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计算机图形学中国科学技术大学数学系邓建松dengjs@ustc.edu.cn目标z系统介绍在计算机图形学中用到的各种算法z体验几种典型图形API和软件的使用•利用OpenGL构造场景，体验各种算法•利用POV-Ray生成真实感图形选课对象z计算机图形学是计算机能力要求的重要一项•论语：工欲善其事，必先利其器z从事与应用数学和计算数学相关的工作和科研的工具性学科•实验数据的显示•计算机模拟教材zE.Angel,InteractiveComputerGraphics—Atop-downapproachusingOpenGL™,3rdedition,2003.z影印本:交互式计算机图形学——自顶向下方法与OpenGL应用，高等教育出版社,2004,¥54.00参考书---影印本zJ.D.Foley,etal,ComputerGraphics–PrinciplesandPractice,2ndEd.InC,1999.计算机图形学原理及实践–C语言描述，机械工业出版社¥88.00zF.S.Hill,JR.,ComputerGraphicsUsingOpenGL,2ndEd.,2001.计算机图形学(OpenGL版),科学出版社¥95.00zD.F.Rogers,ProceduralElementsforComputerGraphics,2ndEd.,1998.计算机图形学的算法基础，机械工业出版社¥45.00zD.HearnandM.P.Baker,ComputerGraphicswithOpenGL,3rdEd.,2004.计算机图形学(第三版），电子工业出版社，¥79.00zTomasAkenine-Möller,EricHaines,Real-TimeRendering,2ndEd.,中译本：实时计算机图形学，北京大学出版社，2004年，¥78.00软件参考资料z网上资料z红宝书OpenGLProgrammingGuide,3rdedition,中国电力出版社翻译：OpenGL编程权威指南（第三版），¥62zOpenGLSuperbible,人民邮电出版社翻译：OpenGL超级宝典（第三版），¥88课程网页~dengjs/cg/课堂讲义、各种软件及其使用手册、示例源代码、作业网络资源zVC：::~nate/glut.htmlzRenderManandPOV-Ray:://renderman.pixar.com/:要求z熟练使用一门程序设计语言及相应的编译环境:VC6.0z数据结构STL(standardtemplatelibrary)z解析几何z线性代数z自学OpenGLRenderMan(BMRT),POV-Rayz自己解决上机问题考核z四次作业(50%)a.简单b.交互c.三维d.真实感z期终大作业(20%)从清单中任选或者自己确定类似的题目z考试(30%)第一章计算机图形学简介第一章之第一节学科内容研究内容－－图形(pictures)z研究计算机生成的图形z到处是计算机生成的图形•电视•书籍•杂志z当前的屏幕研究内容－－工具(Tools)z研究生成计算机图形的方法•硬件方法显示器、打印机、鼠标、计算机•软件方法操作系统、编辑软件、编译软件、图形库函数（如OpenGL）•创意z应用上述方法•与设备无关的编程研究内容z即包含研究方法与所涉及的计算机生成图形的整个研究领域。例z如何生成右图？需要利用哪些硬件与软件？简要答案z创意：基于太阳z软件：Maya建模并渲染(rendering).Maya是基于OpenGL的z硬件：用图形显示卡的PC机进行建模和渲染图形系统的基本构成处理器帧缓冲区图像在帧缓冲区形成输入设备输出设备存贮器显示器z像素pictureelementÆpixelz离散像素阵：典型分辨率有800x6001024x7681280x8001280x1024z显示内容为帧缓冲区中存贮格式的直观反映z每个像素点的状态:224=16777216≈1.7x107种颜色(真彩)光栅图形(RasterGraphics)z也称为图像，以像素数组的形式存贮在帧缓冲区中光栅图形z利用光栅图形既可以绘制直线与曲线以及线框图，也可以生成填充的多边形发展概况(1950’s)z生成一些简单图示条形图绘图仪显示设备简单z显示设备价格昂贵，速度很慢发展概况(1960’s)z线框图形•只绘制线段zSketchpad项目z显示处理器z存贮设备改进模型的线框表示Sketchpad项目zIvanSutherland在MIT的博士论文•意识到人机交互的潜力，标志着“计算机图形学”学科的诞生zSutherland也是许多图形学基本算法的创始人Sketchpad项目显示处理器(DPU)z不是直接由主机负责刷新显示，而是利用专用计算机进行这项工作，该计算机称为DPUz图形以显示列表(DL)或文件形式存贮在DPUz主机编译生成显示列表并发送到DPU主机DPUDL发展概况(1970’s)z光栅化图形z图形标准开始出现GKS：欧洲成为二维图形的ISO标准Core:北美但没有成为三维图形的ISO标准z工作站与PC机工作站与PC机z虽然现在这两者的差别已非常小，但历史上它们的来源是不同的。•工作站：•网络连接•交互性•PC机：•早期的PC机把帧缓冲区作为内存的一部分发展概况(1980’s)z真实感图形光滑明暗处理环境映射凹凸映射发展概况(1980’s)z专门硬件的出现•SiliconGraphics公司的geometryengine•图形流程的VLSI实现z工业图形标准的出现•PHIGS•RenderManz网络图形系统：XWindows系统z人机交互(HCI)发展概况(1990’s)zOpenGL应用程序界面z完全由计算机生成的电影正片(feature-length)–玩具总动员(ToyStory)z新型硬件的能力•纹理映射•融合•累加模版缓冲区发展概况(2000’s)z照片真实感图形zPC上的图形卡•Nvidia,ATI,3DLabsz游戏z电影工业中的计算机图形学程序：Maya,Lightwave应用领域z科学可视化z计算机辅助设计z显示模拟z流程控制z图像处理z艺术娱乐出版业Geri’sGame(奥斯卡最佳动画短片1998)艺术ABug’sLife娱乐图像处理Costa-Hoffmann-Meeks极小曲面科学可视化