计算机图形学基本知识课件

1、第一章 计算机图形学基本知识1.1 计算机图形学的概念 1.2 计算机图形学的发展 1.3 计算机图形学的应用 1.5 计算机图形硬件简介 1.4 计算机图形学的研究内容 1.1 计算机图形学的概念 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：线条，如工程图、地图、曲线图表等 明暗图，与照片相似 几个计算机图形学的相关概念 ：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。 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

2、线探伤等 1.1 计算机图形学的概念（续） 模式识别 ：对所输入的图像进行分析和识 别，找出其中蕴涵的内在联系或抽象模型， 如邮政分拣、地形地貌识别等 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 数字图像数据模型计算机图形模型识别计算几何图像处理1.2 计算机图形学的发展 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。 1952年，在该校诞生了世界上第一台数控铣床的原型。随后，麻省理工学院发展了APT，这演变成国际上最 通用的加工编程工具。 1964年

3、，孔斯(Steve Coons)在麻省理工学院提出了用 小块曲面片组合表示自由型曲面时使曲面片边界达到 任意高次连续阶的理论，此方法得到工业界和学术界 的极大推崇，称之为孔斯曲面。 1962年第一台光笔交互式图形显示器在美国麻省理工 学院林肯实验室研制成功， 1.2 计算机图形学的发展 （续）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 在1964年秋， IBM公司推出了IBM 2250显示器。 洛克希德飞机公司利用IBM 2250施行开发的 CADAM绘图加工系统，成为目前IBM主机上应 用最广的CAD/CAM软件。 IBM 2250在1978年前后

4、改型为IBM 3250，1984年 又改型为IBM 5080，采用光栅扫描技术 。20世纪60年代末和70年代初，美国Tektronix公司 发展了存储管技术。 由于大规模集成电路技术的发展和专用图形处理 芯片的出现，光栅扫描型显示器的质量越来越好， 价格越来越低，已成为图形显示器的常规形式。 1.2 计算机图形学的发展 （续）Spacewars: first computer graphics game (MIT 1961)SketchPad: first interactive graphics (1961)Whirlwind: early graphics using VectorSco

5、pe (1951)first CAD system (IBM 1959)1.3 计算机图形学的应用 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: 计算机动画和艺术 计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 地形地貌和自然资源图 用户接口 分析计算及视图中的应用 6. 游戏 1.3 计算机图形学的应用 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 boeing7771.3 计算机图形学

6、的应用 计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) (续)1.3 计算机图形学的应用 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。成三维的地形地貌图 1.3 计算机图形学的应用 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 1.3 计算机图形学的应用 分析计算及视图中的应用(续) 1.3 计算机图形硬件简介 (续）几种主要图形输入设备键盘 鼠标 :1)光电式鼠标 2)机械式鼠标 3. 坐标数字化仪:机械式坐标数字化仪 2)超声波式坐标数字化仪 3)全电子式坐标数字化仪 4)三维数字化仪 光笔 触摸屏: 电阻式和电容式 2)红

7、外线式 3) 声表面波式 图形扫描仪: 扫描仪通过光电转换、点阵采样的方式，将一幅画面变为数字图像 1.3 计算机图形硬件简介 (续）美国CALCOMP公司生产的数字化仪1.3 计算机图形硬件简介 (续）常用的图形输入设备1.3 计算机图形硬件简介 (续）常用的图形输出设备分为两类：向量型 向量型设备的作画机构随着图形的输出形状而移动 并成像 光栅扫描型 光栅扫描型设备的作画机构按光栅矩阵方式扫描整 张图面，并按输出内容对图形成像。几种图形输出设备介绍 1. 阴极射线管 阴极射线管通常利用电磁场产生高速的、经过聚焦的电 子束，使其偏转到屏幕的不同位置以轰击屏幕表面的荧 光材料而产生可见图形 。

8、其主要组成部分如下： 阴极 当它被加热时，发射电子。 控制栅 控制电子束偏转的方向和运动速度。 加速结构 用以产生高速的电子束。 聚焦系统 保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成很细的点。 偏转系统 控制电子束在屏幕上的运动轨迹。 荧光屏 当它被电子轰击时，发出亮光。 所有这些部件都封闭在一个真空的圆锥形玻璃壳内， 其结构如图所示:1.3 计算机图形硬件简介 (续）阴极射线管的组成 1.3 计算机图形硬件简介 (续）2. 显示器 随机扫描显示器 逻辑框图如图所示:随机扫描图形显示器的逻辑框图 彩色阴极射线管 通过把发出不同颜色的荧光物质进行组合而实现的。 通常用射线穿透法和影孔板法实现彩色显示。 1.

9、3 计算机图形硬件简介 (续） 光栅扫描式图形显示器 光栅扫描式图形显示器(简称光栅显示器)是画点设备， 可看作是一个点阵单元发生器，并可控制每个点阵单 元的亮度。 光栅扫描式图形显示器的直线显示效果 它不能直接从单元阵列中的一个可编址的像素画一条直线到另一个可编址的像素，只能用尽可能靠近这条直线路径的像素点集来近似地表示这条直线。 1.3 计算机图形硬件简介 (续）一个黑白光栅显示器的工作状况图 :在光栅图形显示器中，需要有足够的位面和帧缓冲存储器结合才能反映图形的颜色和灰度等级。具有颜色查找表的N位面灰度等级帧缓冲存储器 1.3 计算机图形硬件简介 (续）彩色光栅显示器的工作状况图: 1.

10、3 计算机图形硬件简介 (续）全色光栅显示器工作状况图: 1.3 计算机图形硬件简介 (续）配有颜色查找表的全色帧缓冲存储器 :1.3 计算机图形硬件简介 (续）具有3个位面的帧缓冲存储器的颜色表 :红(R)绿(G)蓝(B)黑(Black)000红(Red)100绿(Green)010蓝(Blue)001黄(Yellow)110青(Cyan)011紫(Magenta)101白(White)111 液晶显示器(LCD) 液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)与其他显示器不 同，它是由6层薄板组成的平板式显示器。 等离子显示器 等离子显示器是用许多小氖气灯泡构成的平板阵列， 每个灯泡处于“开”或“关”状态。 1.3 计算机图形硬件简介 (续）等离子显示器的结构 1.3 计算机图形硬件简介 (续） 几种显示技术的比较如表所示:性质阴极射线管等离子显示器液晶显示器性质阴极射线管等离子显示器液晶显示器功耗大中小对比度中好差屏幕大中小灰度等级好差差厚度大小小视角大中一般平面度一般中好色彩丰富中