计算机图形学之 分形几何
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关于计算机图形学的期末论文计算机图形属于一门计算机技术,计算机图形学是一种使用数学算法把二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。
下面是店铺为大家整理的关于计算机图形学的论文,希望能对大家有所帮助计算机图形学的论文篇一:《关于计算机图形学的发展及应用探究》【摘要】计算机图形学经过三十多年的发展,在计算机艺术、计算机动画、自然景物仿真、图形实时绘制的方面都有很大程度的成就。
图形学发展速度很快,并且已经成为一门独立的学科,应用前景非常广阔,本文就计算机图形学的发展及应用研究探讨,希望能帮助有所需要的人。
【关键词】计算机图形学;发展状况;应用什么是计算机图形学?简单地说,计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。
计算机图形学又称CG,计算机图形学研究的是如何在计算机环境下生成图形、处理图形、显示生成图形的一门学科,其基本构成是逐步实现对图形的处理和设计工作。
计算机图形学研究的内容极其繁多,如曲线曲面建模、图像制作指标、人机交换系统、计算机的硬件系统、风景渲染、电子动画、图形交换技术、真实感图形显示算法、虚拟现实、图形硬件等。
随着该项技术的不断发展,它在计算机科学中最为活跃的分支之一,并得到广泛的应用。
现在介绍计算机图形学的研究内容、发展历史、应用和图形学前沿的方向。
一、计算机图形学的发展史20世纪50年代,第一台拥有图形显示技术的计算机在美国麻省理工学院诞生,该显示器只能显示一些简单的图形。
在50年代,只有电子管计算机,用机器语言编程,主要应用于科学计算,为这些计算机配置的图形设备仅具有输出功能。
1962年,MIT林肯实验室的I-van.E.Sutherland发表一篇博士论文,他在论文中首次使用了计算机图形学“ComputerGraphics”这个术语,确定了计算机交互图形学作为一个崭新的科学分支的独立地位。
到20世纪70年代,光栅图形学迅速发展,区域填充、裁剪、消隐等基本图形的概念及其相应算法纷纷诞生,使得图形学得到了广泛的应用。
计算机图形学孙家广CONTENTS •计算机图形学概述•图形生成技术•图形变换与裁剪•颜色模型与光照模型•图形用户界面设计•计算机动画技术•计算机图形学前沿技术01计算机图形学概述计算机图形学定义与发展定义计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图形的一门科学,它涉及计算机科学、数学、物理学、心理学等多个领域。
发展历程从20世纪50年代的简单图形绘制,到60、70年代的光栅扫描显示和三维图形技术,再到80、90年代的图形处理单元(GPU)和虚拟现实技术的发展,计算机图形学经历了飞速的发展。
计算机图形学应用领域计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)利用计算机图形学技术进行产品设计、模拟和分析,提高生产效率和产品质量。
影视娱乐计算机图形学技术在电影、游戏等娱乐领域的应用,创造逼真的虚拟世界和角色。
数据可视化将大量数据通过图形的方式呈现出来,帮助人们更好地理解和分析数据。
虚拟现实与增强现实通过计算机图形学技术构建虚拟环境或增强现实场景,为用户提供沉浸式的交互体验。
包括图形处理器(GPU )、显示设备(如显示器、投影仪等)和输入设备(如鼠标、键盘、触摸屏等)。
图形硬件包括操作系统中的图形子系统、图形库和图形应用程序等,提供图形生成、处理和显示的功能。
图形软件包括光栅化、纹理映射、光照模型、阴影生成等算法,用于实现各种图形效果。
图形算法包括二维图形、三维模型、图像等数据,作为计算机图形系统的输入和输出。
图形数据计算机图形系统组成02图形生成技术包括数值微分法(DDA)和Bresenham算法等,用于在像素网格上精确或近似地绘制点和直线。
涉及中点圆生成算法和参数化椭圆生成方法等,用于生成各种大小和位置的圆和椭圆。
