当前位置:首页 > 商业/管理/HR > 其它文档 > 计算机图形学北京建筑
计算机图形学主讲教师:吕书强Email:lvshuqiang@bucea.edu.cn适合GIS专业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、方法与算法;对与图形相关的应用及当前的研究热点有一个初步认识;具有一定实践体会和相关的编程能力。教材或参考书:杜晓增,计算机图形学基础,高教,2005王汝传等,计算机图形学,人民邮电出版社,2003.李东等,计算机图形学实用教程,人民邮电出版社,2004。主要参考书:潘云鹤等,“计算机图形学—原理、方法及应用”,高等教育出版社,2003。孙家广等,计算机图形学(第三版),清华大学出版社,2002。讲授内容第1章概述第2章计算机图形系统第3章VC开发环境简介第4章基本图形元素的生成算法第5章图形变换第6章图形裁剪第7章真实感物体绘制第一章绪论1.1研究内容1.2发展历史1.3计算机图形学的应用及研究前沿1.1研究内容何谓图形构成图形的要素图形的两种表示法图形学所研究的内容图形以及构成图形的要素图形:计算机图形学的研究对象能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象包括自然景物、拍摄到的图片、用数学方法描述的图形等等构成图形的要素几何要素:刻画对象的轮廓、形状等非几何要素:刻画对象的颜色、纹理等计算机中表示图形的方法点阵表示枚举出图形中所有的点(强调图形由点构成)简称为图像(数字图像)参数表示由图形的形状参数(方程或分析表达式的系数,线段的端点坐标等)+属性参数(颜色、线型等)来表示图形简称为图形:什么是计算机图形学定义1:计算机图形学是研究怎样用计算机生成、处理和显示图形的一门学科。定义2:计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形,并在专用显示设备上显示的原理、方法和技术的一门学科。计算机图形学计算机科学中,最为活跃、得到广泛应用的分支之一计算机图形学的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。与相关学科的关系数字图像数据模型图像生成(计算机图形学)模型(特征)提取(计算机视觉,模式识别)模型变换(计算几何)图像变换(图像处理).发展特点:交叉、界线模糊、相互渗透第一章绪论1.1研究内容1.2发展历史1.3计算机图形学的应用及研究前沿1.2发展历史历史追溯硬件发展图形显示器的发展图形输入设备的发展图形软件及软件标准的发展历史追溯50年代1950年,第一台图形显示器作为美国麻省理工学院(MIT)旋风I号(WhirlwindI)计算机的附件诞生了1958年,美国Calcomp公司由联机的数字记录仪发展成滚筒式绘图仪,GerBer公司把数控机床发展成为平板式绘图仪50年代末期,MIT的林肯实验室在“旋风”计算机上开发SAGE空中防御体系历史追溯60年代1962年,MIT林肯实验室的I.E.Sutherland发表了一篇题为“Sketchpad:一个人机交互通信的图形系统”的博士论文--确定了交互图形学作为一个学科分支(提出基本交互技术、图元分层表示概念及数据结构…)。1962年,雷诺汽车公司的工程师PierreBézier提出Bézier曲线、曲面的理论1964年MIT的教授StevenA.Coons提出了超限插值的新思想,通过插值四条任意的边界曲线来构造曲面。历史追溯70年代光栅图形学迅速发展区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念、及其相应算法纷纷诞生图形软件标准化1974年,ACMSIGGRAPH的“与机器无关的图形技术”的工作会议ACM成立图形标准化委员会,制定“核心图形系统”(CoreGraphicsSystem)ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS真实感图形学1970年,Bouknight提出了第一个光反射模型1971年Gourand提出“漫反射模型+插值”的思想,被称为Gourand明暗处理1975年,Phong提出了著名的简单光照模型-Phong模型实体造型技术英国剑桥大学CAD小组的Build系统美国罗彻斯特大学的PADL-1系统历史追溯80年代1980年Whitted提出了一个光透视模型-Whitted模型,并第一次给出光线跟踪算法的范例,实现Whitted模型1984年,美国Cornell大学和日本广岛大学的学者分别将热辐射工程中的辐射度方法引入到计算机图形学中图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发展历史追溯90年代:微机和软件系统的普及使得图形学的应用领域日益广泛。标准化、集成化、智能化多媒体技术、人工智能、科学计算可视化、虚拟现实三维造型技术历史追溯ACMSIGGRAPH会议小知识全称“theSpecialInterestGrouponComputerGraphicsandInteractiveTechniques”60年代中期,由Brown大学的教授AndriesvanDam(Andy)和IBM公司的SamMatsa发起1974年,在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH年会,并取得了巨大的成功每年只录取大约50篇论文历史追溯硬件发展图形显示器的发展图形显示器是计算机图形学中关键的设备60年代中期:画线显示器(亦称矢量显示器)需要刷新。设备昂贵,限制普及60年代后期:存储管式显示器不需刷新,价格较低,缺点是不具有动态修改图形功能,不适合交互式。硬件发展70年代初,刷新式光栅扫描显示器出现,大大地推动了交互式图形技术的发展。以点阵形式表示图形,使用专用的缓冲区存放点阵,由视频控制器负责刷新扫描。