第1章计算机图形学概述
第1章 计算机图形学概述
内容提要 计算机图形学的基本概念 计算机图形学的发展 计算机图形学的应用 ■计算机图形的发展趋势
内容提要 ▪ 计算机图形学的基本概念 ▪ 计算机图形学的发展 ▪ 计算机图形学的应用 ▪ 计算机图形的发展趋势
1.1计算机图形学的基本概念 1.计算机图形学的定义: 计算机图形学( Computer Graphics,简称 CG)是利用计算机处理图形信息的一门学科,包 括图形信息的表示、输入输出与显示、图形的几 何变换、图形之间的运算以及人机交互绘图等方 面的技术。 计算机图形学既是一门科学,它包括一些数 学基础和理论,又是一门技术,包括一些技巧和 方法。掌握计算机图形学的理论和技术,有助于 编写界面更为优美的应用程序,设计出逼真的图 形或图案
1．1 计算机图形学的基本概念 ▪ 1. 计算机图形学的定义： 计算机图形学（Computer Graphics，简称 CG）是利用计算机处理图形信息的一门学科，包 括图形信息的表示、输入输出与显示、图形的几 何变换、图形之间的运算以及人机交互绘图等方 面的技术。 计算机图形学既是一门科学，它包括一些数 学基础和理论，又是一门技术，包括一些技巧和 方法。掌握计算机图形学的理论和技术，有助于 编写界面更为优美的应用程序，设计出逼真的图 形或图案
2.计算机图形学的研究领域和目标 计算机图形学的研究领域包括以下几个方面: )图形系统的硬件设备,如图形处理器、图形输入 输出设备,特别是图形显示和打印设备; 2)基本图元的生成技术,如直线、园狐、曲线和曲 面等 3)图形变换技术,包括二维几何变换、三维几何变 换和投影变换等; 4)人机交互绘图技术,如窗口技术、橡皮筋技术等 (5)图形运算和处理技术,如图形的裁剪、填充等; (6)实体造型技术和真实图形的表示,如消隐技术、 色彩技术等
2. 计算机图形学的研究领域和目标 计算机图形学的研究领域包括以下几个方面： (1) 图形系统的硬件设备，如图形处理器、图形输入 输出设备，特别是图形显示和打印设备； (2) 基本图元的生成技术，如直线、园狐、曲线和曲 面等； (3) 图形变换技术，包括二维几何变换、三维几何变 换和投影变换等； (4) 人机交互绘图技术，如窗口技术、橡皮筋技术等； (5) 图形运算和处理技术，如图形的裁剪、填充等； (6) 实体造型技术和真实图形的表示，如消隐技术、 色彩技术等
3.学习计算机图形学的目标 根据用户和计算机图形系统的关系,可以把利用计算机图形 学的用户分为三组:一是图形系统的设计者,二是应用程 序员,三是图形系统的操作员 图形理论的研究与 软件包的实现者, 设计专业图形应用软件产品设计者 如GKS、Core 者,如 Photoshop、→利用专业图形软件 AutoCAD 设计各种产品 理论研究与系统实现者 图形设计程序员 产品设计人员 计算机图形学的目标在于培养前两种人才,即理论研究 与系统实现者和图形设计程序员,研究图形学新的理论和技 术,编写各种专业图形处理软件,供产品设计人员使用
3. 学习计算机图形学的目标 根据用户和计算机图形系统的关系，可以把利用计算机图形 学的用户分为三组：一是图形系统的设计者，二是应用程 序员，三是图形系统的操作员 图形理论的研究与 软件包的实现者， 如GKS、Core 设计专业图形应用软件 者 ， 如 Photoshop 、 AutoCAD 产品设计者 利用专业图形软件 设计各种产品 理论研究与系统实现者 图形设计程序员 产品设计人员 计算机图形学的目标在于培养前两种人才，即理论研究 与系统实现者和图形设计程序员，研究图形学新的理论和技 术，编写各种专业图形处理软件，供产品设计人员使用
4.图形与图像 图形( Graphics)和图像(mage) 图形考虑的是几何信息及其拓扑关系,如图形的顶点坐标,图形 各边、面之间的连接关系以及各种属性信息等。图形系统的基本单位 是图元,任何复杂的图形都是由简单的图元组成的。图形文件保存的 是各个图元的几何信息和属性,当打开图形文件时,图形系统再实时 地生成图形。 图像一般是通过摄像机、数码相机或扫描仪等设备输入的图片 图像处理的基本单位是像素(Piel),通过每个像素的颜色的变化 从而显示出一幅美丽的图案 计算机图形学是以图形为研究对象,从图形的几何 信息和拓扑关系来研究图形的生成、显示、修改 和存储,以及图形之间的运算和处理技术
