计算机图形图像处理

计算机图形图像处理1

概述2人类所获得信息80%以上是以图形图像的形式通过人眼所获取的人类获得的视觉信息具有四大特点信息量大速度快作用距离远有心理和生理的作用视觉信息的生理作用（1）3视觉信息的生理作用（2）4视觉信息的生理作用（3）盯住中心黑点，前后移动头部，看看四周的菱形会有什么变化5视觉信息的心理作用（1）6视觉信息的心理作用（2）71

概述8图形图像处理融合了两门学科的内容计算机图形学（Computer

Graphics）数字图像处理（Digital

Image

Processing）图形图像处理是一门重要的信号与信息处理学科2

图形与图像处理的基本概念图形由场景的几何模型和物理属性共同描述图像计算机内以位图形式存在的颜色和亮度信息9图形与图像10联系从数据源角度上一脉相承反映同一个客观物体从呈现方式上殊途同归最终显示在屏幕上都是由单个像素构成的若干区域图形与图像11区别数据表现目的图形侧重于描述图像侧重于写照数据的构成形式图形以图元为基础，是一个矢量的概念图像以像素为基础，是一个位图的概念计算机图形学与数字图像处理12计算机图形学研究如何利用计算机表示、生成、显示和处理图形的学科数字图像处理对已有的图像进行处理，以满足人的视觉和应用需求数字图像处理的三个层次图像处理图像分析计算机视觉在像素级上进行加工，用一系列特定的操作来改造图像，以满足人的视觉和应用要求，如去噪、增强对比度从图像中提取特征，解释图像内容，如图像分割在分析理解的基础上，对外部三维世界进行感知，解释客观场景13计算机图形学与数字图像处理的关系14计算机图形学对真实或虚构物体的模型描述在计算机上进行设计、构造并显示数字图像处理研究的是计算机图形学的逆过程，对真实景物进行必要的处理，并且提取、分析其模型图形图像处理的历史与发展1520世纪20年代萌芽20世纪50年代雏形20世纪60年代系统研究20世纪70年代学科形成20世纪80、90年代广泛的实际应用20世纪90年达以后开拓新领域图形图像处理的历史与发展20世纪20年代——萌芽数字图像处理最早应用于报纸业，通过光缆传送经特殊编码的图像16图形图像处理的历史与发展1720世纪50年代——雏形1950年，MIT做成第一台图形显示器，作为旋风1号（WhirlWind

I）计算机的附件50年代末，MIT林肯实验室在“旋风”计算机上开发SAGE空中防御系统基于冯诺依曼体系的计算机发展起来以后，数字图像处理的系统研究也在20世纪50年代随之起步图形图像处理的历史与发展20世纪60年代——系统研究1962年，Ivan

Sutherland的博士论文：

“Sketchpad：一个人机通信的图形系统”，首次提出了“Computer

Graphics”这个术语，确立了学科分支的独立地位1964年，美国喷气推进实验室（JPL）使用计算机对“旅行者7号”卫星发回的找平进行处理，确立了图像处理技术的里程碑18图形图像处理的历史与发展1920世纪70年代——学科形成图形学进入兴盛时期，基本图形概念与算法纷纷诞生，CAD图形系统出现图形标准相继出现，如PHIGS，OpenGL70年代以来，随着信息论、控制论和系统论以及数字新号处理技术的发展，数字图像处理形成了较完善的学科体系。CT的发明者获得了1979年诺贝尔医学奖图形图像处理的历史与发展2020世纪80、90年代——广泛的实际应用真实感图形显示算法逐渐成熟、超大规模集成电路的发展使得图形学在CAD/CAM领域得到广泛应用图像处理技术在医学、天文学、考苦学、工业领域等方面得到了成功的应用20世纪90年代以后——开拓新领域随着计算机硬件能力的提高以及网络、多媒体技术的发展，学科不断加深与拓宽计算机图形学：真实感图形实时绘制、自然景物的仿真、虚拟现实、计算机艺术数字图像处理：引入数学形态学、小波理论等新思路，开拓图像检索、图像绘制、及其视觉等新方向21图形图像处理的主要研究内容22图形输入技术如何将图形对象输入到计算机中（GUI，触摸屏，草图）图形建模技术在计算机内如何表示和存储图形Wire

