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电子与信息工程学院计算机导论7计算机图形学电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论7.1计算机图形学概述7.2计算机图形学应用电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论7.1计算机图形学概述7.1.1计算机图形学的概念计算机图形学（ComputerGraphics，CG）是利用计算机研究图形的表示、生成、处理和显示的学科，是使用计算机通过算法和程序在显示设备上构造出图形来，是真实物体或虚拟物体的图形综合技术。简单的说，是研究如何在计算机中表示图形，以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理和算法。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论7.1.2计算机图形学研究目的计算机图形学一个主要的目的就是利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论7.1.3计算机图形学研究内容如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形学的主要研究内容。图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论7.1.4计算机图形学历史诞生时期：二十世纪五十年代末、六十年代初。诞生基础：旋风I号、SAGE空中防御系统。诞生标志：1962年，MIT林肯实验室的Ivan.E.Sutherland发表了一篇题为“一个人机交互通信的图形系统”的博士论文，提出计算机图形学的概念。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论Ivan.E.Sutherland（1938~）：计算机图形学之父虚拟现实技术之父Coons奖（1983年）IEEE计算机先驱奖（1985年）图灵奖（1988年）电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论Title：ComputersOfTheFuture电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论7.2计算机图形学的应用计算机辅助设计与制造CAD/CAM是计算机图形学在工业界最广泛、最活跃的应用领域。飞机、汽车、船舶的外形的设计发电厂、化工厂等的布局土木工程、建筑物的设计电子线路、电子器件的设计设计结果直接送至后续工艺进行加工处理电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论工程图及其三维重建结果电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论科学计算可视化海量的数据使得人们对数据的分析和处理变得越来越难，用图形来表示数据的迫切性与日俱增。科学计算可视化：运用计算机图形学或者一般图形学的原理和方法，将科学与工程计算等产生的大规模数据转换为图形、图象，以直观的形式表示出来，成为当前计算机图形学研究的重要方向。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论科学计算可视化的应用（1）医学在医学上由核磁共振、CT扫描等设备产生的人体器官密度场，对于不同的组织，表现出不同的密度值。通过在多个方向多个剖面来表现病变区域，或者重建为具有不同细节程度的三维真实图像，使医生对病灶部位的大小、位置，不仅有定性的认识，而且有定量的认识，尤其是对大脑等复杂区域，数据场可视化所带来的效果尤其明显。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论（2）生物、分子学在对蛋白质和DNA分子等复杂结构进行研究时，可以利用电镜、光镜等辅助设备对其剖片进行分析、采样获得剖片信息，利用这些剖片构成的体数据可以对其原形态进行定性和定量分析，因此可视化是研究分子结构必不可少的工具。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论（3）航天工业飞行器高速穿过大气层时周围气流的运动情况和飞行器表面的物理特性的变化，在现有的流场可视化技术下，可以非常直观的展现出来。尤其是对飞行器的不稳定现象、超音速流的研究，这是计算流体力学里的新课题，借助可视化技术，许多意想不到的困难都可以迎刃而解了。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论（4）工业无损探伤在工业无损探伤中，可以用超声波探测，在不破坏部件的情况下，不仅可以清楚地认识其内部结构，而且对发生变异的区域也可以准确地探出。显然，能够及时检查出有可能发生断裂等具有较大破坏性的隐患是有极大现实意义的。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论（5）人类学和考古学在考古过程中找到古人类化石的若干碎片，由此重构出古人类的骨架结构。传统的方法是按照物理模型，用粘土来拼凑而成。现在，利用基于几何建模的可视化系统，人们可以从化石碎片的数字化数据完整地恢复三维人体结构，因而向研究人员提供了既可以作基于计算机几何模型的定量研究，又可以实施物理上可塑的化石重现过程。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论（6）地质勘探利用模拟人工地震的方法，可以获得地质岩层信息。