对于疾病的早期发现和治疗非常重要。
除了以上应用领域，计算机图形学还涉及虚拟现实、增强现实、计算机游戏、数据可视化和计算机艺术等领域。
虚拟现实技术通过计算机图形学的技术，可以模拟和呈现虚拟的三维环境，使用户可以与虚拟世界进行互动。
计算机图形学主要研究内容要想了解计算机图形学的研究内容，我们要弄清这样几个问题。
1.我们先来看一下“图形”这个关键词。
图形是指在载体上以几何线条和几何符号等反映事物各类特征和变化规律的表达形式；图像是图形和各种影像的总称。
相较于文字，图像所传达的信息量要巨大的多，更加直观，更易为人所接受，作为图像的组成部分，图形也具有这些特点。
以图1为例，这幅图为香港亚太设计双年展0174号展品，我们不难想象，文字是无法准确地描述出下图的会议室装修效果的，不能传达出设计师的思想。
而这幅依靠计算机3D软件做出来的图形则清楚准确地展现出了设计师的设计意图。
图1 香港亚太双年展0174这样，我们清楚地了解到了图形的作用。
2.在计算机科学中，图形又是什么呢？在计算机科学中，图形是指由外部轮廓线条构成的矢量图。
即由计算机绘制的直线、圆、矩形、曲线、图表等。
图形用一组指令集合来描述图形的内容，如描述构成该图的各种图元位置维数、形状等。
描述对象可任意缩放不会失真。
在显示方面图形使用专门软件将描述图形的指令转换成屏幕上的形状和颜色。
适用于描述轮廓不很复杂，色彩不是很丰富的对象，如：几何图形、工程图纸、CAD、3D造型软件等。
它的编辑通常用Draw程序，产生矢量图形，可对矢量图形及图元独立进行移动、缩放、旋转和扭曲等变换。
主要参数是描述图元的位置、维数和形状的指令和参数。
并且，在计算机科学中，还要注意这样一个问题，图形和图像这两个概念的区别。
一，数据来源不同。
图形一般指用计算机绘制的画面，如直线、圆、圆弧、任意曲线和图表等；图像则是指由输入设备捕捉的实际场景画面或以数字化形式存储的任意画面。
二，编辑处理方法不同。
图像是由一些排列的像素组成的，在计算机中的存储格式有BMP、PCX、TIF、GIFD等，一般数据量比较大。
它除了可以表达真实的照片外，也可以表现复杂绘画的某些细节，并具有灵活和富有创造力等特点；与图像不同，在图形文件中只记录生成图的算法和图上的某些特点，也称矢量图。
计算机图形学的发展和应用计算机图形学是计算机科学中一门重要的学科，它是利用计算机来创造、处理、存储和呈现图像的技术。
随着计算机技术的发展，计算机图形学逐渐成为计算机科学中一个重要而独立的领域，其应用范围也日益广泛。
一、计算机图形学的发展历程计算机图形学起源于20世纪60年代，当时主要应用于计算机仿真和视觉效果方面。
1963年，伊万·苏泽兰(Ivan Sutherland)发明了第一台基于交互式图形的计算机-画图程序Sketchpad，它是第一款实现计算机交互的图形软件，可以通过电路板和光笔来实现图形图像的绘制和编辑。
1969年，伊万·苏泽兰又发明了第一款基于矢量绘图的计算机图形系统，称为Sketchpad-2，它可以实现对图像的放大和缩小，旋转和平移等操作。
1970年代，计算机图形学开始应用于计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)方面，此外还应用于天文学、医学、地理信息系统(GIS)等领域。
1980年代，计算机图形学的发展速度加快，图形工具的性能大幅度提高，计算机游戏、3D动画和特效效果得以迅速发展。
1990年代，计算机图形学的发展又迈出了一个新的阶段，它开始承担起了虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等领域的任务。
如今，随着计算机硬件和软件的不断更新和发展，计算机图形学也在不断优化和拓展，为人类社会的发展做出着重要的贡献。
二、计算机图形学的应用领域1. 游戏开发计算机图形学在游戏开发中扮演着重要的角色。
它帮助游戏开发者创造出更加真实、惟妙惟肖的游戏场景和角色形象，让游戏玩家更加沉浸于游戏世界中。
随着3D图形技术的进步，现代游戏中所展现的场景和人物已经达到了以往难以想象的高度。
2. 医学计算机图形学在医学中的应用十分广泛，例如是利用计算机图形学技术来建立人体模型，并对人体模型进行操作和分析，这样医生在为病人制定治疗方案时，可以更加准确地进行定位和操作，避免手术操作的风险。
计算机图像学基础——图形图像图素象素位图的概念一、计算机图形学（Computer Graphics）1、什么是计算机图形学？计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。
IEEE定义：Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer.2、计算机图形学的研究内容计算机图形学的研究内容非常广泛，如图形硬件、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、非真实感绘制，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。
