计算机形学(教案)教程
265页1、计算机形学 Computer Graphics 徐光伟 一、本课程的性质、地位和作用 二、本课程的教学基本要求 1了解形系统的框架及其涉及的软件、硬件技术; 2了解形学基本问题,掌握基本概念、方法与算法; 3掌握基本形(二维)和几何实体(三维)生成技术 ; 4. 具有一定实践体会和相关的编程能力。 三、教材及参考书目 1Donald Hearn, M. Pauline Baker ,“Computer Graphics (C Version)”, Prentice Hall , 1997. 2计算机形学(新版) 孙家广编 清华大学出版 社 3计算机形学基础 唐泽圣等著清华大学出版社 4. 计算机形学(Computer Graphics). Donald Hearn et al. 蔡士杰译. 电子工业出版社 5. Fundamentals of Computer Graphics, Peter Shirley, second edition, AK Peters 四、基础知识要求 熟练的编程能力,数据结构和算法 五、每日课堂练习和作业提交 第一章 计算机形学综述 计算机形学是研究用计算机
2、表示、生成、 处理和显示形的学科。它涉及将几何模型和数 据转变为形的各种算法和技术。 11 l形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度 、彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处 理技术上来看,形主要分为两类,一类是由 线条组成的形,如工程、等高线地、曲 面的线框等,另一类是类似于照片的明暗 (Shading),也就是通常所说的真实感形。 l计算机形产生的方法 (1)矢量法(短折线法) 任何曲线用许多首尾相连的短直线(矢量)逼近. (2)描点法(相临像素串接法) 曲线由发亮的相素点串接起来. l形与像两个概念间的区别越来越模糊,但 还是有区别的:像纯指计算机内以位 (Bitmap)形式存在的灰度信息,而形含有几 何属性,或者说更强调场景的几何表示,是由 场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的 。 11 计算机形学的发展简史 111 硬件的发展 1950年,第一台形显示器作为美国麻省理工学 院(MIT)旋风I号(Whirlwind I)计算机的附件诞 生了。该显示器用一个类似于示波器的阴极射线管( CRT)来显示一些简单的形。 1958年美国Calcomp公司由联机的数字记录仪发 展成滚筒式
3、绘仪,GerBer公司把数控机床发展成为 平板式绘仪。在整个50年代,只有电子管计算机, 用机器语言编程,主要应用于科学计算,为这些计算 机配置的形设备仅具有输出功能。计算机形学处 于准备和酝酿时期,并称之为:“被动式”形学 112 软件及算法的发展 1950年代初到1960年代中,MIT开始计算机 辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)的研究; 1964年MIT的教授Steven A. Coons提出了插 值四条任意的边界曲线的Coons曲面; 1966年,法国雷诺汽车公司的工程师Pierre Bzier发展了一套自由曲线和曲面的方法; 1975年Versprille提出有理B样条的理论。 113 计算机形标准 1974年,美国国家标准化局(ANSI)在ACM SIGGRAPH的一个与“与机器无关的形技术”的工 作会议上,提出了制定有关标准的基本规则。 CGI(Computer Graphics Interface) ; CGM(Computer Graphics Metafile) ; GKS(Graphics Kernel system) ; PHIGS(Programmer
4、s Hierarchical Interactive Graphics Standard) ; 1992年,美国SGI(Silicon Graphics, Inc.)推 出了OpenGL 。 l最后,我们以SIGGRAPH会议的情况,来结束计 算机形学的历史回顾。ACM SIGGRAPH会议是 计算机形学最权威的国际会议,每年在美国 召开,参加会议的人在50,000人左右。世界上 没有第二个领域每年召开如此规模巨大的专业 会议,SIGGRAPH会议很大程度上促进了形学 的发展。因为每年只录取大约50篇论文,在 Computer Graphics杂志上发表,因此论文的 学术水平较高,基本上代表了形学的主流方 向。 12 计算机形学的研究内容 三维景物的表示; 三维场景的显示; 基于象和形的的混合绘制技术; 自然景物仿真; 形用户接口; 虚拟现实; 动画技术; 可视化技术; 几何和形数据的存储,包括数据压缩和解 压缩; 形硬件、形标准、形交互技术。 13 计算机形学的应用 l计算机辅助设计 l示形学 如word中的各种报表 l计算机艺术 l娱乐 l教学与培训 l可视化 l像处理 l形用户界
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