計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課件第一章.ppt

1、2020/7/30，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，書(shū)畫(huà)大學(xué)數(shù)學(xué)和電腦學(xué)院，教師：陳紅電子郵件：Chen honghong _，第一章概述，教育目的：牙齒一章主要介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)概念，發(fā)展藥劑師，應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)牙齒章節(jié)的學(xué)習(xí)，應(yīng)該熟悉圖形的概念，簡(jiǎn)單理解圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)的區(qū)別。注：牙齒章節(jié)的內(nèi)容包括：了解內(nèi)容、介紹知識(shí)屬性、教育內(nèi)容3360、1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理1.2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史1.3計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用1.4計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展趨勢(shì)、1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理、1、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)1、概念2、研究?jī)?nèi)容2、圖形的基本術(shù)語(yǔ)1 2、圖形元素和表示3、圖形元素和表示3專用設(shè)備上顯示的原理、方法和技

2、術(shù)的學(xué)科。也就是說(shuō)，使用計(jì)算機(jī)通過(guò)算法和程序在顯示器設(shè)備上創(chuàng)建圖形。換句話說(shuō)，圖形不是通過(guò)相機(jī)或掃描儀等設(shè)備輸入的圖像，而是通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和構(gòu)造的。設(shè)計(jì)和構(gòu)成的圖形可以是現(xiàn)實(shí)世界中已經(jīng)存在的物體的圖形，也可以顯示完全虛構(gòu)的物體。因此，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)物理或虛擬對(duì)象的圖形合成技術(shù)。2，研究?jī)?nèi)容，電腦處理圖形是電腦應(yīng)用歷史上的重大變化，也是多媒體信息處理中以視覺(jué)為主的處理技術(shù)的突破。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)初期，計(jì)算機(jī)處理圖形問(wèn)題(如幾何圖形、幾何數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)方程式)，解決計(jì)算機(jī)輔助工程制圖和電腦自動(dòng)繪制等問(wèn)題。但是，目前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)問(wèn)題與以往不同。已經(jīng)成為各應(yīng)用領(lǐng)域不可缺少的技術(shù)牙齒，成為圖像處理、模式識(shí)別、

3、CAD/CAM、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、多媒體技術(shù)等各學(xué)科的技術(shù)基礎(chǔ)。研究?jī)?nèi)容、圖形輸入利用圖形輸入設(shè)備和軟件等開(kāi)發(fā)將圖形導(dǎo)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種處理的方法。(威廉莎士比亞、圖形、圖形、圖形、圖形、圖形、圖形、圖形、圖形)圖形處理包括圖形轉(zhuǎn)換(幾何轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換)和計(jì)算(聚合運(yùn)算)、著色、轉(zhuǎn)換等圖形輸出如何將圖形特定表示轉(zhuǎn)換為圖形輸出系統(tǒng)可以輕松接受的表示法；以及研究如何將要處理的圖形導(dǎo)入計(jì)算機(jī)。2)用于在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行各種處理的算法：在顯示器或其他輸出設(shè)備上生成圖形的各種算法3)研究圖形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：在電腦內(nèi)表示圖形的方法研究4)圖形的轉(zhuǎn)換：圖形的各種幾何轉(zhuǎn)換研究5)圖形計(jì)算：包括圖形分解組合6)圖形語(yǔ)言：具有各

4、種圖形處理功能的語(yǔ)言研究7)；圖形的圖形是從客觀世界的物體中抽象出來(lái)的灰度圖像或色彩，具有圖形的圖形或形狀。圖形的概念在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中是廣泛的概念，既包括說(shuō)明性圖形又包括自然圖形。為了說(shuō)明圖紙，這是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)初期重點(diǎn)解決的問(wèn)題。它包含各種幾何圖形、函數(shù)、代數(shù)方程式、用表達(dá)式描述的圖形，這也是通常稱為圖形的概念。但是，當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)處理的范圍比用數(shù)學(xué)方法描述的圖形要大得多。這從純粹的“圖片”概念進(jìn)入了“形狀”的深度。因此，從廣義上說(shuō)，還包括自然圖形，分別是圖片、圖片、圖案、圖像和體形圖元。這些自然圖形可從各種輸入介質(zhì)(如相機(jī)、相機(jī)、掃描機(jī)等)中獲得。與貼花相關(guān)的術(shù)語(yǔ)包括圖形、圖像、貼花、圖案