4. 图形与图像 ▪ 图形（Graphics）和图像（Image） 图形考虑的是几何信息及其拓扑关系，如图形的顶点坐标，图形 各边、面之间的连接关系以及各种属性信息等。图形系统的基本单位 是图元，任何复杂的图形都是由简单的图元组成的。图形文件保存的 是各个图元的几何信息和属性，当打开图形文件时，图形系统再实时 地生成图形。 图像一般是通过摄像机、数码相机或扫描仪等设备输入的图片， 图像处理的基本单位是像素（Pixel），通过每个像素的颜色的变化 从而显示出一幅美丽的图案。 计算机图形学是以图形为研究对象，从图形的几何 信息和拓扑关系来研究图形的生成、显示、修改 和存储，以及图形之间的运算和处理技术
4.图形与图像之间的关系 图形处理 程序和数据 交互设备 图形 图像 转换 图形 只别 图像 摄像或扫描 图像处理图像显示或输出
4. 图形与图像之间的关系 程序和数据 交互设备 摄像或扫描 图像显示或输出 图形 图像 图形处理 图像处理 图 像 转换 图 形 识别
1.2计算机图形学的起源与发展 1950年,第一台图形显示器作为美国麻省理工学 院(M∏T)旋风号( Whirlwind)计算机的附件诞 生 1958年美国 Calcomp公司发明了滚筒式绘图仪, GerBe公司研制出了平板式绘图仪 1962年,MT林肯实验室的!E萨瑟兰德 ( E. Sutherland)发表了一篇题为“ Sketchpad 个人-机通信的图形系统”的博士论文,首次使用 了计算机图形学( Computer Graphics)这个术 语
1．2 计算机图形学的起源与发展 ▪ 1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学 院(MIT)旋风I号（Whirlwind I）计算机的附件诞 生 ▪ 1958年美国Calcomp公司发明了滚筒式绘图仪， GerBer公司研制出了平板式绘图仪 ▪ 1962年，MIT林肯实验室的I.E.萨瑟兰德 (I.E.Sutherland)发表了一篇题为“Sketchpad:一 个人-机通信的图形系统”的博士论文，首次使用 了计算机图形学（Computer Graphics）这个术 语
60年代中期,美国的M行T、通用汽车公司、贝尔 实验室和洛克希德等众多的公司纷纷开展了计算 机图形学的应用和研究 70年代是计算机图形学技术进入实用化阶段,美 国苹果公司的 Macintosh、|BM公司的PC Apo|o、SUN公司的工作站都配备了图形系统 在80年代,配备有光栅图形显示器的个人计算机 和工作站已相当普及,不仅在工业、管理、艺术 领域发挥巨大的作用,而且图形系统已进入了家 庭,如计算机家庭教育和游戏 90年代至今,计算机图形学朝着标准化、集成化 和智能化的方向发展。丰富多彩的Web网页更加 激励了计算机图形学的应用,科学计算的可视化 虚拟现实技术等新兴课题又向计算机图形学提出 更新更高的要求
▪ 60年代中期，美国的MIT、通用汽车公司、贝尔 实验室和洛克希德等众多的公司纷纷开展了计算 机图形学的应用和研究 ▪ 70年代是计算机图形学技术进入实用化阶段，美 国苹果公司的Macintosh、IBM公司的PC， Apollo、SUN公司的工作站都配备了图形系统 ； ▪ 在80年代，配备有光栅图形显示器的个人计算机 和工作站已相当普及，不仅在工业、管理、艺术 领域发挥巨大的作用，而且图形系统已进入了家 庭，如计算机家庭教育和游戏 ； ▪ 90年代至今，计算机图形学朝着标准化、集成化 和智能化的方向发展 。丰富多彩的Web网页更加 激励了计算机图形学的应用，科学计算的可视化、 虚拟现实技术等新兴课题又向计算机图形学提出 了更新更高的要求
计算机图形学软件的发展 计算机图形软件系统概括起来主要有以下 种 (1)用现有的某种计算机语言写成的图形子 程序包,如GKS,PH|GS,GL等; (2)扩充某一种计算机语言,使其具有图形 生成和处理功能; (3)专用的图形系统。对于某种类型的设备, 可以配备专用的图形生成语言,如HP, PLOT图形语言
计算机图形学软件的发展 ▪ 计算机图形软件系统概括起来主要有以下 三种： （1）用现有的某种计算机语言写成的图形子 程序包，如GKS，PHIGS，GL等； （2）扩充某一种计算机语言，使其具有图形 生成和处理功能； （3）专用的图形系统。对于某种类型的设备， 可以配备专用的图形生成语言，如HPPLOT图形语言