CG电子教案探素.ppt

1、2020/8/2,1,计算机图形学基础,主讲：宫雅卓 上海版专印刷包装工程系,2020/8/2,2,教学要求,了解图形系统的框架及其涉及的软件、硬件技术； 了解图形学的基本问题，掌握图形学的基本概念； 能在熟练应用一种图形应用软件并能结合专业实际灵活应用的基础上掌握两到三种图形应用软件的使用。,2020/8/2,3,课程内容,第一章 计算机图形学概论 第二章 计算机图形系统 第三章 文件格式及其操作 第四章 基本图形单元 第五章 图形对象的一般操作 第六章 图形的几何变换 第七章 图形的轮廓线属性,2020/8/2,4,第八章 颜色空间与定义颜色 第九章 填充 第十章 文字处理 第十一章 通用

2、特殊效果 第十二章 专有特殊效果 第十三章 分色与加网 第十四章 PDF文件的利用 第十五章 补漏白,2020/8/2,5,第一章 计算机图形学概述,提出问题,计算机图形学的发展 计算机图形学的概念和研究内容 计算机图形学的应用 计算机图形学的当前研究课题,2020/8/2,6,一、 计算机图形学的发展,1.硬件的发展,1950年，美国麻省理工学院MIT的旋风1号计算机，是世界上第一台图形显示器。用一个类似于示波器的CRT来显示一些简单的图形。 1958年，美国Calcomp公司由联机数字记录仪发展成滚筒式绘图仪 1958年，GerBer公司把数控机床发展成为平板式绘图仪；,被动式图形学,20

3、20/8/2,7,50年代末，MIT的林肯实验室在旋风计算机上开发的SAGE空中防御系统，第一次使用了具有交互功能的CRT显示器； 60年代中期使用随机扫描显示器，60年代后期使用存储管式显示器，70年代中期出现了基于电视技术的光栅图形显示器； 80年代出现了光栅图形显示器的PC和图形工作站 图形输入设备如光笔、鼠标、操纵杆、键盘、跟踪球拇指轮等也同时在不断更新和发展。,交互式图形学,2020/8/2,8,虚拟现实系统Virtual Reality System 增强现实系统Augmented Reality System将真实世界信息和虚拟世界信息无缝集成 相应图形硬件如数据衣、数据手套、数

4、据鞋以及头盔、立体眼镜、运动捕获设备等得以迅速的发展。,沉浸式图形学,2020/8/2,9,2.图形学软件的发展,1974年，美国计算机协会ACM成立了图形标准 化委员会。,1977年提出了“核心图形系统”CGS（Core Graphics System）的规范；,ISO发布了计算机图形接口CGI，计算机图形元 文件标准CGM，计算机图形核心系统GKS，程序 员层次交互式系统PHIGS，基本图形转换规范 IGES，产品数据转换规范STEP等计算机图形标准,在各种图形标准之上，开发了各种应用图形软 件3DMAX, MAYA, ProE, CorelDraw, LightScape等,2020/8

5、/2,10,3.图形学算法的研究范畴,基于图形设备的基本图形元素的生成算法； 基本图形元素的几何变换、投影变换和窗口剪裁等； 自由曲线曲面的插值、拟合、拼接、分解、过渡、光顺、整体修改、局部修改等； 图形元素（点、线、面、体）的求交、分类及集合运算； 隐藏线、隐藏面的消除以及具有光照效果的真实感图形显示；,2020/8/2,11,不同字体的点阵表示，矢量中、西文字符的生成与变换； 山、水、花、草、烟、云等自然模糊景物的生成； 三维或高维数据场的可视化； 三维形体的实时显示和图形的并行处理； 图形用户界面及交互技术； 虚拟现实环境的生成及其控制算法等。,2020/8/2,12,二、计算机图形学的

