计算机图形学基本知识

• 在美国工业界，研制交互式图形显示器的工作也同时 开展，其中所起作用最重要的是IBM公司 1. 在1964年秋， IBM公司推出了IBM 2250显示器。 2. 洛克希德飞机公司• 利•用IBM 2250施行开发的 3. CADAM绘图加工系统，成为目前IBM主机上应 4. 用最广的CAD/CAM软件。 2. IBM 2250在1978年前后改型为IBM 3250，1984年 3. 又改型为IBM 5080，采用光栅扫描技术 。 3. 20世纪60年代末和70年代初，美国Tektronix公司 4. 发展了存储管技术。 4. 由于大规模集成电路技术的发展和专用图形处理 5. 芯片的出现，光栅扫描型显示器的质量越来越好， 6. 价格越来越低，已成为图形显示器的常规形式。
• 在图形显示技术发展的历程中，需要强调两家公司的产品，
这就是Evans & Sutherland公司的PS 300型和Silicon
Graphics公司的IRIS型显示设备。
1. PS 300采用数据驱动式原• 理• ；图形处理中的矩阵运算
2. 和其他基本算法使用3个位片处理机组成的流水线。
3. 三维物体轮廓线的显示亮度可以随距离远近而变化，离
2) 3)全电子式坐标数字化仪 4)三维数字化仪
4. 光笔
5. 触摸屏:
wenku.baidu.com1) 电阻式和电容式 2)红外线式
4. 眼睛越远的部分线条越淡，这样可更好地体现出立体图
5. 的真实感。
2. Silicon Graphics公司的IRIS工作站采用数字成像工作原
3.
理。此后，其他公司纷纷效仿。这种持续不断的提高显
4.
示画面质量、加快交互速度的努力会继续进行，必将进
5.
一步推动计算机图形学技术的飞速发展。
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Whirlwind: early graphics using VectorScope (1951)
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• 计算机图形学：是研究怎样用计算机表示、生成、 处理和显示图形的一门学科。
图形按基本的处理技• 术•划分只有两类：
1. 线条，如工程图、地图、曲线图表等 2. 明暗图，与照片相似 • 几个计算机图形学的相关概念 ： 1. 计算机图形 ：用计算机表示、生成、处理和 显示的对象。由几何数据和几何模型利用计算 机进行存储、显示，并修改、完善后形成。
first CAD system (IBM 1959)
Spacewars: first computer graphics game (MIT 1961) SketchPad: first interactive graphics (1961)
随着计算机图形学的不断发展，它的应用范围也日趋 广泛。目前，计算机图形学应用领域主要有以下几种:
• 4图.形输常入用设的备有的扫功描能仪可和分摄为像6类机：。 1. 确定点坐标即定位 2. 确定一系列点的坐标即笔划 3. 确定数值 4. 进行选择 5. 进行图形识别 6. 识别字符串
• 几种主要图形输入设备
1. 键盘
2. 鼠标 :
1)光电式鼠标
• • 2)机械式鼠标
3. 坐标数字化仪:
1) 机械式坐标数字化仪 2)超声波式坐标数字化仪
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⒉ 计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 交互图形工作站在机械、电子、建筑等行业中迅速取
代绘图板加丁字尺的传统设计方法，担负起繁重的日常绘 图任务、总体方案的优化、•细节• 设计等工作。
机械CAD系统所生成 的零件、装配件
⒉ 计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) (续)
2. 图像处理 ：将客观世界中原来存在的物体的 影像处理成新的数字化图像的相关技术，如 CT扫描、X射线探伤等
3. 模式识别 ：对所输入的图像进行分析和识 4. 别，找出其中蕴涵的内在联系或抽象模型， 5. 如邮政分拣、地形地貌识别等 4. 计算几何 ：研究几何• 模•型和数据处理的学 5. 科，探讨几何形体的计算机表示、分析和 6. 综合
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⒊ 地形地貌和自然资源图 我国正在筹建国土基础信息系统，此系统是国家 经济信息系统的组成部分。
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成三维的地形地貌图
⒋ 计算机动画和艺术 计算机动画已经成为计算机图形学的一个分支，并逐 步进入实用阶段。
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1996 Independence Day 因起可视效果获
oscar.
Toy Story 成为第一 部全三维计算机动画 特点的电影
⒌ 分析计算及视图中的应用 既可用二维曲线图表和三维模型，也有彩色高维几何表示
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⒌ 分析计算及视图中的应用(续)
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• 常用的图形输入设备分为两种： 1. 向量型图形输入设备 2. 它采取跟踪轨迹、记录坐标点的方法输入图形。 3. 常用的有数字化仪• 、•鼠标器、光笔等。 2. 光栅扫描型图形输入设备 3. 它采取逐行扫描、按一定密度采样的方式输入图 形。
⒈ 用户接口
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⒉ 计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)
⒊ 地形地貌和自然资源图
⒋ 计算机动画和艺术 ⒌ 分析计算及视图中的应用 6. 游戏
⒈ 用户接口 Macintosh微机首先在商品化产品上用形象的图形表
示操作命令，使得普通用户也会用计算机画图、作日常 计算，打破了人们对操作计•算机• 所持的神秘感。图文形 式相结合大大改善了计算机交互操作的用户界面，开辟 了计算机应用的很多新领域。
计算机图形
数
计算几何
据
模
型
数 字 图 像
模型识别
图像处理
• 计算机图形学的研究起源于美国麻省理工学院,从20世 纪50年代初期到60年代中期，美国麻省理工学院积极 从事现代计算机辅助设计/制造技术的开拓性研究。 1. 1952年，在该校诞生了• 世•界上第一台数控铣床的原型。 2. 随后，麻省理工学院发展了APT，这演变成国际上最 3. 通用的加工编程工具。 3. 1964年，孔斯(Steve Coons)在麻省理工学院提出了用 4. 小块曲面片组合表示自由型曲面时使曲面片边界达到 5. 任意高次连续阶的理论，此方法得到工业界和学术界 6. 的极大推崇，称之为孔斯曲面。 4. 1962年第一台光笔交互式图形显示器在美国麻省理工 5. 学院林肯实验室研制成功，