計算機圖形學CG01-

1、1計算機圖形學計算機圖形學2第第1章章 計算機圖形學綜述計算機圖形學綜述3本章目標l掌握計算機圖形學基本概念及研究內(nèi)容掌握計算機圖形學基本概念及研究內(nèi)容l掌握圖形的組成和表示掌握圖形的組成和表示l了解計算機圖形學的發(fā)展史了解計算機圖形學的發(fā)展史l初步認識與圖形相關的應用及當前的研究熱點初步認識與圖形相關的應用及當前的研究熱點4主要內(nèi)容l1.1 計算機圖形學的研究內(nèi)容計算機圖形學的研究內(nèi)容l1.2 計算機圖形學應用計算機圖形學應用l1.3 計算機圖形學發(fā)展史計算機圖形學發(fā)展史l1.4 計算機圖形學當前的研究熱點計算機圖形學當前的研究熱點 51.1 計算機圖形學的研究內(nèi)容l計算機圖形學（計算機圖形

2、學（Computer Graphics）nISO定義：計算機圖形學是研究通過計算機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為定義：計算機圖形學是研究通過計算機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形圖形，并在專門的顯示設備上顯示的原理、方法和技術，并在專門的顯示設備上顯示的原理、方法和技術的學科的學科 nIEEE定義：定義： Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer通俗地講，計算機圖形學就是應用計算通俗地講，計算機圖形學就是應用計算機技術進行圖形的生成、處理和輸出。機技術進行圖形的生成、處理和輸出。6

3、1.1 計算機圖形學的研究內(nèi)容l圖形（圖形（graphics）n計算機圖形學的研究對象計算機圖形學的研究對象n能在人的視覺系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺印象的客觀對象能在人的視覺系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺印象的客觀對象u自然景物、拍攝到的圖片自然景物、拍攝到的圖片u用數(shù)學方法描述的圖形用數(shù)學方法描述的圖形(如如sin函數(shù)曲線函數(shù)曲線)n圖形可以是現(xiàn)實世界中已經(jīng)存在的物體，也可以是完全圖形可以是現(xiàn)實世界中已經(jīng)存在的物體，也可以是完全虛構(gòu)的物體虛構(gòu)的物體n本課程：是人們通過計算機設計和構(gòu)造出來的，可以用本課程：是人們通過計算機設計和構(gòu)造出來的，可以用計算機生成、顯示、存儲、處理并且輸出計算機生成、顯示、存儲、處理并且輸出71

4、.1 計算機圖形學的研究內(nèi)容l圖形的基本要素圖形的基本要素n幾何要素幾何要素 刻畫對象的輪廓、形狀等（點，線，面，體）刻畫對象的輪廓、形狀等（點，線，面，體）n非幾何要素非幾何要素 刻畫對象的顏色、材質(zhì)等（顏色，紋理）刻畫對象的顏色、材質(zhì)等（顏色，紋理）n例如例如線框線框顏色顏色紋理紋理81.1 計算機圖形學的研究內(nèi)容l表示方法表示方法n點陣法點陣法 枚舉出圖形中所有的點枚舉出圖形中所有的點(強調(diào)圖形由點構(gòu)成）強調(diào)圖形由點構(gòu)成） 簡稱為簡稱為圖像圖像（image）n參數(shù)法參數(shù)法 由圖形的形狀參數(shù)由圖形的形狀參數(shù)(方程或表達式的系數(shù)，線段的端點方程或表達式的系數(shù)，線段的端點坐標等坐標等) + 屬

