第7章几何造型技术(计算机图形学)综述

计算机图形学Ⅰ专业：计算机科学与技术计算机科学与技术20922012年12月第1章绪论1、计算机图形学的概念？（或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表示、生成、处理和显示图形的(原理、算法、方法和技术)一门学科。

2、图形与图像的区别？图像是指计算机内以位图(Bitmap)形式存在的灰度信息；图形含有几何属性，更强调物体（或场景）的几何表示，是由物体（或场景）的几何模型(几何参数)和物理属性(属性参数)共同组成的。

3、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，有图形硬件、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、自然景物仿真和虚拟现实等。

4、计算机图形学的最高奖是以 Coons 的名字命名的，而分别获得第一届（1983年）和第二届（1985年）Steven A. Coons 奖的，恰好是 Ivan E. Sutherland 和 Pierre Bézier 。

5、1971年，Gourand提出“漫反射模型+插值”的思想，被称为 Gourand 明暗处理。

6、1975年，Phong提出了著名的简单光照模型—— Phong模型。

7、1980年，Whitted提出了一个光透明模型—— Whitted模型，并第一次给出光线跟踪算法的范例，实现了Whitted模型。

8、以 SIGGRAPH 会议的情况介绍，来结束计算机图形学的历史回顾。

9、什么是三维形体重建？三维形体重建就是从二维信息中提取三维信息，通过对这些信息进行分类、综合等一系列处理，在三维空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体，恢复形体的点、线、面及其拓扑关系，从而实现形体的重建。

10、在漫游当中还要根据CT图像区分出不同的体内组织，这项技术叫分割。

11、一个图形系统通常由图形处理器、图形输入设备和输出设备构成。

12、CRT显示器的简易结构图12、LCD液晶显示器的基本技术指标有：可视角度、点距和分辨率。

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。

计算机图形学主要知识点归纳第一章计算机图形学是:研究怎么利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。

计算机图形学的研究对象是图形。

构成图形的要素有两类:一类是几何要素(刻画图形状的点、线、面、体),另一类是非几何要素(反映物体表面属性或材质的明暗、灰度、色彩).。

计算机表示图和形常有两种方法:点阵法和参数法。

软件的标准:SGI等公司开发的OpenGL,微软开发的Direct X,Adobe的Postscript 等。

计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)计算机图形系统可以定义为计算机硬件、图形输入输出设备、计算机系统软件和图形软件的集合。

交互式计算机图形系统应具有计算、存储、对话、输入和输出等五方面的功能。

真实感图形的生成一般须经历场景造型、取景变换、视域裁剪、消除隐藏面及可见面光亮度计算等步骤。

虚拟现实系统又称虚拟现实环境,是指由计算机生成的一个实时三维空间。

用户可以在其“自由地”运动,随意观察周围的景物,并可通过一些特殊的设备与虚拟物体进行交互操作。

科学计算可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术,将科学计算过程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。

