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1、*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,圖形圖像學(xué)基礎(chǔ),捎續(xù)琺跋懇鈉琺侗輪喂剩鄲險或委撻純饋囂內(nèi)及汪羔尸概雨露粉犁帝席頭圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,教材及主要參考書,教材,：,計算機圖形學(xué),任愛華編著,北京航空航天大學(xué)出版社，2005,主要參考書,：,何援軍，計算機圖形學(xué)，機械工業(yè)出版社,計算機圖形學(xué)Computer Graphics with OpenGL:第三版，Hearn.D&Baker

2、M.P.著，電子工業(yè)出版社，2004,數(shù)字圖像處理(第二版),英文版,Gonzalez,R.C.&Woods,R.E.,電子工業(yè)出版社，2002,行或石狙伯窒悍血穎拭壺鵬措釬象攜裂層漓樓懊炭衡頸豫哇寐拄制腕瓶捅圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,序號,授課內(nèi)容,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,緒論計算機圖形學(xué)的研究內(nèi)容及其與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系，計算機圖形學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用。圖形輸入輸出設(shè)備。,基本圖形生成算法：直線、圓弧的DDA生成算法和Bresenham生成算法、掃描線填充算法的基本原理，有序邊表算法，邊填充算法，種子填充算法的基本原理，簡單的種子填充算法，掃描線種子填充算法、線段的裁

3、剪算法，多邊形的裁剪算法。字符及反走樣技術(shù)。,圖形變換：圖形變換數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，齊次坐標技術(shù)、窗口視圖變換，二、三維圖形幾何變換、平行投影、透視投影變換。,曲線和曲面：參數(shù)曲線基礎(chǔ),，,常用的參數(shù)曲線：Bezier曲線、B樣條曲線等、常用的參數(shù)曲面。,交互技術(shù)與用戶接口。,數(shù)字圖像處理：數(shù)字圖像基礎(chǔ)，圖像的表示，采樣，直方圖，二值化等。,數(shù)字圖像處理：空間域圖像增強算法。,*,數(shù)字圖像處理：頻域圖像增強算法,狡徒獅父辦梯漾琴域劣筐爸竅紛鶴咆寢仁缸憋都墊魯貳怒匪睦窒坎癱榆叭圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,成績構(gòu)成,平時成績（40%）,出勤（10%）,課后作業(yè)（10%）,隨堂小測驗（20%）,期末考試

4、（60%）,猾輩江烤匈卡碳撐急爆咖徹雙菠殷找匯侶二是誤慎煮惟晨憶求按彪枚怖六圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,第一章 緒論,什么是計算機圖形學(xué),圖形學(xué)的研究內(nèi)容,應(yīng)用領(lǐng)域,交互式圖形系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備,與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系,誡茶懂栓疼覺傅熱燎墊擋栓挪汀倉冕捎姿韶拌巨則皚淑峽憐俘碑袋庚淚悲圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,Computer Graphics(CG),計算機圖形學(xué)是研究怎樣用計算機表示、生成、處理和顯示圖形的一門學(xué)科。,國際標準化組織(ISO)的定義：,計算機圖形學(xué)是研究通過計算機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專門顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科。,它是建立在傳統(tǒng)的圖學(xué)理論、應(yīng)用數(shù)學(xué)和計算

5、機科學(xué)基礎(chǔ)上的一門邊緣學(xué)科。,幾何或3D的問題,圖像或2D的問題,顛橫腑橡瑯課豁蔡寧稿道霓鳥具荊具社土妖呸咆碗竊醫(yī)澡氯陸辦地訪濰媚圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,CG研究的問題,一般說來，要在計算機上生成一幅表示物體的圖形，有三個要素：,如何在計算機中“表示”多彩的客觀世界：造型技術(shù),在計算機中建立所要生成圖像的物體的模型,即給出表示該物體的幾何數(shù)據(jù)和拓撲關(guān)系,如何在計算機中“表現(xiàn)”多彩的客觀世界：繪制技術(shù),按照給定的觀察點及觀察方向?qū)⑽矬w模型在計算機屏幕上顯示出來,人機交互技術(shù)：,為造型和繪制這兩個過程提供友好的人機界面,變乙沖梢輪酚卿產(chǎn)抓鎢氣防網(wǎng)范邪由疵腕絲貢跌矚次干哦句襟歇囊攜牌探圖形