简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究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。
图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。
从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是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，另一类是明暗图，也就是通常所说的真实感图形。
计算机图形学主要目的就是要利用计算机表达的真实感图形。
为此，必须建立图形描述的场景的几何表示，运用某种光照模型，计算出假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。
所以计算机图形学与计算机辅助几何设计有着密切的关系。
图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。
同时，真实感图形计算的结果是以数字图象的方式提供的，计算机图形学和图形图象处理有着密切的联系3、计算机图形学的主要应用领域1）.计算机辅助设计与制造（Computer Aided Design / Computer Aided Manufacture）机械结构、零部件、土木建筑工程、集成电路等的设计等，利用计算机图形学不仅可提高设计效率、缩短设计周期、改善设计质量、降低设计成本，而且可以为后续的计算机辅助制造建立起数据库，CAD/CAM一体化，生产的自动化奠定基础。
计算机图形学计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图像的学科领域。
它是计算机科学的一个重要分支，与计算机视觉和图像处理相关。
计算机图形学的发展促进了许多领域的进步，包括动画、游戏开发、虚拟现实等。
一、引言计算机图形学是指通过计算机技术实现图像的生成、处理和显示。
它利用算法和数学模型来模拟和渲染图像，以生成逼真的图像或动画。
计算机图形学在多个领域有着广泛的应用，如电影、游戏、建筑设计等。
二、图形学的基本原理1. 坐标系统图形学中常用的坐标系统是笛卡尔坐标系，它由横轴X、纵轴Y和垂直于二者的Z轴组成。
通过坐标系统，可以定位和描述图像中的点、线和面。
2. 图形的表示图形可以通过几何图元来表示，常见的几何图元有点、线和面。
点由坐标表示，线由两个端点的坐标表示，面由多个点或线组成。
3. 变换和投影变换是指对图像进行平移、旋转和缩放等操作，通过变换可以改变图像的形状和位置。
投影是将三维图像映射到二维平面上的过程，常见的投影方式有平行投影和透视投影。
4. 着色模型着色模型用于为图像添加颜色和材质信息，常见的着色模型有平均着色模型和Phong着色模型。
平均着色模型通过计算图像的平均颜色来实现简单的着色效果，Phong着色模型考虑了光照的影响，能够产生更加逼真的效果。
三、图形学的应用1. 电影和动画计算机图形学在电影和动画领域有着广泛的应用。
通过计算机图形学技术，电影制作人能够创建逼真的特效，包括爆炸、碰撞和飞行等场景。
动画片的制作也离不开计算机图形学的技术支持，它能够实现角色的自由移动、表情的变化等特效效果。
2. 游戏开发计算机图形学是游戏开发中不可或缺的一部分。
游戏中的人物、场景和特效都是通过计算机图形学技术来实现的。
游戏开发人员利用图形学算法和引擎来创建游戏中的3D场景和角色，并通过渲染技术使其看起来逼真。
3. 虚拟现实虚拟现实是一种模拟真实世界的计算机生成环境。
计算机图形学在虚拟现实领域的应用可以让用户身临其境地感受到虚拟环境的存在。
计算机图形学的基础和应用计算机图形学是指利用计算机来处理和生成图像的学科。
它是计算机科学的一个重要分支领域，也是多个行业的重要应用之一。
计算机图形学的基础点主要包括: 算法、数据结构、线性代数和几何基础、图形学渲染、计算机视觉等。
而计算机图形学的应用范围却非常广泛，主要包括电影、游戏、建筑、逆向工程、医学等领域。
一、计算机图形学的基础1. 算法计算机图形学的算法主要分为两个方面：在计算机内部绘制图像的算法以及从外部数据得到模型的算法。
前者有数据结构、扫描线算法、射线追踪、阴影、光照、纹理映射等，后者包括骨骼动画、目标追踪和形状重建等算法。
这些算法的基本原理来源于大量的数学和物理学知识，同时需要基于计算机技术进行优化实现。
2. 数据结构计算机图形学中的数据结构主要包括树、网格结构和点云三种。
其中网格结构和点云通常是三维多边形模型的数据承载方式，树则主要用于建立场景图等数据结构。
每种数据结构都具有自己的优势和局限性，这需要根据具体应用场景进行选择。
3. 线性代数和几何基础计算机图形学中，线性代数和几何基础是非常重要的理论基础。
在图形学的应用中，通常需要进行向量和矩阵的计算，并利用几何理论去解决许多问题。
例如，在渲染过程中需要对于光线和交点进行计算，采用线性代数方法可以快速实现。
