计算机图形学_课件_第1章 上.ppt

1、,引言,有什么？,3,教什么？,4,是什么？,2,怎样教？,5,6,为什么？,1,教 材,为什么？,DOS为什么被Windows替代？ 讲课为什么用PPT？ 文章为什么要有插图？ ,一图胜千言 A picture is worth a thousand words,图形！,为什么？,为什么？,社会已经进入数字化时代，这个时代的特征是“世界图形/图像时代”。 图形/图像的应用表现在社会生活和生产的各个领域，各个层面上。 计算机图形学研究的就是用一种最直接的形式来表示和表现我们生活的这个充满信息的世界。,为什么？,计算机图形学的知识面广 计算机图形学的应用面宽,数学（几何计算、近似计算、拓扑结构等

2、） 物理（运动、光学及颜色等） 计算机（算法、数据结构、程序设计、交互技术等） 美学（色彩等） 等综合的知识。,科学、工程、社会、人文、娱乐等等。,是什么？,IEEE定义： Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer,有什么？,有什么？,广度,有什么？,深度,教什么？,基础 基本几何、几何变换 几何建模如何在计算机中构造一个客观世界 几何计算、二/三维几何造型、曲线/曲面等 几何的视觉实现如何将计算机中的虚拟世界展现出来 光栅图形学、图形裁剪、消隐算

3、法、光照模型等 交互技术 图形界面、人机交互等,怎样教：目标,了解图形学的基本问题,掌握图形学的基本概念、方法和算法 通过编程实践掌握图形学的一些基本技能 对算法和数据结构进行实际的训练 严格的逻辑思维能力的培养和提高 计算机图形学的应用和进一步研究的一个入门,怎样教：基础,数学 方法、算法、代数、几何等 数据结构 树结构、链表结构等 排序和分类算法 专业知识 工程知识、美术、动画设计等 计算机系统知识 C、C等,怎样教：课堂（理论）教学(36),怎样教：课外作业（Home Work）,基本目标,1,具体算法的实现 巩固理论 实践算法,2,给出算法描述 设计数据结构 编制源程序 分析测试结果,

4、一般要求,怎样教：实践教学(12),给出算法的描述： 包括理论、算法和数据结构。 根据算法和数据结构： 编制源程序； 书写总结： 以说明问题为原则，不必写得过长； 请勿在报告中贴大段源程序，一些较为重要的算法，可以摘抄在报告中。 以学号-姓名为名上交。,教材,普通高等教育 “十一五”国家级规划教材 2007年度普通高等教育精品教材 何援军： 计算机图形学 (第二版) 机械工业出版社 2009年1月第2版,2006年5月24日,教材：教学参考书,孙家广等.计算机图形学(第三版).清华大学出版社,1998.9.,David F.Rogers.计算机图形学的算法基础（第二版），石教英、彭群生等译，机

5、械工业出版社，2002.1 .,教学内容,1 绪 论 2 基本几何 3 几何变换 4 几何计算 5 二维造型 6 三维造型 7 曲线曲面,8 曲线拟合 9 光栅计算 10 裁剪计算 11 消隐计算 12 颜色模型 13 光照模型 14 交互技术,教学要求(建议),课堂上注意听讲、重要的是理解 部分补充知识点等内容需要笔记 课堂外一定要看书复习或预习、独立、认真完成作业 充分利用上机时间、多编程练习,考核要求,考勤10% 实验20% 期末考试（课堂教学内容,闭卷） 70,联系方式,E-Mail: TELE第1章 绪论,认识计算机图形学,从认知方式，关注计算机图形学的学科