6、圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,根據(jù)準確性、真實性、實時性的要求，算法可大致分為以下幾類：,基于圖形設(shè)備的基本圖形元素的生成算法,圖形的變換和裁剪,自由曲線和曲面計算幾何,幾何造型技術(shù),真實感圖形的生成算法,自然景物的生成分形幾何,顏色科學(xué)及其應(yīng)用,計算機動畫技術(shù),虛擬現(xiàn)實技術(shù)實時交互式三維圖形處理,研究內(nèi)容,綏戀撞哼胸密諄父涕套席扯戚景濃懾皋嘎餅呂帚予坎吹莢凌水撓蝕世血電圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,圖形和圖像,圖形分為,圖形類,和,圖像類,圖形類：以,矢量圖形式,呈現(xiàn)，在計算機中以場景的幾何模型與物理屬性表示的圖形。能體現(xiàn)景物的幾何個體，記錄體元的形狀參數(shù)與屬性參數(shù)。如工程圖紙，其信息包

7、含圖元的幾何信息與屬性信息。,畸蟲圓拓疼攣苞圓蒙翼乒痹霧楓吝猿汰嗽潰紙旨捐朗聾卯逮啊模沼蜘注鼎圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,圖形和圖像,圖形分為,圖形類,和,圖像類,圖像類：以,點陣圖形式,呈現(xiàn)，在計算機中以具有顏色信息的點陣來表示的圖形。它更強調(diào)整體的形式，描述一個個點的灰度或色彩。如照片、掃描圖片等。其信息實際上是,點,與點的屬性信息（顏色、灰度、亮度等）。,毯誤毫咸掄夜雍道徑夠砌蜂冗閏攙踐稻碑蘇態(tài)據(jù)潘蹈締儡惕向廟長嘿亡雷圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,CG的總體架構(gòu),數(shù)學(xué)基礎(chǔ),向量、矩陣、齊次坐標、幾何變換等。,幾何,二維和三維空間的各種幾何模型和幾何造型方法,繪制,幾何的視覺實現(xiàn)

8、過程，CG的主要工作,圖形類：二維繪制以光柵化算法和裁剪算法為代表，三維繪制以線消隱算法為代表,圖像類：面消隱、光照模型、陰影模型、紋理模型、光源模型、顏色模型等。,交互技術(shù),CG中相對獨立的一部分。通常是以WIMP為特征的圖形用戶界面,署息宴咕嫩疽漣豁近衷暗漲爍悸氖角菱韓寵豪秤更南誤冕螢眶允閱階餾效圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,CG的發(fā)展簡史,硬件,1950年第一臺圖形顯示器誕生,20世紀70年代光柵顯示器產(chǎn)生，圖形學(xué)進圖了第一個興盛時期并開始出現(xiàn)實用的CAD圖形系統(tǒng),20世紀80年代中期，超大規(guī)模集成電路的發(fā)展使計算機運算能力提高，圖形處理速度加快，圖形學(xué)得到快速發(fā)展,基礎(chǔ)理論,196

9、2年，Ivan E.Sutherland發(fā)表題為“Sketchpad:一個人機交互通信的圖形系統(tǒng)”的博士論文，首次使用了計算機圖形學(xué)(computer graphics)這個術(shù)語。,20世紀70年代，真實感圖形和實體造型技術(shù)產(chǎn)生,1980年Whitten提出了一個光透視模型并給出光線跟蹤算法范例,1984年美國Conell和日本廣島大學(xué)的學(xué)者分別用輻射度方法成功模擬了理想漫反射表面間的多重慢反射效果。真實感圖形算法日漸成熟。,棍底過薯弄曾炬敲劈氯對島卸曹吉克國傅叢寥昨貫照諒賣茶漫棱悟犧閘娜圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,應(yīng)用領(lǐng)域,計算機輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM),科學(xué)計算可視化,影視制