6、概念及研究内容,1.计算机图形学的概念（Computer Graphics）,是研究怎样利用数字计算机来显示、生成和处理图形的一门科学或艺术。,物体的描述模型 数据和数学模型,图像,2.计算机图形学的研究对象图形,Computer Art,能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象都称为图形。,2020/8/2,13,计算机图形学所研究的图形： 从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及 形状信息的图和形。,线条图：用线段来表示图形，如零件结构图等,明暗图：具有面模型、色彩和明暗层次效果的 有真实感的图形；如艺术品造型设计等,多边形/面 ：由多个顶点相连构成的任意形状,体：由封闭表面围成的空间，其边

7、界是有限面 的并集,体素Voxel ：由有限个尺寸参数定位和定形的体 单元,2020/8/2,14,一个简单的例子：如何绘制一个正方形？,2020/8/2,15,给出四个顶点的坐标 算法描述是顺序连接四个顶点,(7,3),(7,9),(14,3),(14,9),2020/8/2,16,将四个顶点之间的所有像素以指定颜色显示 用边Edge表示四个顶点之间的连接关系,2020/8/2,17,如何绘制下面的场景？,2020/8/2,18,正交视图的线框模型,2020/8/2,19,透视图,2020/8/2,20,视景深度表示,2020/8/2,21,隐藏线消除 添加颜色,2020/8/2,22,固定

8、的明暗 环境光,2020/8/2,23,面的阴影平面,2020/8/2,24,曲面的阴影没有镜面反射的高光,2020/8/2,25,添加高光,2020/8/2,26,Phong 光照模型,2020/8/2,27,纹理映射Texture Mapping,2020/8/2,28,Texture Mapping,2020/8/2,29,反射光，阴影和凹凸映射Bump Mapping,2020/8/2,30,几何属性： 用来刻画形状的点、线、面、体，也称为轮廓线属性；用数学方法描述对象的基本形状和相互位置关系。,图形的两个属性（要素）（P2）,非几何属性: 用来反映物体表面属性或材质的明暗、灰度、色彩

9、等，也称为图形的填充属性,2020/8/2,31,3. 图形的表示方法,点阵法： 是描述具有复杂颜色信息的空间曲面图形的一种方法，它强调图形在三维空间中具有的色彩信息。用映射的方法实现,参数法： 是以计算机中所记录图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。,2020/8/2,32,对象几何建模的方法，数字模型的绘制技术；,图形输入和控制的人机交互界面的研究；,图形的显示和输出技术： 通过栅格化处理将图形输出,图形的处理技术：变换、逻辑运算等,4.计算机图形学的研究内容（P3）,2020/8/2,33,5. 计算机图形学与其他学科的关系,图像处理：将一种图像变换为另一 种图像；,图形学：将数

10、据和几何模型变成图 像；,模式识别：从图像中提取数据和模 型；,计算几何：几何模型和数据的处理,2020/8/2,34,三、计算机图形学的应用,数字印前制作：排版、补漏白、分色等 办公自动化和跨媒体出版 ：多媒体的制作等 人机交互界面：触摸屏，网上购物 计算机辅助设计与制造：产品的设计、制作等 计算机辅助教学：教学课件的模型制作等 计算机艺术：计算机绘画等； 计算机动画： 医疗诊断：X线图像、CT、放射性同位素等 自动控制：机器人等,2020/8/2,35,颜色接触必须补漏白,印前制作,2020/8/2,36,游戏Games,2020/8/2,37,医学手术导航、医学图象处理Medical I

11、maging,2020/8/2,38,CAD/CAM,2020/8/2,39,军事 虚拟训练 虚拟战场 虚拟士兵,2020/8/2,40,数字艺术创作,2020/8/2,41,科学数据可视化Scientific Visualisation,2020/8/2,42,人机交互技术,交互墙DynaWall,GMD IPSI设计的交互桌InteracTable,VR,2020/8/2,43,非真实感计算机图形学 PotoRealistic renderings Non-photorealistic renderings,Robert D. Kalnins et al. SIGGRAPH 2002,MAYA作品,2020/8/2,44,四、计算机图形学研究动态,1.科学计算可视化：数据的图形化（CT技术）,3.并行处理技术： 采用多处理器，将一幅图像使用几十