5、性參數(shù)屬性參數(shù)(顏色、線型等顏色、線型等)來表示圖形來表示圖形簡稱為簡稱為圖形圖形（graphics）n比較（見下頁）比較（見下頁）9Graphics與與Image的比較的比較GraphicsImage1 1 數(shù)據(jù)量很少數(shù)據(jù)量很少數(shù)據(jù)量很大數(shù)據(jù)量很大2 2有結(jié)構(gòu)，便于編輯修改有結(jié)構(gòu)，便于編輯修改無結(jié)構(gòu)，不便于編輯修改無結(jié)構(gòu)，不便于編輯修改3 3能準確表示能準確表示3D 景物，易于生成所需的景物，易于生成所需的不同視圖不同視圖3D 景物的信息巳部分丟失，很難景物的信息巳部分丟失，很難生成所需的不同視圖生成所需的不同視圖4 4生成視圖需要復雜的計算生成視圖需要復雜的計算生成視圖不需要復雜的計算生成

6、視圖不需要復雜的計算5 5自然景物的表示很困難自然景物的表示很困難自然景物的表示不困難自然景物的表示不困難6 6國際標準：國際標準： GKS，PHIGS，OpenGL, WMF，VRML，CGM國際標準：國際標準：JPEG，TIFF等等7 7編輯軟件編輯軟件(繪圖軟件繪圖軟件): AutoCAD, CorelDRAW, 3D Max等等編輯軟件編輯軟件(圖像處理軟件圖像處理軟件)：Photoshop, Photostyler等等101.1 計算機圖形學的研究內(nèi)容l研究內(nèi)容研究內(nèi)容n圖形系統(tǒng)（硬、軟、標準化）圖形系統(tǒng)（硬、軟、標準化）n基本圖形生成基本圖形生成 如何顯示點、線段、多邊形及圓等幾何

7、圖形如何顯示點、線段、多邊形及圓等幾何圖形n圖形的處理圖形的處理u幾何變換（圖形動起來）幾何變換（圖形動起來）u投影變換（如何顯示三維圖形）投影變換（如何顯示三維圖形）u真實感圖形真實感圖形n曲線曲面曲線曲面111.1 計算機圖形學的研究內(nèi)容l相關學科相關學科n數(shù)字圖像處理、計算幾何、模式識別及計算機視覺數(shù)字圖像處理、計算幾何、模式識別及計算機視覺數(shù)數(shù)字字圖圖像像數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)模模型型圖像生成（計算機圖形學）圖像生成（計算機圖形學）模型（特征）提取模型（特征）提?。ㄓ嬎銠C視覺，模式識別）（計算機視覺，模式識別）模型變換模型變換（計算幾何）（計算幾何）圖像變換圖像變換（圖像處理）（圖像處理）發(fā)展特點發(fā)

8、展特點: : 交叉、界線模糊、相互滲透交叉、界線模糊、相互滲透12計算幾何lCAGD（Computer Aided Geometric Design）n幾何形體在計算機中的表示幾何形體在計算機中的表示n分析、研究怎樣靈活方便地建立幾何形體的數(shù)學模型，分析、研究怎樣靈活方便地建立幾何形體的數(shù)學模型，提高算法效率提高算法效率n在計算機內(nèi)更好地存儲和管理這些模型等在計算機內(nèi)更好地存儲和管理這些模型等n包括研究曲線、曲面的表示、生成、拼接、數(shù)據(jù)擬合包括研究曲線、曲面的表示、生成、拼接、數(shù)據(jù)擬合13數(shù)字圖像處理lDIP（Digital Image Processing）n研究如何對一幅連續(xù)圖像采樣、量化

9、以產(chǎn)生數(shù)字圖像研究如何對一幅連續(xù)圖像采樣、量化以產(chǎn)生數(shù)字圖像n如何對數(shù)字圖像做各種變換（如傅里葉變換），以方如何對數(shù)字圖像做各種變換（如傅里葉變換），以方便處理便處理n如何濾去圖像中的無用噪聲如何濾去圖像中的無用噪聲n如何壓縮圖像數(shù)據(jù)以便存儲和傳輸；圖像邊緣提??；如何壓縮圖像數(shù)據(jù)以便存儲和傳輸；圖像邊緣提??；圖像增強等圖像增強等n圖像恢復與重建圖像恢復與重建恢復恢復14模式識別lPattern Recognitionn從圖像中抽取的統(tǒng)計特性或結(jié)構(gòu)信息，從而把圖像分成從圖像中抽取的統(tǒng)計特性或結(jié)構(gòu)信息，從而把圖像分成預定的類別預定的類別 n如印刷體文字識別、指紋識別等如印刷體文字識別、指紋識別等1