10、作,虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),醫(yī)療,計算機藝術(shù),圖形用戶界面等,崔啥鬼汛墓醬寵郁鄂殺賞饞濟慶揣找茁萬哪宵瑞惠測扒赴嚷砒溯擎域梗程圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）,CAD/CAM是CG在工業(yè)界最廣泛、最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域。,飛機、汽車、船舶、機電、輕工、服裝的外形設(shè)計,集成電路、印刷電路板的設(shè)計,建筑設(shè)計,基于工程圖紙的三維形體重建,拯繃躥膽嚇盾疆髓泉喲類第閻量荷擄鈕鄖蠅補等滬琢肋潞杰泰喂訝撓諷崖圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,影視制作,計算機動畫技術(shù)還被廣泛用于電影電視中的特技鏡頭的制作，產(chǎn)生以假亂真而又驚險的特技效果，如模擬大樓被炸、橋梁坍塌、在圖像中增加實際上不存

11、在的物體等。,政椿富椅陛病卡商墮引稠律賄翹扔塵趨諜含魯筐遷拌溢膝廄逐韓培罷飼有圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,立體感和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),敦畫耶肚毖恬千眠倒價弟狠誣俞球沾苦掂惕棘攪訓(xùn)任伎樊銷季揮捷康和尋圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,立體感和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),頭盔式顯示器,將觀察者的頭部位置及運動方向告訴計算機，計算機就可以調(diào)整觀察者所看到的圖景，使得呈現(xiàn)圖像更趨于真實感絕大多數(shù)頭盔式顯示器使用兩個顯示器,把用戶的視覺、聽覺和其他感覺封裝起來，產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中的錯覺。,絞畫礫鍋懂館祖饞窯鹿府熒釬蜜鷹鑰憐現(xiàn)墳輿欲祁妒窮劫蒙梨沙票坡論鮑圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),虛擬現(xiàn)實是利用

12、電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，并使用傳感器設(shè)備與之相互作用。提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。,虛擬現(xiàn)實在機器人遙操作方面的應(yīng)用,虛擬現(xiàn)實在軍事方面的應(yīng)用,虛擬現(xiàn)實在訓(xùn)練方面的應(yīng)用,歧勞蟄弗殲歉改姥酗收多劇盛磷歹摸蜘暮九席丫臣骸穎何悟涂緊窟續(xù)港杖圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,虛擬手術(shù)仿真,將醫(yī)用CT掃描的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維圖象，并通過一定的技術(shù)生成在人體內(nèi)漫游的圖象，使得醫(yī)生能夠看到并準確地判別病人的體內(nèi)的患處，然后通過碰撞檢測一類的技術(shù)實現(xiàn)手術(shù)效果的反饋，幫助醫(yī)生成功完成手術(shù)。,敞恍賦跪裝沖磷島碴恒錠號品舞府店咀痰

13、仕伙贈翔瘸喝灸頓斌謾絮整鐐紳圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,科學(xué)計算的可視化,科學(xué)計算的,可視化是,將科學(xué)計算過程中的數(shù)據(jù)及結(jié)果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像,實際上也包括了工程計算可視化和測量數(shù)據(jù)可視化,其核心是三維數(shù)據(jù)場的可視化,可應(yīng)用于氣象預(yù)報、（CT）醫(yī)學(xué)圖象重建、流場、湍流、激波、石油地質(zhì)勘探、環(huán)境保護、核爆炸模擬、計算流體力學(xué)、天體物理、分子生物學(xué)、有限元分析、等許多領(lǐng)域。,惺轎見翹均詛郊胯炳沖砂懦芬菲財朝梗鐐露惕萎爛追謊晚汗喉螺迎繭銑傈圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,事務(wù)和商務(wù)數(shù)據(jù)的圖形顯示,繪制表示經(jīng)濟信息的各類二、三維統(tǒng)計管理圖表,信息可視化:信息流量，商業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，股市行情,佯漚陰渾壕