图形显示设备的发展:画线显示器(矢量显示器/随机扫描显示器)存储管式显示器刷新式光栅扫描显示器硬件发展图形输入设备的发展第一阶段:控制开关、穿孔纸等等第二阶段:键盘第三阶段:二维定位设备,如鼠标、光笔、图形输入板、触摸屏等等,语音第四阶段:三维输入设备(如空间球、数据手套、数据衣),用户的手势、表情等等第五阶段:用户的思维第一章绪论1.1研究内容1.2发展历史1.3计算机图形学的应用及研究前沿1.3计算机图形学的应用及研究前沿计算机图形学的应用图形用户界面•介于人与计算机之间,人与机器的通信。•人机界面(HCI):软件+硬件•发展:由指示灯和机械开关组成的操纵界面→由终端和键盘组成的字符界面(80年代)→由多种输入设备和光栅图形显示设备构成的图形用户界面(GUI)(90年代)。PC,工作站,WIMP(W-windows、I-icons、M-menu、P-pointingdevices)界面,所见即所得→VR技术(发展方向)计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)-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,如波音777飞机的设计和加工过程奥迪效果图和线框图计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)基于工程图纸的三维形体重建定义:从二维信息中提取三维信息,通过对这些信息进行分类、综合等一系列处理,在三维空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体,恢复形体的点、线、面及其拓扑关系,从而实现形体的重建优势:可以做装配件的干涉检查、以及有限元分析、仿真、加工等后续操作,代表CAD技术的发展方向工程图及其三维重建结果1工程图及其三维重建结果2可视化科学计算可视化(ScientificVisualization)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1986年,美国科学基金会(NSF)专门召开了一次研讨会,会上提出了“科学计算可视化(VisualizationinScientificComputing)”科学计算可视化广泛应用于医学、流体力学、有限元分析、气象分析当中可视化在医学领域,可视化有着广阔的发展前途是机械手术和远程手术的基础将医用CT扫描的数据转化为三维图象,帮助医生判别病人体内的患处由CT数据产生在人体内漫游的图象可视化的前沿与难点可视化硬件的研究实时的三维体绘制体内组织的识别分割——Segmentation真实感图形实时绘制与自然景物仿真计算机中重现真实世界的场景叫做真实感绘制真实感绘制的主要任务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,遮挡关系等等真实感图形实时绘制与自然景物仿真光照模型简单光照模型整体光照模型绘制方法光线跟踪辐射度加速算法包围体树、自适应八叉树等等地理信息系统(GIS)建立在地理图形之上的关于各种资源的综合信息管理系统。数字地球,地形数据作为载体。军事,政府决策,旅游,资源调查。娱乐●电脑游戏实时性逼真性蕴含了先进的图形处理技术●电视广告,节目片头,科教演示(CAI)●QuakeIII,“古墓丽影”,“侏罗纪公园”、“皇帝的新衣”、完美风暴………●MAYA,3D-MAX,SOFTIMAGE…多媒体在计算机控制下,对多种媒体信息进行生成、操作、表现、存储、通信、或集成的信息系统其中媒体至少应包括一种“连续媒体”或一种“离散媒体”。计算机处理的常见媒体:文本、图形、图像、语音、音频、视频、动画特点:媒体的多样性、操作的交互性、系统的集成性CAI,娱乐。VirtualReality(虚拟现实、灵境)VirtualReality或称虚拟环境(VirtualEnvironment)是用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界,让用户可以从自己的视点出发,利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。输入输出设备虚拟现实(VirtualReality简称VR)虚拟现实是指用立体眼镜、传感手套等一系列传感辅助设施来实现的一种三维现实,人们通过这些设施以自然的方式(如头的转动、手的运动等)向计算机送入各种动作信息,并且通过视觉、听觉以及触觉设施使人们得到三维的视觉、听觉等感觉世界。随着人们不同的动作,这些感觉也随之改变。•QuickTime技术简介QuickTime是苹果公司开发的新一代虚拟现实技术。它是一种基于静态图像处理的,在微机平台上能够实现的初级虚拟现实技术。它的出现使得以往专业实验室中成本昂贵的虚拟现实技术的应用普及有了广阔的前景。假定我们在一室空间进行观察,室内空间一般有六个面,如果我们获取了这六个面的许多不同距离,不同方位的实景照片并将它们按照相互的关系有机连接起来,就可以在视觉上形成这个房间整个空间的整体认识,这就是全景概念。当前研究热点真实感图形实时绘制物体网格模型的面片简化:对网格面片表示的模型,在一定误差的精度范围内,删除点、边、面,从而简化所绘制场景的复杂度,加快图形绘制速度基于图象的绘制(IBR,ImageBasedRendering):完全摒弃传统的先建模,然后确定光源的绘制的方法。它直接从一系列已知的图象中生成未知视角的图象,适用于野外极其复杂场景的生成和漫游野外自然景物的模拟野外场景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、火等等绘制火的粒子系统(ParticleSystem),基于生理模型的绘制植物的方法,绘制云的细胞自动机方法等由清华大学自然景物平台生成的野外场景日本YoshinoriDobashi等人绘制的真实感云Xfrog3.0生成的挪威云杉与计算机网络技术的紧密结合远程医疗与诊断远程导航与维修远程教育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商业广告、影视特技/片头、动画片教育、军事、
本文标题:计算机图形学北京建筑
链接地址:https://www.777doc.com/doc-3681476 .html