4. 图形学渲染图形学渲染是计算机图形学的重要子领域，常被用在电影和游戏制作中。
计算机图形学的渲染方式分为四类：光线追踪、栅格化绘制、体绘制和可编程渲染管线。
光线追踪渲染可以模拟光线的传播过程，且能够计算真实的光照效果。
实际上，这种渲染方式是一种“暴力”的方式，需要在计算机上运行庞大的计算量。
栅格化绘制则是采用直接面绘制，常被用于二维和三维场景的渲染。
可编程管线渲染则是当前最流行的渲染方式，其开发程度非常高。
而体绘制则尚处于发展初期，其主要应用于医学成像领域。
5. 计算机视觉计算机视觉是计算机图形学的重要子领域之一，主要研究计算机能够通过图像或视频获取和识别包括物体、人物、场景在内的视觉信息。
本科生课程介绍课程名称中文英文讲课对象适用专业课程简介Introduct ion 讲课教师高工课程名称中文英文讲课对象适用专业课程简介全校选修+计辅本课程是计算机科学与技术系为全校本科生开设的一门重要的计算机专业基础课，目的是培养学生的软件力。
本课程以软件生命周期的主要活动为主线，从软件及软件工程的历史和发展、软件开发过程、需求分析、软件维护、软件项目管理、标准及规范等方面全面介绍软件工程的基本理论、方法、技术和工具。
使用教材Software Engineering Ian Summerville参考书Software Engineering: A Practitioner’s Approach, Roger S. PressmanSoftware Engineering: Theory and Practice, Shari, Lawrence Pfleeger徐玉华（1）承担全校计算机辅助设计技术基础课教学课号： 00240033 学分: 3 课程属性：全校任选 开课学期: 秋季软件工程书名作者This course focuses on the basic concepts,principles,algorithms and applicationsdesign(CAD),it mainly consists of the following topics:software and hardware system of Ctransformations,line clipping,raster display of 2D graphics,curves and surfaces,soldimensional transformations,three-dimensional viewing,visible-surface determination,models,and introductions to AutoCAD,3DMAX 5.0and OpenGL.It is an ideal choice for slearn the rudiments of this dynamic and exciting CAD technology.姓 名职称 主要教学和科研领域孙延奎副教授主要教学领域：（1）承担全校计算机辅助设计技术基础课教学；（2）析及其应用课教学；主要研究领域：小波分析及其应用，科学计算可视化，计算机图形学，。
计算机科学计算机科学计算机科学，是研究计算机及其周围各种现象和规律的科学，也是研究计算机系统结构、程序系统（即软件）、人工智能以及计算本身的性质和问题的学科。
计算机科学是一门包含各种各样与计算和信息处理相关主题的系统学科，从抽象的算法分析、形式化语法等等，到更具体的主题，如编程语言、程序设计、软件和硬件等。
计算机科学分为理论计算机科学和实验计算机科学两个部分。
后者常称为“计算机科学”而不冠以“实验”二字。
前者有其他名称，如计算理论、计算机理论、计算机科学基础、计算机科学数学基础等。
数学文献中一般指理论计算机科学。
中文名计算机科学简写CS外文名Computer Science 学科门类一级学科1研究领域计算机是一种进行算术和逻辑运算的机器，而且对于由若干台计算机联成的系统而言还有通信问题,并且处理的对象都是信息,因而也可以说，计算机科学是研究信息处理的科学。
计算机科学分为理论计算机科学和实验计算机科学两个部分。
在数学文献中所说的计算机科学，一般是指理论计算机科学。
实验计算机科学还包括有关开辟计算机新的应用领域的研究。
计算机科学的大部分研究是基于“冯·诺依曼计算机”和“图灵机”的，它们是绝大多数实际机器的计算模型。
作为此模型的开山鼻祖，邱奇-图灵论题（Church-Turing Thesis）表明，尽管在计算的时间，空间效率上可能有所差异，现有的各种计算设备在计算的能力上是等同的。
尽管这个理论通常被认为是计算机科学的基础，可是科学家也研究其它种类的机器，如在实际层面上的并行计算机和在理论层面上概率计算机、oracle 计算机和量子计算机。
在这个意义上来讲，计算机只是一种计算的工具：著名的计算机科学家Dijkstra 有一句名言“计算机科学之关注于计算机并不甚于天文学之关注于望远镜。
”。
2 科学领域作为一个学科，计算机科学涵盖了从算法的理论研究和计算的极限，到如何通过硬件和软件实现计算系统。