frame

modeling

->Surface

Modeling

->Solid

Modeling

->

Feature

Modeling图形处理和输出技术研究在显示设备上如何“逼真”的显示图形图形图像处理的主要研究内容图形应用技术计算机动画、计算机辅助设计图像数字化

将模拟形式的图像通过数字化设备变为数字计算机可用的离散图像数据

图像变换

改变图像的表示域和表示数据源图像23幅度谱相位谱图形图像处理的主要研究内容图像增强改善图像质量以便于人祸机器分析、理解24图形图像处理的主要研究内容图像恢复对失真的图像进行处理，使处理后的图像尽量接近原始的未失真的图像25图形图像处理的主要研究内容图像分割根据选定的特征将图像划分成几个有意义的部分，使原始图像在内容表达上更加简单明了26图形图像处理的主要研究内容27图像描述与分析对已分割的图像中各部分的属性及各部分之间的关系的表述图像数据压缩利用图像在空间、时间和内容上的冗余性，减少图像数据量，以便于传输和存储图像重建图形图像处理的例子（1）28图形图像处理的例子（2）29图形图像处理与相关学科的关系计算机图形学主要研究从模型中生成图形图像的技术，而数字图像处理所讨论的问题中输入和输出两者均为图像30图形图像处理系统的构成典型的图形图像处理系统包括：处理、存储、交互、输入和输出5个基本功能31图形图像处理系统的构成处理机CPU、GPU、嵌入式处理器输入设备扫描仪、数码相机、数码摄像机32图形图像处理系统的构成输出设备打印机、显示器存储设备磁带、光盘、硬盘、存储卡33图形图像处理系统的构成交互设备键盘、鼠标、手写板34典型图形图像处理软件35三维动画设计软件3ds

Max，Maya，SoftImage，Zbrush，Blender三维机械设计软件Catia，UG，Pro/E，SolidWorks，Rino三维建筑设计软件Google

SketchUp典型图形图像处理软件36矢量图设计软件Illustrator，Freehand，CoreDRAW位图设计软件PhotoShop3ds

Max由美国AutoDesk公司开发设计主要用于电视与娱乐行业中片头动画、影视特效性价比高，上手简单产品历史3D

Studio

-

DOS3D

Studio

Max

-

Windows3ds

Max3ds

Max

作品欣赏钢铁侠3ds

Max

作品欣赏MayaAlias公司开发，后被AutoDesk公司收购1995年，SGI公司收购了Alias以及Wavefront公司，命名为Alias|Wavefront2005年，AutoDesk公司收购了Alias主要特点完整的建模系统

强大的程序纹理材质和粒子系统出色的角色动画系统MEL脚本语言Maya

作品欣赏岩魔Maya

作品欣赏SoftImage

XSI由加拿大SoftIamge软件公司开发，后被AutoDesk公司收购1995年，Microsoft公司收购了SoftImage1998年，Avid公司从Microsoft公司收购了SoftImage2008年，AutoDesk公司收购了SoftImage主要用于电脑动画、电影、广告、电脑游戏SoftImage

作品欣赏ICE(Interactive

Creating

Environment)SoftImage

XSI

作品欣赏Lightwave由NewTek公司开发设计原型由Allen

Hastings设计2004年，离开并新建公司Luxology，开发产品

Modo主要特点操作简单、易学易用性价比高Lightwave

作品欣赏ZBrush由Pixologic公司开发设计是一个数字雕刻和绘画软件能够在数百万级的多边形网格上进行数字雕刻Zbrush作品欣赏Zbrush作品欣赏Cinema

4D由德国的Maxon

Computer公司研制包括建模、纹理映射、光照、渲染等功能Cinema 4D软件界面Blender53Catia软件由法国达索飞机公司（Dassault

Aviation）与IBM合作开发的CAD/CAE/CAM软件系统主要用于机械制造、工程设计、电子行业主要特点:具有很强的三维复杂曲面造型和加工编程能力Catia1975年，从美国洛克希德飞机公司购买了CADAM系统源程序1989年，购并CADAM公司1997年，购并Solidworks2000年，收购ACIS几何造型平台55幻影200056Catia软件界面UG（Unigraphics）由美国EDS公司开发在参数化同步工程设计方面，性能较好UG软件界面Pro/Engneer美国PTC公司开发主要用于机械制造、汽车、飞机等设计领域Pro/EngneerSolidworks由美国Solidworks公司开发设计主要用于机械设计易学易用、性价比高Solidworks软件界面RhinoRhinoceros，中文名：犀牛由Robert

McNeel

&

Associates公司开发软件体积小，才几十兆，具有强大的NURBS建模功能Rhino作品欣赏PhotoshopAdobe公司开发优秀的彩色图像处理软件，目前最流行的平面设计软件主要用于：图像编辑、创意设计和绘图66PhotoShop67IllustratorAdobe开发的矢量图形设计软件主要用于专业的印刷出版领域与Adobe的其他产品如Photoshop、PageMaker、Acrobat之间的兼容性好68Illustrator69Freehand由Macromedia公司推出的矢量绘图软件FlashDreamweaverFireworks2005年，被Adboe公司收购， 现已停止开发70CorelDRAW由加拿大的Corel公司开发的图形图像软件提供了全面的图形图像解决方案CorelDRAW

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IllustratorCorelPHOTOPAINT

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PhotoshopCorelRAVE

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Flash71图形图像处理学科的应用计算机辅助设计与制造建筑工程，机械结构设计，飞机、汽车的外形设计，服装设计等72汽车外形设计机械产品设计图形图像处