计算机图形学 第1章 绪论

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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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

– 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
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
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• 什么是计算机图形学？
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
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…)。

象素（Pixel）：光栅显示器或图像阵列中的每个点称为一个象素。
分辨率（Dimension）：水平和垂直方向的像素数目。
2）液晶显示器
CRT显示器存在着体积大、有辐射的缺点。因此人们又推出了LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）。
TN型（Twisted Nematic，扭曲向列型）液晶显示器是最典型的液晶显示器。 TNT型（Thin Film Transistor，薄膜型晶体管）是常用的液晶显示器。
2）计算机图形学 见定义。
3）图像处理 输入和输出均为图像。例如平滑、锐化等。
客观世界 （对象模型）
计 算 机 图 形 学
计 算 机 视 觉
设备环境 （图形显示）
4）计算机视觉 分析和识别输入图像，并从中提取二维或三维的数 据模型或特征，再将其变换到抽象的描述
院（MIT）旋风I号（Whirlwind I）计算机的附件诞生 了。
50年代，计算机图形学主要应用于科学计算，为 计算机配置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形 学处于准备和酝酿时期，称之为：被动式图形学。
50年代末期，MIT第一次使用了具有指挥和控制功 能的CRT显示器，操作者可以用笔在屏幕上指出被确 定的目标，它预示着交互式计算机图形学的诞生。
例如：各种导航软件、地图软件等。
与其紧密相关的系统还有：GPS(Global Position System)、RS(remote sensing )，俗称3S。
第二章 计算机图形硬件系统
2.1图形系统的组成：
中央处理器
系统存储器
显显 示处理器数
示 主 芯
显 存
模 转 换
片
器
系统总线 输入/输出设备
根据屏幕上荧光点的 排列不同，控制栅格也就 不一样。

1.7.3 常用的图形输入设备
图形输入设备可将用户的图形 结果及各种命令等转换成电信 号，并传递给计算机。 1. 定位器(Locator) (1) 坐标数字化仪(Digitizer)
(2) 图形输入板(Tablet)
(3) 鼠标器(Mouse) (4) 其他定位设备 2. 拾取器(Pick) 3. 键盘(Keyboard) 4. 按键(Button)
1.7.2 微机中常见的显示器和图形适配器 1. 微机中常见的显示器 微机中使用的是光栅扫描显示器，并使用 RGB 三枪彩色 CRT。常见的显示器有4种： (1) 标准彩色显示器(SCD)： (2) 增强彩色显示器(ECD) (3) 模拟显示器 (4) 多扫描变频显示器 2. 微机中常使用的图形适配器 微机中常使用的图形适配器有以下几种。 (1) 彩色／图形适配器(Color Graphics Array)CGA (2) 多色彩图形陈列(Multi-Color Graphics Array)MCGA (3) 增强型图形适配器(Enhanced Graphics Adapter)EGA (4) 视频图形陈列(Video Graphics Array)VGA (5) TVGA和XGA
2. 面向图形对象设计方法的特点 (1) 面向图形对象方法的基本内容 1) 面向对象图形语言 2) 图形对象的数据结构 3) 图形的生成和变换方法 4) 图形软件设计和维护技术 (2) 面向图形对象设计方法的优点 1) 面向图形对象方法基于图形对象、继承性、消息和方法机制， 特别适合计算机图形自身的特点，有利于图形系统质量的提高 和图形系统的维护。 2) 面向图形对象的思想方法和程序设计思想方法一致，有利于 图形接口的设计。 3) 面向图形对象方法容易将图形的自然模型转换为数据模型， 有利于图形系统的设计。 4) 面向图形对象方法是对传统计算机图形系统设计方法的改革 和发展，面向图形对象方法不仅研究计算机图形的实现技术， 还研究计算机图形系统的设计方法。