包括扫描线填充算法、边界填充算法等,用于对多边形内部进行颜色填充。
点和直线的生成算法圆和椭圆的生成算法多边形的填充算法基本图形生成算法曲线曲面生成技术参数曲线曲面使用参数化表示方法,如Bezier曲线和曲面、B样条曲线和曲面等,能够描述复杂的曲线和曲面形状。
在数学和计算机科学领域中,Python编程语言被广泛应用于解决各种复杂的问题。
今天,我将为您介绍一个有趣的主题——谢尔宾斯基三角形,并探讨如何使用Python来生成和可视化这个数学形式。
1. 谢尔宾斯基三角形的概念谢尔宾斯基三角形是由波兰数学家瓦茨瓦夫·谢尔宾斯基于1915年首次引入的一种几何图形。
它是一个自相似的三角形,通过不断地对其三边的中点连接成新的三角形,形成了无穷尽的谢尔宾斯基三角形。
这个概念在分形几何学中具有重要意义,也是计算机图形学中常见的图形之一。
2. 使用Python生成谢尔宾斯基三角形在Python中,我们可以使用递归的方法来生成谢尔宾斯基三角形。
我们可以定义一个函数,该函数接受一个三角形的顶点坐标作为参数,然后通过递归调用自身,不断地将三角形分割成更小的三角形。
在每一步中,我们都可以根据分割后的三角形来绘制图形,最终得到谢尔宾斯基三角形的图像。
3. 可视化谢尔宾斯基三角形使用Python的matplotlib库可以方便地实现谢尔宾斯基三角形的可视化。
我们可以将生成的三角形坐标点进行绘制,并且通过适当的设置和美化,可以得到令人赏心悦目的谢尔宾斯基三角形图像。
通过这种方法,我们可以直观地感受到谢尔宾斯基三角形的自相似性和美妙之处。
4. 总结与回顾通过本文的介绍,我们不仅了解了谢尔宾斯基三角形的基本概念,还学习了如何使用Python来生成和可视化这个数学形式。
通过对谢尔宾斯基三角形的探索,我们对分形几何学和计算机图形学有了更深入的了解,也加深了对Python编程语言的应用和理解。
5. 个人观点与理解作为一个文章写手,我对谢尔宾斯基三角形深深地着迷。
它的简洁优美和自相似性给人留下了深刻的印象。
通过Python编程,我们不仅可以生成和可视化谢尔宾斯基三角形,还可以进一步探索其数学和几何特性。
这种结合数学和编程的方法不仅能够提升我们的计算机素养,还能够拓宽我们的数学视野,让我们更深入地思考抽象问题。
目录•数学之美与趣味性•数字与运算的奥秘•图形与空间的探索•数学逻辑与推理的乐趣•数学在现实生活中的应用数学之美与趣味性数学中的对称与和谐对称性的定义与性质01在数学中,对称性是指图形或数学结构在某种变换下保持不变的性质。
对称性不仅体现在几何图形中,还广泛存在于函数、方程等领域。
对称性的应用02对称性在数学中有着广泛的应用,如利用对称性简化计算、证明定理等。
同时,对称性也是自然界中一种普遍存在的现象,如雪花、蝴蝶等都具有对称性。
和谐的数学结构03数学中存在着许多和谐的结构和关系,如欧拉公式、勾股定理等。
这些结构和关系不仅具有内在的逻辑美,还能激发人们对数学的兴趣和热爱。
黄金分割与斐波那契数列黄金分割的定义与性质黄金分割是指将一条线段分割为两部分,使得较长部分与较短部分之比等于整条线段与较长部分之比。
黄金分割具有独特的美感和广泛的应用价值。
斐波那契数列的定义与性质斐波那契数列是一个著名的数列,它的每一项都是前两项的和。
斐波那契数列与黄金分割有着密切的联系,其相邻两项之比趋近于黄金分割比。
黄金分割与斐波那契数列的应用黄金分割和斐波那契数列在自然界和艺术中都有广泛的应用。
例如,许多植物的花瓣数目符合斐波那契数列的规律;在建筑和设计中,黄金分割被用来创造和谐的比例和美感。
分形几何与自然界中的美分形几何的定义与性质分形几何是一种研究不规则、破碎的几何形状的数学分支。
分形具有自相似性和无限精细的结构,能够揭示自然界中许多复杂现象背后的数学规律。
自然界中的分形现象自然界中存在着许多分形现象,如海岸线、山脉、云朵等。
这些现象的分形特征使得它们具有独特的美感和无穷的变化性。
分形几何的应用分形几何在图像处理、计算机图形学等领域有着广泛的应用。
同时,分形艺术也成为一种独特的艺术形式,通过分形算法创造出绚丽多彩的视觉效果。