10、5計算機視覺lComputer Visionn計算機視覺就是用各種成像系統(tǒng)代替視覺器官作為輸入計算機視覺就是用各種成像系統(tǒng)代替視覺器官作為輸入敏感手段，由計算機來代替大腦完成處理和解釋敏感手段，由計算機來代替大腦完成處理和解釋n核心技術：分析和識別輸入的圖像并從中提取二維或三核心技術：分析和識別輸入的圖像并從中提取二維或三維的數(shù)據(jù)模型（特征）維的數(shù)據(jù)模型（特征）-n如機器人的視覺系統(tǒng)如機器人的視覺系統(tǒng) n可以看做是計算機圖形學的逆過程可以看做是計算機圖形學的逆過程161.2計算機圖形學應用l圖形用戶界面（圖形用戶界面（GUI）l計算機輔助設計（計算機輔助設計（CAD）l科學可視化（科學可視化（

11、 Scientific Visualization ）l計算機藝術（計算機藝術（Computer Art）l地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)(GIS)l計算機動畫、廣告及娛樂計算機動畫、廣告及娛樂l多媒體系統(tǒng)（多媒體系統(tǒng)（Multimedia）l虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(Virtual Reality)171.2.1圖形用戶界面圖形用戶界面l人機界面人機界面(HCI：Human Computer Interface)n人與計算機間的通信，由軟件與硬件組成人與計算機間的通信，由軟件與硬件組成n發(fā)展發(fā)展u操縱板：指示燈與機械開關操縱板：指示燈與機械開關u字符界面：字符界面：DOS。終端與鍵盤。終端與鍵盤u

12、圖形用戶界面：圖形用戶界面：Windows，XWindows等等l圖形用戶界面圖形用戶界面(GUI：Graphical User Interface)n圖形直觀易記，操作簡捷圖形直觀易記，操作簡捷n編程容易（如編程容易（如VC+開發(fā)環(huán)境）開發(fā)環(huán)境）l發(fā)展發(fā)展n自然、高效多通道的用戶界面（語音，視覺等）自然、高效多通道的用戶界面（語音，視覺等）n沒有界面的用戶界面（類似人與人間的交流）沒有界面的用戶界面（類似人與人間的交流）181.2.2計算機輔助設計計算機輔助設計lCAD：Computer Aided Designn交互式圖形生成技術用來設計機械、電子設備等產(chǎn)品的交互式圖形生成技術用來設計機械

13、、電子設備等產(chǎn)品的元部件和系統(tǒng)以及工程建筑元部件和系統(tǒng)以及工程建筑u表示與顯示表示與顯示u性能分析計算性能分析計算u修改設計修改設計l應用應用n汽車、飛機和船體的外殼汽車、飛機和船體的外殼n模具、大規(guī)模集成電路模具、大規(guī)模集成電路n光學系統(tǒng)、民用建筑、服裝、玩具等光學系統(tǒng)、民用建筑、服裝、玩具等l主要軟件主要軟件nAutoCAD， Pro/E， 3DS，Maya,。19實例120實例2211.2.3 科學可視化 lScientific Visualizationn1986年，美國科學基金會（年，美國科學基金會（NSF）專門召開了一次研討）專門召開了一次研討會，會上提出了會，會上提出了“科學計算

14、可視化（科學計算可視化（Visualization in Scientific Computing）”n必要性：直接分析大量的測量數(shù)據(jù)或統(tǒng)計數(shù)據(jù)有困難必要性：直接分析大量的測量數(shù)據(jù)或統(tǒng)計數(shù)據(jù)有困難n目標：用圖形表現(xiàn)抽象的數(shù)據(jù)目標：用圖形表現(xiàn)抽象的數(shù)據(jù)n應用領域：醫(yī)學圖像重建，遙感，流場應用領域：醫(yī)學圖像重建，遙感，流場、氣象、核爆模、氣象、核爆模擬擬。l信息可視化信息可視化n信息流量信息流量n商業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)商業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)n股市行情股市行情n22實例餅圖：反映餅圖：反映市場份額市場份額直方圖直方圖:反映圖像反映圖像中像素亮度分布中像素亮度分布23實例l醫(yī)療：建立人體的三維模型（數(shù)字人或虛擬人），醫(yī)療