5、、圖標(biāo)、圖表和貼花。，圖形：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象是人的視覺(jué)系統(tǒng)中能產(chǎn)生視覺(jué)印象的客觀對(duì)象是自然景物、拍攝的圖片、用數(shù)學(xué)方法描述的圖形等圖形的特征幾何要素：描述對(duì)象的輪廓、形狀等非幾何要素：描述對(duì)象的顏色、材質(zhì)等圖形的表達(dá)方法光柵表示圖形中的所有點(diǎn)，姜潮都是縮寫(xiě)圖像(數(shù)字圖像)2、圖面的圖征和表現(xiàn)法、3、產(chǎn)生圖面的方式以及產(chǎn)生圖面的方式。在被動(dòng)圖形生成過(guò)程中，工作人員不能操作和控制圖形。在初始電腦映射系統(tǒng)和某些固定顯示器節(jié)目交互中，允許操作員以某種方式(交互方式或命令方式)控制和操作圖形生成過(guò)程，從而生成、顯示和修改圖形，直到滿足要求。這是當(dāng)前常用的圖形系統(tǒng)和處理方法，因此稱為交互式圖形處理。

6、3、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理，以及與當(dāng)前圖形信息的電腦處理相關(guān)的電腦分支學(xué)科圖像處理模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。數(shù)字圖像、數(shù)據(jù)模型、圖像創(chuàng)建(計(jì)算機(jī)圖形學(xué))、模型(特征)提取(計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別)、模型轉(zhuǎn)換(計(jì)算幾何)、圖像轉(zhuǎn)換(圖像處理)、開(kāi)發(fā)特征3333(這是景物或圖像的分析技術(shù)，研究計(jì)算機(jī)圖形學(xué)逆過(guò)程，包括圖像增強(qiáng)、模式識(shí)別、景物分析、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等。)研究連續(xù)圖像采樣和量化以生成數(shù)字圖像、轉(zhuǎn)換數(shù)字圖像以便于處理、過(guò)濾圖像中不必要的噪聲、壓縮圖像數(shù)據(jù)以進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸、圖像邊緣提取、功能增強(qiáng)和提取方法。、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和模式識(shí)別：模式識(shí)別、圖形信息的電腦識(shí)別和分析說(shuō)明、從圖形(圖像)到說(shuō)明表達(dá)的過(guò)程

7、。分析和識(shí)別輸入圖像以及提取二維或三維數(shù)據(jù)模型(特征)的圖形學(xué)反向過(guò)程。手寫(xiě)體識(shí)別，機(jī)器視覺(jué)。、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(CG)主要研究圖形的電腦生成和基本圖形操作。計(jì)算機(jī)根據(jù)對(duì)對(duì)象(實(shí)際形體或抽象對(duì)象)的描述，從這些非圖形信息生成該對(duì)象的圖形輸出。這是從數(shù)據(jù)描述到圖形生成的過(guò)程。、計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)(CAGD)、計(jì)算機(jī)的幾何表示、分析、幾何數(shù)學(xué)模型設(shè)置方法、提高算法效率，以及如何在電腦中更好地存儲(chǔ)和管理這些模型。研究曲線、曲面的表達(dá)、生成、連接和數(shù)據(jù)擬合。下表說(shuō)明了圖形和圖像處理的區(qū)別和特征。1.2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展的簡(jiǎn)要?dú)v史，1，歷史跟蹤2，硬件開(kāi)發(fā)1，圖形顯示器開(kāi)發(fā)2，圖形輸入設(shè)備開(kāi)發(fā)3

8、，繪圖軟件和軟件標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)，1，歷史跟蹤，計(jì)算機(jī)圖形開(kāi)發(fā)歷史必須追溯到50年，其發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)時(shí)期，即發(fā)芽期。60年代發(fā)電機(jī)：70年代普及率：80年代升級(jí)機(jī)：90年代，歷史追蹤，1950年，MIT，旋風(fēng)1號(hào)(Whirlwind I計(jì)算機(jī)的圖形顯示器，顯示與示波器CRT類似的簡(jiǎn)單圖形)。- CRT的出現(xiàn)提供了在計(jì)算機(jī)上生成和顯示圖形的可能性。20世紀(jì)50年代末，Mit Lincoln University在Whirlwind開(kāi)發(fā)了SAGE空中防御系統(tǒng)，通過(guò)光筆對(duì)屏幕指指點(diǎn)點(diǎn)，與系統(tǒng)進(jìn)行了交互。-意味著交互式圖形技術(shù)的誕生。歷史追蹤，1962年麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室Ivan。E.Sutherland

9、的博士論文：Sketchpad:人機(jī)通信的圖形系統(tǒng)。-將交互圖形標(biāo)識(shí)為學(xué)科分支(基本交互技術(shù)、實(shí)體分層表示概念和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建議)。60年代：MIT、貝爾實(shí)驗(yàn)室、通用汽車公司和劍橋大學(xué)進(jìn)行大規(guī)模研究。20世紀(jì)60年代成立及開(kāi)發(fā)70年代進(jìn)入技術(shù)實(shí)用化，但20世紀(jì)80年代初，由于圖形硬件設(shè)備非常昂貴，基于圖形的應(yīng)用相對(duì)較少，圖形學(xué)仍然是很小的規(guī)模。之后情況發(fā)生了變化。1、圖形顯示器發(fā)展，圖形顯示器是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中關(guān)鍵的設(shè)備60年代中期：線繪制顯示器(也稱為矢量顯示器)需要刷新。設(shè)備昂貴，限制普及是60年代后期：不需要存儲(chǔ)管顯示器更新，價(jià)錢(qián)，缺點(diǎn)是沒(méi)有動(dòng)態(tài)修改圖形功能，不適合對(duì)話式。20世紀(jì)70年代初，

