計算機圖形學(xué)第1章緒論課件

GIS計算機圖形學(xué)

第一章緒論1.1計算機圖形學(xué)的研究內(nèi)容1.2計算機圖形學(xué)的歷史回顧1.3計算機圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域1.4圖形設(shè)備1、專題圖件：地形圖、地貌圖、資源分布圖、旅游資源圖、土地利用現(xiàn)狀圖、管網(wǎng)分布圖等；2、照片、三維逼真圖形等；3、實體的視圖，如：機械零件的正視圖、側(cè)視圖等；4、抽象概念的形象表示：計劃圖、餅圖、統(tǒng)計曲線、流程圖等。

計算機圖形學(xué)研究怎樣通過計算機來產(chǎn)生圖形1、圖像處理（ImageProcessing）2、模式識別（PatternRecognition）3、計算幾何（ComputationalGeometry）與計算機圖形學(xué)密切相關(guān)的幾門學(xué)科是：圖像處理利用計算機對圖形和圖像進(jìn)行分析處理，繼而再現(xiàn)圖像。圖形（圖像）信息輸入計算機中，按照不同的應(yīng)用要求，計算機對圖像進(jìn)行各種各樣的分析和處理。例如，進(jìn)行圖像的存儲、壓縮、增強（突出某些特征）、復(fù)原（使模糊圖像清晰）、分割、重建、編碼、傳輸?shù)鹊?，最后把?jīng)過加工處理后的結(jié)果重新輸出。應(yīng)用實例：工業(yè)中射線探傷、人體的CT掃描、衛(wèi)星遙感以及資源勘測。現(xiàn)在圖像處理正從二維處理朝著三維圖像生成、立體成像、多種傳輸媒體等方向發(fā)展?；貓D像的模式識別所研究的問題與計算機圖形學(xué)所研究的問題是互逆的。模式識別是由圖像來獲得對圖像本身的描述。它是以圖像為依據(jù)，將圖像變換成數(shù)據(jù)、符號或者是抽象的圖。例如，自動分檢信封上的郵件編碼、文本自動閱讀裝置、還有地圖符號的識別，都是先由掃描得到圖像，然后經(jīng)識別還原為圖形或字符?；赜嬎銠C圖形學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系：計算機圖形學(xué)與圖像處理、模式識別、計算幾何這幾門相關(guān)學(xué)科之間正在不斷相互滲透、相互溝通，其學(xué)科界線也變得模糊起來。例如，計算機圖形學(xué)課程中往往要介紹參數(shù)曲線、曲面的數(shù)學(xué)表示；工程圖掃描輸入后要先用圖象處理技術(shù)提取畫面的特征信息，然后再用模式識別技術(shù)生成矢量形式的各種幾何元素。圖形系統(tǒng)的任務(wù)1.1計算機圖形學(xué)的研究內(nèi)容

1、二維圖形元素的生成算法

點、直線、圓、弧、規(guī)則曲線、自由曲線、文本等圖元的生成。

2、二維圖形的基本操作和圖形處理算法

對圖形的平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、鏡像、錯切等操作，此外還包括二維圖形的裁剪、多邊形填充以及二維圖形的布爾運算（并、交、差）等。

3、二維圖形的輸入輸出

用圖形輸入設(shè)備實現(xiàn)人機交互及用戶接口技術(shù)。當(dāng)前這一領(lǐng)域研究的前沿課題：1、圖形軟件與開發(fā)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化2、提高算法的可靠性和效率3、用并行處理技術(shù)提高真實感圖像的生成速度4、探討自然景象的模擬方法5、科學(xué)可視化1.2計算機圖形學(xué)的歷史回顧