15、：建立人體的三維模型（數(shù)字人或虛擬人），可用于觀察內(nèi)外器官可用于觀察內(nèi)外器官241.2.4 計算機藝術lComputer Artn將計算機圖形學與人工智能技術結(jié)合起來，可構(gòu)造出豐將計算機圖形學與人工智能技術結(jié)合起來，可構(gòu)造出豐富多彩的藝術圖象富多彩的藝術圖象n根據(jù)設定的規(guī)則，可以構(gòu)造出形狀各異的多種圖案，并根據(jù)設定的規(guī)則，可以構(gòu)造出形狀各異的多種圖案，并實現(xiàn)合理的顏色配置實現(xiàn)合理的顏色配置n可以利用計算機圖形學技術生成盆景和書法可以利用計算機圖形學技術生成盆景和書法25實例261.2.5 地理信息系統(tǒng)lGIS（Geographical Information System）n建立在地理圖形之上

16、的關于各種資源的綜合信息管理系統(tǒng)建立在地理圖形之上的關于各種資源的綜合信息管理系統(tǒng)n人口、礦藏、森林、旅游等資源人口、礦藏、森林、旅游等資源n包含：地理圖、地形圖、礦藏分布圖、海洋地理圖、氣象包含：地理圖、地形圖、礦藏分布圖、海洋地理圖、氣象圖，植被分布圖等圖，植被分布圖等l應用應用n軍事，政府決策，旅游，軍事，政府決策，旅游，資源調(diào)查資源調(diào)查271.2.6 計算機動畫、廣告及娛樂l計算機動畫計算機動畫n計算機生成的場景可單獨顯示，也可以與演員及實際場計算機生成的場景可單獨顯示，也可以與演員及實際場景混合顯示，以生成各種逼真的虛擬場景畫面和特技效景混合顯示，以生成各種逼真的虛擬場景畫面和特技效

17、果，從而為人們提供一個充分展示個人想象力和藝術才果，從而為人們提供一個充分展示個人想象力和藝術才能的空間能的空間l電視廣告，節(jié)目片頭，科教演示電視廣告，節(jié)目片頭，科教演示l娛樂：娛樂：gameToy Story 成為第成為第一部全三維計算機一部全三維計算機動畫特點的電影動畫特點的電影28實例：變形效果l許多商業(yè)廣告中一種常用的圖形方法是變形，可以許多商業(yè)廣告中一種常用的圖形方法是變形，可以將一個物體轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€物體將一個物體轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€物體291.2.7 多媒體系統(tǒng)lMultimedia Systemn多媒體技術就是利用計算機技術，把多種媒體綜合在一多媒體技術就是利用計算機技術，把多種媒體綜合

18、在一起，使之建立起邏輯上的聯(lián)系，并能對它們進行各種處起，使之建立起邏輯上的聯(lián)系，并能對它們進行各種處理。（具有處理多種媒體的能力）理。（具有處理多種媒體的能力）n媒體：文本、圖形、圖像、聲音、動畫和視頻媒體：文本、圖形、圖像、聲音、動畫和視頻n軟硬件軟硬件u海量存儲海量存儲u高傳輸率高傳輸率u高計算能力高計算能力n交互性交互性301.2.8 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)lVR（Virtual Reality)n是用計算機技術來生成一個逼真的三維視覺、聽覺、是用計算機技術來生成一個逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點出觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點出發(fā)，利用自然的技能

