01 第一章 计算机图形学简介.pptx

第1页：第1章 计算机图形学简介

计算机图形学讲义 第1章 计算机图形学简介

第2页：应用领域：CAD/CAM

1 应用领域

• CAD&CAM：计算机辅助设计与制造

第3页：科学计算可视化

• 科学计算可视化 Visualization

将科学计算过程与结果中的数据转换为图形、图像，便于观察与分析。

第4页：医学可视化

• 医学可视化

对CT、MRI等医学影像数据进行三维重建与可视化显示，辅助诊断与手术规划。

第5页：虚拟现实

• 虚拟现实 Virtual reality：用户可在其中自由运动，随意观察周围的景物，并通过一些特殊的设备与虚拟物体进行交互操作。

第6页：动画

• 动画 Animation：利用图像序列，产生物体运动的视觉效果的一种技术。

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第16页：程序演示

程序演示

第17页：计算机图形学的概念

计算机图形学（Computer Graphics）

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。

第18页：图形学相关概念辨析

几个计算机图形学的相关概念：

1. 图像处理

将对图像进行加工，比如压缩、去噪、边缘增强等。

2. 模式识别

对所输入的图像进行分析和识别，如车牌号码识别、地形地貌识别等。

3. 计算几何

研究几何模型和数据处理的学科，探讨几何形体的计算机表示、分析和综合。

第19页：数字成像的一般处理过程

1. 建立模拟对象的几何模型，一般用多面体进行逼近。
2. 将多个物体进行组装，施加平移、旋转和伸缩变换，形成整体模拟环境。
3. 根据观察点的位置与视线方向确定显示范围，用上下左右前后6个面规定，并根据显示范围进行图形裁减。
4. 旋转坐标轴使得z轴的方向与视线方向相同（只要忽略z坐标即可进行平行投影变换）。
5. 根据z坐标进行线面消隐。
6. 根据光照模型确定物体可见表面的亮度和色彩。
7. 化为显示器上的坐标，显示所有可见单元。

第20页：计算机图形学的主要内容

3 计算机图形学的主要内容

• 图形系统：点
• 线、面
• 立体
• 变换
• 投影
• 裁剪消隐
• 真实感图形
• 动画

第21页：图形系统的组成

4 图形系统

一、图形系统组成

• 图形硬件系统：主机、显示器、各种输入输出设备等
• 图形软件系统：应用软件、支撑软件等
• 用户：操纵计算机的人

第22页：图形硬件的组成

图形硬件 = 输入 + CPU + 内存 + 帧缓存 + 输出

Input devices → Image formed in FB → Output device

第23页：图形支撑软件的三个层次

图形支撑软件可分为三个层次：

1. 第一层次面向系统
2. 第二层次既面向系统又面向用户，如 CGI
3. 第三层次面向用户，如 OpenGL、DirectX

第24页：图形应用接口API

图形支撑软件第三层次：功能子程序

• 图形应用接口 API：图形库

第25页：OpenGL、DirectX、Java3D

OpenGL

由若干个函数库组成，包括基本图形元素的生成；基本图形元素的几何变换、投影变换、窗口裁剪等；自由曲线曲面处理、隐藏线、隐藏面消除以及具有光照颜色效果的真实图形显示；自然界效果（如云彩、薄雾、烟霭）的景象生成等。

DirectX

是一种图形应用程序接口API，包含 DirectDraw、Direct3D、DirectSound、DirectInput、DirectPlay 等多个组件。

Java3D

是一种功能完备、通用性强的编程语言。作为一种面向对象的高层API，具有高度的移植性。

第26页：OpenGL与DirectX比较

OpenGL与DirectX比较