第二章鼠标器是用来产生相对位置。

鼠标器按键数分为两种:MS型鼠标(双按键鼠标)和PC型鼠标(三按键鼠标)。

触摸屏也叫触摸板,分为:光学的红外线式触摸屏、电子的电阻式触摸屏和电容式触摸屏、声音的声波式触摸屏。

数据手套是由一系列检测手和手指运动的传感器的构成。

来自手套的输入可以用来给虚拟场景的对象定位或操纵该场景。

显示设备的另一个重要组成部分的是显示控制器。

它是控制显示器件和图形处理、转换、信号传输的硬件部分,主要完成CRT的同步控制、刷新存储器的寻址、光标控制以及图形处理等功能。

阴极射线管CRT由电子枪、偏转系统及荧光屏3个基本部分组成。

电子枪的主要功能是产生一个沿管轴(Z轴)方向前进的高速的细电子束(轰击荧光屏)。

计算机图形学计算机图形学是研究计算机如何生成、处理和显示图像的一门技术。

它广泛应用于游戏、电影、医学、设计等领域。

随着计算机技术的发展，计算机图形学也在不断发展，涌现出许多新技术和应用。

计算机图形学包括三个主要方面：几何建模、光线追踪和渲染。

几何建模是指将物体转化为计算机可识别的几何形状。

光线追踪则是模拟光线在物体表面反射的过程，计算出每个像素对应的颜色和亮度。

渲染是将光线追踪得到的结果转化为最终图像。

在几何建模方面，最常用的方法是三维建模。

通过对物体的三维表示，可以方便地对其进行操作和变换，例如平移、旋转、缩放等。

为了更加高效地进行三维建模，有许多专业软件可供使用，例如Maya、3ds Max等。

在光线追踪方面，传统的方法是基于光线与物体表面的交点的计算方式，不仅计算量大，而且无法处理光线经过透明物体时的折射和反射现象。

近年来，随着GPU技术的发展，实时光线追踪逐渐成为了一种趋势。

实时光线追踪可以透过硬件加速，快速高效地计算光线与物体的交点，同时可以处理复杂的折射和反射现象，呈现出更高质量的图像效果。

另外，计算机图形学还包括了许多其他技术，例如纹理映射、反走样等。

纹理映射是将纹理贴图应用到物体表面上，增加了物体表面的细节和真实感。

反走样则是一种消除图像锯齿的方法，采用一种特殊的抗锯齿算法来实现。

在应用方面，计算机图形学为许多领域提供了广泛的支持。

游戏中的场景和角色的建模、光照、渲染等都离不开计算机图形学技术。

电影中的特效和CGI也应用了许多计算机图形学技术。

医学影像学中，计算机图形学可以对医学影像进行三维重建，并进行可视化呈现。

设计领域中，计算机图形学可以帮助设计师进行三维建模和渲染，以实现更加真实的设计效果。

总之，计算机图形学已经成为了现代科技中不可或缺的一部分。

随着技术的不断发展，其应用范围也在不断扩大，未来光明前景。

一、计算机图形学的起源计算机图形学的起源可以追溯到20世纪50年代。

当时，计算机还没有进入人们的生活，它只是一种庞大的科学仪器。

浅析计算机图形技术及其应用系统摘要：作为一种视觉媒体，计算机图形技术不仅为人们提供了一种独特的艺术表现形式及其空间，还为设计师们的创意发挥带来了极大的便利。

计算机图形技术结合现代化技术手段，无论从方法、手段，还是观念方面均产生了十分深刻的影响。

因此，本文重点就计算机图形技术及其应用系统进行了分析，希望能为相关领域的研究提供理论依据。

关键词：计算机图形技术；cad；应用中图分类号：tp391.41 文献标识码：a 文章编号：1674-7712 （2013） 08-0000-01计算机图形技术始于上个世纪60年代初期，是由图形学奠基人美国麻省理工学院的i·e·sutherland首次提出的。

从此，计算机图形技术由被动转变为主动，并得到了迅速的发展，已经成为人机交互中十分重要的手段之一。

特别是光栅图形显示器的出现，其以丰富的色彩、真实的图像及低廉的价格后来者居上，为计算机图形技术的广泛应用开辟了崭新的道路。

如今，计算机图形技术已经在医学、经济管理、生产加工以及艺术等多个领域中得到了广泛的发展和应用。

一、计算机图形技术及有关内容分析作为一门新兴技术，计算机图形技术主要是以物体在计算机中的模型为依据，通过计算机的处理产生物体真实或想象的图形。

计算机图形产生的过程和拍照过程十分相似，都需要对物体进行拍照，该物体首先必须真实存在；而要想在计算机内产生其图形，需先构造其模型，然后对模型进行一系列的变换和处理，并将其展示于显示屏上。

也就是说，计算机图形技术需要解决的是造型与绘制两方面的问题。

而造型技术主要包括两个方面：几何造型技术与分形几何造成技术。

（一）几何造型技术此技术主要针对的是规则形体的造型，例如二次曲面体、平面多面体及自由曲面体等等。

对物体几何模型构建过程中，必须包括两大方面的信息，一是几何方面的信息，二是拓扑结构方面的信息。

其中，几何信息主要指的是物体的几何形状及其空间分布位置等信息，拓扑信息主要指的是各部分之间的关系。

计算机图形学的综述摘要：计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。

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。

经过30多年的发展，计算机图形学已成为计算机科学中最为活跃的分支之一，并得到广泛的应用。

其中，3D 计算机图形技术作为计算机图形学理论中近期最为火热的一项技术，在影视特效中的运用已经远远超越了“电脑特技”的概念。

它不但可以使用虚拟技术模式现实场景，极大地减少拍摄成本，更重要的是它的表现力可以超越现实事物，甚至完美的刻画现实中无法达到的画面和效果。

广大的艺术家和影视制作者可以利用此项技术充分的实现自己的想象力，同时满足大众视觉和心理的双重需求。

本文将介绍计算机图形学的研究内容、发展历史，应用和图形学前沿的方向。

关键词：计算机图形学；3D计算机图形技术；计算机辅助制造；虚拟现实；用户界面。

1.绪论1.1 研究内容如何在计算机中表示图形,以及如何利用计算机进行图形的生成、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。

从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是由线条组成的图形，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是类似于照片的明暗图(Shading)，也就是通常所说的真实感图形。

可以说，计算机图形学的一个重要研究内容就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。

计算机图形学与另一门学科－计算机辅助几何设计有着密切的关系。

事实上，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重要的研究内容。