10、刷新光柵掃描顯示器以光柵格式表示圖形，使用專用緩沖區(qū)，視頻控制器負(fù)責(zé)刷新掃描。極大地促進(jìn)了交互式圖形技術(shù)的發(fā)展。開(kāi)發(fā)圖形顯示器設(shè)備、線繪制顯示器(矢量顯示器/隨機(jī)掃描顯示器)、存儲(chǔ)管顯示器、刷新的光柵掃描顯示器、2、開(kāi)發(fā)圖形輸入設(shè)備、第1步：控制開(kāi)關(guān)、穿孔紙等第2步：鍵盤(pán)第3步：二維市場(chǎng)定位設(shè)備(例如鼠標(biāo)) 三種茄子類型的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)軟件系統(tǒng)：(1)以圖形內(nèi)核系統(tǒng)(:gks)程序?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)交互圖形系統(tǒng)(PHIGS)等語(yǔ)言編寫(xiě)的子節(jié)目軟件包效率低下；(2)通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言擴(kuò)展特點(diǎn)：簡(jiǎn)潔、緊湊、執(zhí)行速度快，但不能移植(3)專用圖形系統(tǒng)的特點(diǎn)：效率高，但系統(tǒng)開(kāi)發(fā)量大，移植性差。發(fā)展過(guò)程、后分離主義、標(biāo)準(zhǔn)

11、討論、標(biāo)準(zhǔn)形成、繪圖軟件發(fā)展和軟件標(biāo)準(zhǔn)形成、通用設(shè)備無(wú)關(guān)圖形軟件包、圖形標(biāo)準(zhǔn)3360gks(圖形內(nèi)核系統(tǒng)) (第一次正式標(biāo)準(zhǔn)，1977)程序?qū)拥湫偷膽?yīng)用程序包括：電腦輔助繪圖和設(shè)計(jì)事務(wù)管理中的交互式圖形科學(xué)計(jì)算可視化過(guò)程控制計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)和廣告電腦藝術(shù)辦公自動(dòng)化和電子出版系統(tǒng)等地形和自然資源圖形顯示器，應(yīng)用示例：圖形用戶界面、人員和電腦之間、人員和機(jī)器的通信、人機(jī)接口(HCI):軟件硬件開(kāi)發(fā)：由指示燈和機(jī)器開(kāi)關(guān)組成的操作界面終端和鍵盤(pán)(80年代)組成的各種文字接口輸入科學(xué)計(jì)算型無(wú)處不在電腦，人機(jī)融合，提高交互效率。CAD/CAM、圖形的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。建筑、機(jī)械結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)(結(jié)構(gòu)分析和外觀設(shè)計(jì)

12、)、布局(各種管道、電路)Boeing 777，無(wú)紙化設(shè)計(jì)Autocad、ghcad、SolidWorks、pro/e、ug、CATIA、MDT、teapot、blending of the modeling、可視化、科學(xué)視覺(jué)效果醫(yī)療圖像重建、遙感、流場(chǎng)、氣象、核爆炸模擬、有限元分析信息可視化：信息流量、業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)地理圖形上建立的各種資源的統(tǒng)一信息管理系統(tǒng)數(shù)字地球、地形數(shù)據(jù)載體；(70)在全球信息化軍事、政府決策、旅游、資源調(diào)查多媒體電腦控制下創(chuàng)建、運(yùn)行各種媒體信息，娛樂(lè)，電腦游戲?qū)崟r(shí)強(qiáng)制性包括高級(jí)圖形處理技術(shù)電視廣告，節(jié)目編頭，科教演示(CAI) Quake III，“古墓麗影”，“侏羅紀(jì)公園”，“皇帝的新衣”，“完美風(fēng)暴瑪雅，3D-Max”金氧化王弼模擬和自然媒體模擬技術(shù)分形藝術(shù)、Virtual Reality、Virtual Reality或虛擬環(huán)境使用電腦技術(shù)生成逼真的三維視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)或嗅覺(jué)，規(guī)則體形：歐氏幾何體方法不規(guī)則體形：分形幾何體方法粒子系統(tǒng)材質(zhì)貼圖，一，建模技術(shù)，建模技術(shù)，實(shí)體建模要生成基于物理建模的圖像的建模圖形，首先需要構(gòu)建由計(jì)算機(jī)中幾何