1、1950年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）研制出第一臺圖形顯示器。旋風(fēng)1號的輸出設(shè)備，顯示簡單圖形，“被動”的圖形學(xué)SAGE，交互式計算機圖形系統(tǒng)的雛形2、60年代是計算機圖形學(xué)興起和確立的年代。1962年，美國麻省理工學(xué)院的IvenSutherland發(fā)表了題目為“Sketchpad：一個人機通信的圖形系統(tǒng)”的博士論文，在論文中他首次使用了“計算機圖形學(xué)”（ComputerGraphics）這個術(shù)語，從而確立了計算機圖形學(xué)作為一個嶄新的科學(xué)分支的地位。3、與此同時，美國、英國、法國在汽車和飛機制造領(lǐng)域?qū)τ嬎銠C圖形學(xué)開展了大規(guī)模研究。在計算機輔助設(shè)計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）中，一些相關(guān)的科研項目、商品化產(chǎn)品紛紛出現(xiàn)。4、80年代，計算機圖形系統(tǒng)迅速推廣應(yīng)用的年代。計算機圖形軟件功能開始部分地由硬件實現(xiàn)，尤其是微機的大面積推廣，進(jìn)一步拓寬了圖形學(xué)的研究和應(yīng)用5、90年代，隨著多媒體概念的提出計算機圖形學(xué)已成為計算機系統(tǒng)必不可少的一個組成部分，并且迅速投入使用中。一、計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）

1.3計算機圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域這是一個最廣泛、最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域，在機械、建筑、汽車、飛機、造船、電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。如機械結(jié)構(gòu)和零部件的設(shè)計，土木建筑工程及其圖紙的設(shè)計，汽車、飛機、輪船的外形設(shè)計，集成電路、印刷線路板的設(shè)計等。

CAD/CAM是高新技術(shù)，是先進(jìn)的生產(chǎn)力，它已經(jīng)并將進(jìn)一步給人類帶來巨大的影響和利益?，F(xiàn)在，CAD技術(shù)的水平已成為衡量一個國家工業(yè)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。二、科學(xué)計算可視化

研究如何將來自科學(xué)、工程、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的抽象數(shù)據(jù)用圖形表示的學(xué)科稱為科學(xué)計算可視化。用圖形來表示大量數(shù)據(jù)計算的結(jié)果或中間過程?？梢暬夹g(shù)發(fā)展很快，已廣泛應(yīng)用于流體力學(xué)、有限元分析、醫(yī)學(xué)、遙感等領(lǐng)域。例如：系統(tǒng)的描述；商業(yè)決策；天氣變化趨勢圖等。

四、事務(wù)管理和辦公自動化

在企事業(yè)行政管理中，存在著大量的圖表，如作業(yè)進(jìn)程表、生產(chǎn)產(chǎn)量表、庫存表、銷售統(tǒng)計圖、生產(chǎn)計劃表，以及統(tǒng)計分析方面的各種圖表。這些圖表都可以用計算機圖形技術(shù)產(chǎn)生的直方圖、餅圖和折線圖來表示。在辦公自動化方面，各國都非常重視。辦公自動化系統(tǒng)可以從聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫中，取出所需要的數(shù)據(jù)，用清晰明了的圖表在屏幕上顯示或在打印機、繪圖儀上輸出。五、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實又稱為虛擬環(huán)境，是指由計算機實時生成一個虛擬的三維空間。這個空間可以是小到分子、原子的微觀世界，或是大到天體的宏觀世界，也可以是類似于真實社會的生活空間。用戶可以在這個三維空間中“自由”地走動，隨意地觀察，并可以通過一些特殊的設(shè)備與所處的虛擬景物進(jìn)行交互操作。

交互是多通道的、自然的，用來傳遞的信息可以是某個操作、一個手勢、一個眼神，也可以是一個表情等。在此環(huán)境中，用戶看到的是由計算機生成的逼真圖像，聽到的是虛擬環(huán)境中的聲音，身體可以感受到虛擬環(huán)境所反饋的作用力，由此產(chǎn)生身臨其境的感覺。六、過程控制和指揮系統(tǒng)

將各種實時過程的重要參數(shù)，如火箭的運行狀態(tài)，煉油廠、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)送來的壓力、溫度、電壓、電流等數(shù)據(jù)傳送到計算機，用圖形方式進(jìn)行顯示，管理人員對圖形進(jìn)行監(jiān)控，并對異常情況作