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1、,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章 緒論,蘇小紅計(jì)算機(jī)學(xué)院,,教材:李東,孫長(zhǎng)嵩,蘇小紅,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)用教程,人民郵電出版社,2004年7月,參 考 書(shū),陳元琰,張曉竟,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)用技術(shù),科學(xué)出版社,2000David F. Rogers 著,石教英,彭群生等譯,Procedural Elements for Computer Graphics (Second Edition)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的算法基礎(chǔ),機(jī)械工業(yè)出版社,2002
2、孫家廣,楊長(zhǎng)貴,計(jì)算機(jī)圖形學(xué),清華大學(xué)出版社,1995唐榮錫,汪嘉業(yè),彭群生,汪國(guó)昭,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教程(修訂版),科學(xué)出版社,2000Donald Hearn, M. Pauline Baker, 計(jì)算機(jī)圖形學(xué),電子工業(yè)出版社,1998齊東旭,計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)原理與應(yīng)用,科學(xué)出版社,1998,第1章緒論,應(yīng)用領(lǐng)域,與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系,發(fā)展簡(jiǎn)史,研究?jī)?nèi)容,什么是計(jì)算機(jī)圖形學(xué),交互式計(jì)算機(jī)圖形處理系統(tǒng),什么是計(jì)算機(jī)圖形學(xué),C
3、omputer Graphics (CG),計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究怎樣用計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的一門(mén)學(xué)科。,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義: 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形,并在專門(mén)顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科。 它是建立在傳統(tǒng)的圖學(xué)理論、應(yīng)用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)上的一門(mén)邊緣學(xué)科。,圖形的構(gòu)成要素,廣義的概念幾何要素——幾何屬性點(diǎn)、線、面、體非幾何要素——視覺(jué)屬性明暗、灰度、色彩
4、、紋理、透明性、線型、線寬,研究?jī)?nèi)容,計(jì)算機(jī)對(duì)圖形數(shù)據(jù)處理的硬件和軟件圍繞著生成、表示物體的圖形的 準(zhǔn)確性->真實(shí)性->實(shí)時(shí)性 算法可大致分為以下幾類:,,,基于圖形設(shè)備的基本圖形元素的生成算法圖形的變換和裁剪自由曲線和曲面——計(jì)算幾何真實(shí)感圖形的生成算法三維幾何造型技術(shù)山、水、花、草、樹(shù)木、云、煙、火焰、雪景等模糊復(fù)雜景物的生成——分形幾何三維或高維數(shù)據(jù)場(chǎng)的可視化圖形的并行處理虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)
5、境——實(shí)時(shí)交互式三維圖形處理,與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系,CAD/CAM計(jì)算機(jī)藝術(shù)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)計(jì)算機(jī)視覺(jué),發(fā)展簡(jiǎn)史,準(zhǔn)備階段(50年代)1950年, MIT,第一臺(tái)圖形顯示器 ,旋風(fēng)I號(hào)(Whirlwind I)計(jì)算機(jī)的附件,類似于示波器的陰極射線管 (CRT) 。到50年代末期,MIT林肯實(shí)驗(yàn)室在“旋風(fēng)”計(jì)算機(jī)上開(kāi)發(fā)SAGE空中防御系統(tǒng),光筆,交互式圖形生成技術(shù)。,發(fā)展階段(60年代)MIT林肯實(shí)驗(yàn)室的I.E.Sutherland發(fā)表
6、了一篇題為“Sketchpad:一個(gè)人機(jī)通信的圖形系統(tǒng)”的博士論文,首次使用Computer Graphics術(shù)語(yǔ)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)之父。60年代中期,美國(guó)MIT、通用汽車(chē)公司、貝爾電話實(shí)驗(yàn)室、洛克希德飛機(jī)公司、法國(guó)雷諾汽車(chē)公司、英國(guó)劍橋大學(xué)隨機(jī)掃描顯示器,發(fā)展簡(jiǎn)史,推廣應(yīng)用階段( 70年代)基于電視技術(shù)的光柵掃描顯示器的出現(xiàn),圖形學(xué)進(jìn)入了第一個(gè)興盛的時(shí)期,并開(kāi)始出現(xiàn)實(shí)用的CAD圖形系統(tǒng)。眾多商品化軟件的出現(xiàn),使圖形標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題也被提
7、上議程。74年,美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)成立圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(ACM SIGGRAPH),系統(tǒng)實(shí)用化階段(80年代)80年代,超大規(guī)模集成電路的發(fā)展,奠定了物質(zhì)基礎(chǔ),工作站的出現(xiàn),促進(jìn)了圖形學(xué)的發(fā)展。,標(biāo)準(zhǔn)化智能化階段(90年代)朝著標(biāo)準(zhǔn)化、集成化和智能化的方向發(fā)展國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)公布的圖形標(biāo)準(zhǔn)也越多、且更加成熟,應(yīng) 用,圖形用戶界面,,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造——工業(yè)領(lǐng)域CAD/CAM是CG在工業(yè)界最廣泛、最
8、活躍的應(yīng)用領(lǐng)域。飛機(jī)、汽車(chē)、船舶、機(jī)電、輕工、服裝的外形設(shè)計(jì)集成電路、印刷電路板的設(shè)計(jì)建筑設(shè)計(jì)基于工程圖紙的三維形體重建,計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)——商業(yè)領(lǐng)域廣告設(shè)計(jì)電腦游戲卡通動(dòng)畫(huà)片影視特技,應(yīng) 用,計(jì)算機(jī)藝術(shù)——藝術(shù)領(lǐng)域齊東旭潘云鶴智能CAD,應(yīng) 用,應(yīng) 用,,過(guò)程控制石油化工、金屬冶煉、電網(wǎng)控制的工作人員根據(jù)設(shè)備關(guān)鍵部位的傳感器送來(lái)得圖像和數(shù)據(jù),對(duì)設(shè)備運(yùn)行
9、過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控機(jī)場(chǎng)、鐵路的調(diào)度人員通過(guò)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生運(yùn)行狀態(tài)信息來(lái)調(diào)整空中交通和鐵路運(yùn)輸,系統(tǒng)環(huán)境模擬飛行模擬艙——用光柵掃描器產(chǎn)生駕駛員在駕駛艙中預(yù)期所能看到的景象,對(duì)飛行員進(jìn)行單飛前的地面訓(xùn)練和飛機(jī)格斗訓(xùn)練等,應(yīng) 用,應(yīng) 用,,事務(wù)和商務(wù)數(shù)據(jù)的圖形顯示繪制表示經(jīng)濟(jì)信息的各類二、三維統(tǒng)計(jì)管理圖表信息可視化:信息流量,商業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),股市行情,應(yīng) 用,,地形地貌和自然資
10、源的圖形顯示地理信息系統(tǒng)(GIS)數(shù)字地球,地形數(shù)據(jù)作為載體,(70%)全球信息化.軍事,政府決策,旅游,資源調(diào)查。地理圖、地形圖、礦藏分布圖、氣象氣流圖、植物分布圖,應(yīng) 用,,科學(xué)計(jì)算的可視化不同于可視化計(jì)算(CT)醫(yī)學(xué)圖象重建,流場(chǎng)、湍流、激波、核爆模擬,有限元分析、氣象分析、天體物理、分子生物學(xué),多媒體應(yīng)用CAI, 教學(xué)娛樂(lè)。在計(jì)算機(jī)控制下,對(duì)多種媒體信息進(jìn)行生成、操作、表現(xiàn)、存儲(chǔ)、通信、或集
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