19、和某些設備對這一生成的虛擬世發(fā)，利用自然的技能和某些設備對這一生成的虛擬世界進行瀏覽和交互考察界進行瀏覽和交互考察n特點：特點： 逼真的環(huán)境逼真的環(huán)境; 自然的交互自然的交互31實例：輸入輸出設備l主要有：頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等主要有：頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等321.3 計算機圖形學發(fā)展史l特點：計算機硬件發(fā)展推動了圖形學的研究特點：計算機硬件發(fā)展推動了圖形學的研究l內(nèi)容：內(nèi)容：n學科學科發(fā)展歷程發(fā)展歷程n硬件發(fā)展硬件發(fā)展u圖形顯示器的發(fā)展圖形顯示器的發(fā)展u圖形輸入設備的發(fā)展圖形輸入設備的發(fā)展n軟件及軟件標準的發(fā)展軟件及軟件標準的發(fā)展331.3.1 學科發(fā)展歷程l誕生：誕生：50年代年代n1

20、950年，第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學院年，第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學院（MIT）旋風）旋風I號（號（Whirlwind I）計算機的附件誕生）計算機的附件誕生- CRT的出現(xiàn)為計算機生成和顯示圖形提供了可能。的出現(xiàn)為計算機生成和顯示圖形提供了可能。n1958年，美國年，美國Calcomp公司由聯(lián)機的數(shù)字記錄儀發(fā)展成公司由聯(lián)機的數(shù)字記錄儀發(fā)展成滾筒式繪圖儀，滾筒式繪圖儀，GerBer公司把數(shù)控機床式繪圖儀發(fā)展成公司把數(shù)控機床式繪圖儀發(fā)展成為平板式繪圖儀。為平板式繪圖儀。nMIT林肯實驗室，在林肯實驗室，在Whirlwind上開發(fā)上開發(fā)SAGE空中防御系空中防御系統(tǒng)，通過光筆在屏幕

21、上指點與系統(tǒng)交互。統(tǒng)，通過光筆在屏幕上指點與系統(tǒng)交互。-標志著交互標志著交互式圖形技術的誕生式圖形技術的誕生341.3.1 學科發(fā)展歷程l確立：確立： 60年代年代n1962年年MIT林肯室驗室林肯室驗室Ivan E. Sutherland的博士論文：的博士論文：Sketchpad：一個人機通信的圖形系統(tǒng)。首次提出：一個人機通信的圖形系統(tǒng)。首次提出“Computer Graphics”一詞一詞n1962年，雷諾汽車公司的工程師年，雷諾汽車公司的工程師Pierre Bzier 提出提出Bzier曲線、曲面的理論曲線、曲面的理論n1964年年MIT的教授的教授Steven A. Coons提出了超

22、限插值的新提出了超限插值的新思想，通過插值四條任意的邊界曲線來構(gòu)造曲面。思想，通過插值四條任意的邊界曲線來構(gòu)造曲面。n大公司開展大規(guī)模研究（通用、大公司開展大規(guī)模研究（通用、AT&T、BELL）351.3.1 學科發(fā)展歷程l理論發(fā)展及標準化：理論發(fā)展及標準化：70年代年代n光柵圖形學迅速發(fā)展光柵圖形學迅速發(fā)展u區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應算法紛紛誕區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應算法紛紛誕生生n真實感圖形學真實感圖形學u1970年，年，Bouknight提出了第一個光反射模型提出了第一個光反射模型u1971年年Gourand提出提出“漫反射模型插值漫反射模型

23、插值”的思想，被稱為的思想，被稱為Gourand明暗處理明暗處理u1975年，年，Phong提出了著名的簡單光照模型提出了著名的簡單光照模型- Phong模型模型361.3.1 學科發(fā)展歷程l理論發(fā)展及標準化：理論發(fā)展及標準化：70年代年代n實體造型技術實體造型技術u英國劍橋大學英國劍橋大學CAD小組的小組的Build系統(tǒng)系統(tǒng)u美國羅徹斯特大學的美國羅徹斯特大學的PADL-1系統(tǒng)系統(tǒng)n圖形軟件標準化圖形軟件標準化u1974年，年，ACM SIGGRAPH的與的與“與機器無關的圖形技術與機器無關的圖形技術”的的工作會議工作會議uACM成立圖形標準化委員會，制定成立圖形標準化委員會，制定“核心圖形