趣味数学游戏与谜题数学游戏数学游戏是一种寓教于乐的方式,通过游戏的形式激发孩子们对数学的兴趣和热爱。
简述科赫法则的基本内容科赫法则,又称为科赫曲线,是一种分形几何中的重要概念。
它由波兰数学家维尔纳·冯·科赫于20世纪初提出,被广泛应用于数学、物理、计算机图形学等领域。
科赫法则的基本内容是通过无限次迭代的方式,将一条线段分割成若干段等长的线段,并在每个等分点处添加一个等边三角形,再对每个等分线段重复进行相同的分割和添加,从而得到一个无限细分的曲线。
这条曲线具有自相似性和无穷长度的特点。
科赫法则的具体实现可以通过迭代和递归的方法来实现。
首先,从一条线段开始,将它分成三个等长的线段,然后在中间的线段上添加一个等边三角形。
接下来,对剩余的两个线段分别进行相同的操作,再次将它们分成三个等长的线段,并在中间的线段上添加一个等边三角形。
如此反复进行下去,直到无限次迭代。
最终,得到的曲线就是科赫曲线。
科赫曲线的特点之一是自相似性。
无论我们选择曲线的任何一部分,都可以发现它们的形状与整条曲线是相似的。
这意味着曲线的局部结构与整体结构具有相同的特征,从而呈现出无限的细节和复杂性。
这种自相似性使得科赫曲线成为了一种具有美学价值的图形。
另一个特点是科赫曲线的无穷长度。
虽然曲线的初始线段长度是有限的,但通过无限次迭代,曲线的长度会无限增长。
这是因为每次迭代都会在曲线的每个线段上添加新的线段和三角形,使得曲线的长度越来越大。
这种无穷长度的特性使得科赫曲线成为了一种抽象的数学概念,超越了我们通常对线段长度的理解。
科赫曲线的应用十分广泛。
在数学领域,科赫曲线被用作研究分形几何的基础,揭示了自然界中很多复杂结构的形成原理。
在物理学中,科赫曲线被用来描述各种分形结构,如海岸线的形状、树叶的纹理等。
在计算机图形学中,科赫曲线被用来生成各种复杂的图形和模式,如分形艺术、自然景观的模拟等。
除了科学研究和艺术创作外,科赫曲线还具有一些实际应用。
例如,在电子设备的电路板设计中,科赫曲线可以用来设计高频电路的导线路径,以减少信号的衰减和干扰。
北方工业大学硕士学位论文题目:分形图形生成的方法和表现北方工业大学_____计算机应用技术____学科学科带头人(签字)___________年月日学位论文任务书研究生:黄波___信息工程___ _____学院_________计算机应用技术 _____专业_______ _____计算机图形学_________研究方向论文题目:___分形图形生成的方法和表现_________ (_2003__年__1__月__15_日经院学术委员会批准)选题的来源、意义和价值:分形理论新颖的指导思想和独特的分析方法被很多学科竞相引入 ,如何利用计算机生成比较理想的分形图形的成为一个备受关注的新课题。
本课题的研究旨在结合分形几何学和计算机图形学理论 ,部分解决非规整形状图形的计算机描述和处理方法,可以提供两个层次的研究结果:第一个层次是理论结果,第二个层次是利用新迭代格式生及规则生成不同的分形图形并实现对图形的组合及存储的软件系统。
将系统生成的分形图形用于信息加密防伪、电影、动画分形场景、分形纹样设计及建筑设计等领域,有很好的应用前景。
学位论文工作自__2002_年___11_____月____15____日起至____2004 _年___5_____月___28____日止呈交学位论文日期____2004__ __年___5_ ___月___28 __日答辩日期_2004__年___6___月__21_____日导师(签字):____________独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北方工业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名:签字日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北方工业大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。