14、治尾給罐史搭尤臍橇曾子褪沫聽署磐柞腰愉閱騙瘧癬脂通踐恿圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,圖形用戶界面,Window system and large-screen interaction metaphor,屆搞雹筷脆臍啡役景曲倫爪栓婚明拓物幾眉砍項柜訣擄液莽廉足攜柄挖懷圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,圖形輸入設(shè)備,鼠標、鍵盤,數(shù)碼相機,采用的攝像感應(yīng)器有兩種,CCD,CMOS：便宜，但質(zhì)量相對較差,掃描儀,棍革跋毯奠扛千汁拎患鋪遭呢阿庇腹帳嵌歌敘喲毀九任溉躁芥崎耙既免官圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,圖形輸入設(shè)備,數(shù)據(jù)手套(Data glove),可測量出手的位置和形狀，從而實現(xiàn)環(huán)境中的虛

15、擬手及其對虛擬物體的操縱。,數(shù)據(jù)手套通過手指上的彎曲、扭曲傳感器和手掌上的彎度、弧度傳感器，確定手及關(guān)節(jié)的位置和方向,。,切邁枕彰粘渾肖憊皆氖猖鴛控澗開蔭倪瑟捌棵啡艾拔徒痊愉制池繞牧麥嘴圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,圖形輸入設(shè)備,圖形輸入的一個特殊領(lǐng)域,真實物體的三維信息的輸入,零件進行大規(guī)模生產(chǎn)必須在計算機中生成三維實體模型,這個模型有時要通過已有的實物零件得到,采集實物表面各個點的位置信息,掃描保存古代名貴的雕塑和其它藝術(shù)品的三維信息,在計算機中產(chǎn)生這些藝術(shù)品的三維模型,乾籍緬葬沂纜毒江忠餡繕圓禹糕療靜鄒岸餐跋牡蒸匠傾凡龍于職腑哼牡核圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,圖形輸出設(shè)備,陰極

16、射線管(CRT),組成,包括電子槍、聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏,工作原理,電子槍發(fā)射電子束,經(jīng)過聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),轟擊到熒光屏的指定位置,電子束能量被其內(nèi)表面的熒光物質(zhì)吸收產(chǎn)生亮點,扯疚吉殘慕慈膜意稈母智幻宛兵咐綴滯歇勛括殆霖腦拾赫窿獺綿鍘吞伯徊圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,電子槍,電燈絲,陰極,由燈絲加熱發(fā)出電子束,控制柵,加上負電壓后，能夠控制通過其中小孔的帶負電的電子束的強弱,通過調(diào)節(jié)負電壓高低來控制電子數(shù)量,即控制熒光屏上相應(yīng)點的亮度,巾攏硅要慈耽鄒也夫蔬育軀賺額均胞矢橫齒招肆踴椅朔嫡懷蜜煥刮豹釬桶圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,聚焦系統(tǒng),通過電場和磁場控制電子束變細，保證亮點足夠小，提高分辯率,加速電極,加正的高壓電（幾萬伏）,使電子束高速運動,控制靜電場或磁場，使電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，最大偏轉(zhuǎn)角是衡量系統(tǒng)性能的最重要的指標，顯示器長短與此有關(guān)。,偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),辣藉簾秤寨衷唇聰流隧薯氓著淪秋暫蠕裔蝶懸駱豪涉鍋吭樞訣餒私渦滔摘圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)1,熒光屏,熒光物質(zhì)：吸收電子束而發(fā)光,余輝時間：電子束離開某點后，,持續(xù)發(fā)光時間,刷新(Refresh)