24、系統(tǒng)核心圖形系統(tǒng)”（Core Graphics System）uISO發(fā)布發(fā)布CGI、CGM、GKS、PHIGS371.3.1 學科發(fā)展歷程l實用化：實用化：80年代年代n更完備的硬件系統(tǒng)，個人計算機、工作站系統(tǒng)更完備的硬件系統(tǒng)，個人計算機、工作站系統(tǒng)n大量圖形應用軟件出現(xiàn)大量圖形應用軟件出現(xiàn)n圖形硬件設備十分昂貴，且基于圖形的應用相對較少圖形硬件設備十分昂貴，且基于圖形的應用相對較少l廣泛應用：廣泛應用：90年代后年代后n標準化、集成化、智能化標準化、集成化、智能化n多媒體技術、人工智能、科學計算可視化、虛擬現(xiàn)實多媒體技術、人工智能、科學計算可視化、虛擬現(xiàn)實n三維造型技術三維造型技術n硬件集

25、成化大幅提高：硬件集成化大幅提高：GPU（nVidia 和和 ATI圖形加速硬圖形加速硬件公司）件公司）381.3.2 圖形顯示設備的發(fā)展l60年代中期年代中期n畫線顯示器（亦稱矢量顯示器）需要刷新。較高分辨率和對比度，畫線顯示器（亦稱矢量顯示器）需要刷新。較高分辨率和對比度，良好的動態(tài)性能。設備昂貴，限制普及。良好的動態(tài)性能。設備昂貴，限制普及。l60年代后期年代后期n存儲管式顯示器。不需刷新，價格較低，缺點是不具有動態(tài)修改圖存儲管式顯示器。不需刷新，價格較低，缺點是不具有動態(tài)修改圖形功能，不適合交互式。形功能，不適合交互式。l70年代初年代初n刷新式光柵掃描顯示器。以點陣形式表示圖形，使用

26、專用的緩沖區(qū)刷新式光柵掃描顯示器。以點陣形式表示圖形，使用專用的緩沖區(qū)存放點陣，由視頻控制器負責刷新掃描。大大地推動了交互式圖形存放點陣，由視頻控制器負責刷新掃描。大大地推動了交互式圖形技術的發(fā)展。技術的發(fā)展。l90年代后年代后n液晶和等離子顯示器液晶和等離子顯示器n新的顯示設備新的顯示設備39實例l立體眼鏡立體眼鏡40l第一階段：控制開關、穿孔紙等等第一階段：控制開關、穿孔紙等等l第二階段：鍵盤第二階段：鍵盤l第三階段：二維定位設備第三階段：二維定位設備n鼠標、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，語音鼠標、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，語音n操縱桿操縱桿l第四階段：三維輸入設備第四階段：三維輸入設

27、備n如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣，用戶的手勢、表情等等如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣，用戶的手勢、表情等等(將來將來)l第五階段：用戶的思維第五階段：用戶的思維(將來將來)1.3.3 圖形輸入設備的發(fā)展41l數(shù)據(jù)手套（主要部件是傳感器）數(shù)據(jù)手套（主要部件是傳感器）實例42l數(shù)據(jù)衣（主要部件是傳感器）數(shù)據(jù)衣（主要部件是傳感器）實例43l三種類型的計算機圖形軟件系統(tǒng)三種類型的計算機圖形軟件系統(tǒng)n用某種語言寫成的子程序包用某種語言寫成的子程序包uGKS (Graphics Kernel System) uPHIGS(Programmers Hierarchical Interactive Graphics