通过数据特征的抽取和匹配，可以确定地下的矿藏资源。用可视化方法对模拟地震数据的解释，可以大大地提高地质勘探的效率和安全性。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论（7）立体云图显示气象分析和预报要处理大量的测量或计算数据，气象云图是其中一种非常重要的气象数据，也常用于发布电气预报。气象研究中，地形和云层的高度是影响天气演变的重要因素，运用可视化技术，将三维立体地形图和三维立体云图合成显示输出，能给人更形象、直观的认识。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论真实感图形实时绘制与自然景物仿真真实感图形绘制是模拟真实物体的物理属性，简单的说就是物体的形状，光学性质，表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置，遮挡关系等等。自然景物的模拟远远复杂于室内场景，绘制难度更大，方法更趋多样化，主要绘制山、水、云、树、草、火等等。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论基于物理的光照由清华大学自然景物平台生成的野外场景电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论计算机动画计算机动画近十多年来取得了很大的发展，已渗透到人们生活的各个角落，如：商业广告、影视特技/片头、动画片、教育、军事、飞行模拟等。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论计算机美术计算机美术是一门计算机技术和美术相结合的学科，它要求创作者既要懂美术又要懂计算机。利用计算机工具，按照没学原理，以图像和图形的形式进行信息交流和升华，形成了自身的特点，创造了新的艺术形式。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论虚拟现实虚拟现实技术是指采用以计算机技术为核心的现代高科技手段生成逼真的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等一体化的虚拟环境，用户借助一些特殊的输入/输出设备，采用自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互，相互影响，从而产生亲临真实环境的感受和体验。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论虚拟现实系统的组成电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论（1）计算机在虚拟现实系统中，计算机是系统的心脏，被称之为虚拟世界的发动机。负责虚拟世界的生成、人与虚拟世界的自然交互等功能的实现。（2）输入输出设备常用的设备有用于手势输入的数据手套、用于语音交互的三维声音系统、用于立体视觉输出的头盔式显示器等。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论（3）应用软件应用软件完成的功能有：虚拟世界中物体的几何模型、物理模型、运动模型的建立；三维虚拟立体声的生成；模型管理技术及实时显示技术、虚拟世界数据库的建立与管理等。（4）数据库虚拟世界数据库主要存放的是整个虚拟世界中所有物体的各方面信息。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论虚拟现实技术的应用（1）军事与航空航天①虚拟战场环境②近战战术训练③单兵模拟训练④诸军兵种联合战略战术演习⑤武器装备研究与新武器展示⑥航空航天电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论（2）教育与培训①虚拟校园②虚拟演示教学与实验③远程教育系统④特殊教育⑤技能培训电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论（3）建筑设计与城市规划在城市规划、建筑工程设计领域，虚拟现实技术被作为必须的开发工具，由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，在城市规划中，虚拟现实系统正发挥着巨大作用。采用虚拟现实系统，可以让建筑设计师看到和“摸”到设计成果，而且方便随时修改，大大加快了方案设计的速度和质量，节省了大量的资金,这是采用传统手段如沙盘、效果图、平面图等所不能达到的。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论（4）娱乐、文化艺术电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论（5）商业领域采用虚拟现实技术来进行展示，全方位地对商品进行展览，展示商品的多种功能，另外还能模拟工作时的情景，包括声音、图像等效果，比单纯使用文字或图片宣传更加有吸引力。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论（6）医学领域虚拟现实技术可以弥补传统的不足，主要应用到解剖学和病理学教学、外科手术训练、复杂外科手术规划、健康咨询和身体康复治疗等方面。例如，在外科手术中，通过虚拟现实技术仿真课程，对麻醉医师和静脉注射护士培训、对实习外科医生上手术台之前的培训，以及通过虚拟现实技术可以对复杂外科手术的设计、手术过程中的指引和帮助信息的提供、手术结果的预测等，帮助外科医生顺利完成手术，并对病人造成的损伤降低至最小。电子与信息工程学院计算机图形学计算机导论小结：1.什么是计算机图形学2.计算机图形学的应用