6、地位； 从表现的视角，理解图形&图像只是基本图元不同组合的显示方式； 从对图形&图像产生机理的梳理，明确几何计算在计算机图形学中的地位和作用； 从构造的角度，阐述“模型”的几何品质； 从对计算机图形学的全面解读，认识“计算机图形学”的本质特征，构建计算机图形学的架构。,1 计算机图形学的定位与定义,计算机图形学,4,几何与几何计算,5,1.1 图形/图像分类,“图形”是对客观世界模拟的静态/动态表现。,1.1 图形/图像图形,图形,图形元素组合,图形分解,白色粗线,点划线,绿色细线,1.1 图形/图像图形,图形： 图元（点/线/圆） 属性信息,1.1 图形/图像图像,图像,图像分解,点（像素）

7、的组合,有色彩的点,1.1 图形/图像图像,图像： 图元（点/像素） 属性信息,亮度 (lightness),点/像素,色饱和度(saturation),色调(hue),其他,1.1 图形/图像本质,如果用“图形”统一表述图形/图像 而将点/线/圆/像素等通称为“图元(Primitives)”,图元,属性,图形,1.2 模型与几何,点,实体,曲面,曲线,“模型”是“图形”之本,“模型”由各种“几何” 构造,“模型”的本质是“几何”,1.2 模型与几何,1.2 模型与几何,1.2 模型与几何,在计算机图形学中 能更准确地揭示模型的“几何品质”,1.3 图形化与绘制-任务,计算机图形学的一个主要工

8、作是将三维物体的机内表示（几何）以直观可见、形象理解的画面展现出来。,?,几何,图形,1.3图形化与绘制已有表述,目前国内外用于描述这个过程已有的或可选的词有：,1.3图形化与绘制表述,绘制,犹如导演将剧本拍成电影，是一个将“几何”演绎到画面的再创造过程,几何,1.4 计算机图形学已有表述,IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）的定义： Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer

9、,1.4计算机图形学已有表述,James D.Foley 的分类,1.4计算机图形学已有表述,David.F. Rogers认为，图（Picture）是计算机图形学的关键概念，必须考虑以下问题： 图的表示机理 图的预处理 图的最终输出 如何与用户交互 这是以“图形（画面，Picture）”为核心的观点。,1.4 计算机图形学已有表述,目前国内被认可的对计算机图形学的定义是：计算机图形学是研究怎样利用计算机表示、生成、处理和显示图形的原理、算法、方法和技术的一门学科 。,1.4计算机图形学表述,1.4计算机图形学表述,1.4计算机图形学表述,几何：是表示、是输入。 绘制：是展现、是输出 。 两者

10、的基础“几何计算”。,1.4计算机图形学框架,1.5几何及几何计算地位,没有“几何模型”，“图形”将是无本之木，因此，“几何建模”是计算机图形学的首要工作。 几何表示：负责在计算机中描述几何模型 几何创建：负责模型的建立。建模的理论和过程并非全属于计算机图形学的范畴 曲线/曲面的基础理论和它的发展属于计算机辅助几何设计（Computer Aided Geometric Design）的范畴 零件的参数设计常被认为是CAD的事情 等等。,1.5几何及几何计算作用,1.5几何及几何计算理论,1.5几何及几何计算理论,James R. Miller：计算机图形学和造型依赖于点和向量的数学运算 Com

11、puter graphics and modeling rely on mathematical operations on points and vectors. I advocate using vector geometric analysis to simplify required derivations,1.5几何及几何计算理论,几何奇异是造成几何计算不正确、不稳定的根本。 认识本质，就可以去解决几何奇异问题。 构建几何计算的理论体系： 以向量几何与“方向性”概念为基础，构建几何计算的基本理论、思想方法、几何结构、几何问题处理以及它们的算法与复杂性分析。,1.6交互技术,Alan Cooper提出将程序开发划分为交互设计和编码设计两大部分，交互设计师的侧重点并不在程序的编码实现，而注重于用户如何最好地与系统交互工作 交互式图形学如今已可以提供图形通讯手段，成为人机交互的主要工具。,1.7 结论,不同“属性”的“图元”构造了所有“图形/图像” “几何”比“模型”更能表达“模型”的几何品质 计算机图形学要解决的主