28、 system )uGL (Graphics Language )u便于移植和推廣、但執(zhí)行速度相對較慢，效率低便于移植和推廣、但執(zhí)行速度相對較慢，效率低n擴充計算機語言，使其具有圖形生成和處理的功能擴充計算機語言，使其具有圖形生成和處理的功能uTurbo Pascal、Turbo C，Visual C（GDI）等。）等。 u簡練、緊湊、執(zhí)行速度快，但不可移植簡練、緊湊、執(zhí)行速度快，但不可移植n專用圖形系統(tǒng)：效率高，但系統(tǒng)開發(fā)量大，可移植性差專用圖形系統(tǒng)：效率高，但系統(tǒng)開發(fā)量大，可移植性差1.3.4 圖形軟件及軟件標準44lISO標準標準nGKS (Graphics Kernel System)

29、 (第一個官方標準，第一個官方標準，1977)nGKS-3DnPHIGS(Programmers Hierarchical Iuteractive Graphics system)nCGM、 CGI、IGES、STEP（討論中）（討論中）l行業(yè)標準行業(yè)標準nOpenGL (SGI)：工業(yè)界；平臺無關：工業(yè)界；平臺無關nDirectX (MS)：娛樂界；：娛樂界；Widows平臺平臺nXlib (X財團財團)：XWidowsnPostscript (Adobe)：印刷業(yè)：印刷業(yè)1.3.4 圖形軟件及軟件標準45l造型技術造型技術l真實感圖形繪制技術真實感圖形繪制技術l人機交互技術人機交互技術l與

30、計算機網(wǎng)絡技術的緊密結(jié)合與計算機網(wǎng)絡技術的緊密結(jié)合1.4 計算機圖形學當前的研究熱點46l規(guī)則形體：歐氏幾何方法規(guī)則形體：歐氏幾何方法l不規(guī)則形體：不規(guī)則形體：n分形幾何方法分形幾何方法n粒子系統(tǒng)粒子系統(tǒng)n紋理映射紋理映射n實體造型實體造型n基于物理的造型基于物理的造型n基于圖像的造型基于圖像的造型1.4.1 造型（建模）技術計算機生成計算機生成的挪威云杉的挪威云杉47l奧迪汽車效果圖和線框圖奧迪汽車效果圖和線框圖實例48實例l基于視覺的實體建模基于視覺的實體建模Wojciech MatusikMIT Laboratory for Computer Science49實例l基于視覺的實體建模原

31、理基于視覺的實體建模原理50l光照明模型光照明模型n簡單光照模型簡單光照模型; 局部光照模型局部光照模型; 整體光照模型整體光照模型l繪制算法繪制算法n光線跟蹤光線跟蹤; 輻射度輻射度l快速算法快速算法n包圍體樹、自適應八叉樹等等包圍體樹、自適應八叉樹等等l例子例子1.4.2 真實感圖形繪制技術51實例52lHuman-Computer Interaction Techniquesn是指通過計算機輸入、輸出設備，以有效的方式實現(xiàn)人是指通過計算機輸入、輸出設備，以有效的方式實現(xiàn)人與計算機對話的技術與計算機對話的技術l 包括包括n機器通過輸出或顯示設備給人提供大量有關信息及提示機器通過輸出或顯示設備給人提供大量有關信息及提示請示等請示等n人通過輸入設備給機器輸入有關信息等人通過輸入設備給機器輸入有關信息等l發(fā)展發(fā)展n多通道交互（利用人的視覺、聽覺、觸覺、運動等）多通道交互（利用人的視覺、聽覺、觸覺、運動等）n交互的精確性（計算機的理解能力）交互的精確性（計算機的理解能力）1.4.3 人機交互技術人機交互技術53l遠程醫(yī)療與診斷遠程醫(yī)療與診斷l(xiāng)遠程導航與維修遠程導航與維修l遠程教育遠程教育lVRML（虛擬現(xiàn)實建模語言：（虛擬現(xiàn)實建模語言：Virtual Reality Modeling Language）1.4.4 與計算機網(wǎng)絡技術的緊密結(jié)合與計算機網(wǎng)絡技術的緊密結(jié)合54l機構(gòu)機構(gòu)n中