第一章-計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本知識(shí)

《第一章-計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本知識(shí)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第一章-計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本知識(shí)（71頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、聊城大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院肖燕肖燕教學(xué)要求教學(xué)要求了解圖形系統(tǒng)的框架及其涉及的軟件、硬件技術(shù)；了解圖形學(xué)的基本問(wèn)題，掌握?qǐng)D形學(xué)的基本概念、方法與算法；對(duì)與圖形相關(guān)的應(yīng)用及當(dāng)前的研究熱點(diǎn)有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)；具有一定實(shí)踐體會(huì)和相關(guān)的編程能力。2教材：教材：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理、方法及應(yīng)用原理、方法及應(yīng)用潘云鶴潘云鶴等等高等教育出版社高等教育出版社參考書(shū)參考書(shū)：1.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（第二版）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（第二版）美美DonaldHearn/M.PaulineBaker著著蔡士杰等譯蔡士杰等譯電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社2002年年5月月2.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)王汝傳王汝傳著著人民郵電出版社人民郵電出

2、版社2002年年7月月3.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（第三版）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（第三版）孫家廣孫家廣等等清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社1999年年8月月4.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)教程計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)教程孫正興孫正興周良周良鄭宏源鄭宏源著著清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社2004年年2月月教材與參考書(shū)3n計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)重要而又年輕的學(xué)科，它隨著計(jì)算機(jī)硬件特別是圖形顯示設(shè)備的發(fā)展而逐漸產(chǎn)生發(fā)展起來(lái)的。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主要是研究圖形。它描述的圖形通常是由點(diǎn)、線、面、體等幾何元素幾何元素幾何元素幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何非幾何非幾何非幾何屬性屬性屬性屬性組成。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的簡(jiǎn)單介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的簡(jiǎn)單

3、介紹4n計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中有一整套描述幾何元素和色彩的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法模型，如Bresenham畫(huà)線、畫(huà)圓算法；反走樣算法；區(qū)域填充算法；Bezier曲線、曲面算法和NURBS曲線、曲面算法；求交算法；消隱算法；明暗效應(yīng)；顏色模型；紋理、光線跟蹤等。5n計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的任務(wù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的任務(wù)首先要建立被處理圖形對(duì)象的數(shù)學(xué)模型并把該模型參數(shù)輸入、存貯在計(jì)算機(jī)中；然后再根據(jù)人們提出的各種要求，對(duì)這一模型進(jìn)行種種有效的變換和加工處理；最后圖形對(duì)象被加工處理后的結(jié)果在相應(yīng)設(shè)備上進(jìn)行顯示、打印，也可以把圖形輸出為點(diǎn)陣方式描述的圖像，以供圖像處理軟件進(jìn)行二次處理。6課程內(nèi)容課程內(nèi)容n第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本知識(shí)（教

4、材第計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本知識(shí)（教材第1章和第章和第11章）章）n第2章基本圖形的生成與計(jì)算基本圖形的生成與計(jì)算n第3章圖形變換與輸出圖形變換與輸出n第4章圖形輸入與交互技術(shù)圖形輸入與交互技術(shù)n第5章真實(shí)感圖形顯示（教材第真實(shí)感圖形顯示（教材第7章）章）n第6章基本造型方法（教材第基本造型方法（教材第9章和第章和第10章）章）n第7章自由曲線曲面（教材第自由曲線曲面（教材第8章）章）7第一章第一章基本知識(shí)基本知識(shí)提出問(wèn)題：n什么是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)？n計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的對(duì)象是什么？n計(jì)算機(jī)圖形學(xué)如何發(fā)展的？n計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用如何？81.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及其相關(guān)概念計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及其相關(guān)概念1、什么是計(jì)算機(jī)圖形

5、學(xué)？計(jì)算機(jī)圖形學(xué)？計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究怎樣利用計(jì)算機(jī)來(lái)顯示、生成和處理圖形的原理、方法和技術(shù)的一門(mén)學(xué)科。Computer graphicsistheartorscienceofproducinggraphicalimageswiththeaidofcomputer（IEEE定義）特點(diǎn)：新興學(xué)科邊緣性學(xué)科與傳統(tǒng)理論密切聯(lián)系9IEEE 協(xié)議的概念I(lǐng)EEE是Institute of Electrical and Electronics Engineers的英文縮寫(xiě)，它的中文含義是“電器與電子工程師協(xié)會(huì)”，IEEE是國(guó)際工程界非常有名的一個(gè)組織。10n圖形圖形：能夠在人的視覺(jué)系統(tǒng)中形成視覺(jué)印

6、象的客觀對(duì)象。（廣義的概念）n圖形的要素幾何要素：刻畫(huà)形狀的點(diǎn)、線、面、體等幾何要素非幾何要素：非幾何要素：反映物體表面屬性或材質(zhì)的明暗、灰度、色彩等反映物體表面屬性或材質(zhì)的明暗、灰度、色彩等2、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的對(duì)象是什么？、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的對(duì)象是什么？11n計(jì)算機(jī)圖形學(xué)所研究圖形的定義：從客觀世界中抽象出來(lái)的帶有顏色及形狀信息的圖和形圖和形圖和形圖和形。a11a12a13a14a15a21a22a23a24a25a31a32a33a34a35a41a42a43a44a45a51a52a53a54a55灰度或顏色信息55圖象0 xy直線的參數(shù)方程：ax+by+c=0n圖形的表示：點(diǎn)陣法圖象

7、參數(shù)法圖形123、與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)的概念？、與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)的概念？1.1.計(jì)算機(jī)圖形計(jì)算機(jī)圖形 ：用計(jì)算機(jī)表示、生成、處理和：用計(jì)算機(jī)表示、生成、處理和顯示的對(duì)象。由幾何數(shù)據(jù)和幾何模型利用計(jì)顯示的對(duì)象。由幾何數(shù)據(jù)和幾何模型利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示，并修改、完善后形成。算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示，并修改、完善后形成。2.2.圖像處理圖像處理 ：將客觀世界中原來(lái)存在的物體的將客觀世界中原來(lái)存在的物體的影像處理成新的數(shù)字化圖像的相關(guān)技術(shù)。影像處理成新的數(shù)字化圖像的相關(guān)技術(shù)。13n3.3.模式識(shí)別模式識(shí)別 ：對(duì)所輸入的圖像進(jìn)行分析和對(duì)所輸入的圖像進(jìn)行分析和識(shí)別，找出其中蘊(yùn)涵的內(nèi)在聯(lián)系或抽象模識(shí)別，找出其

8、中蘊(yùn)涵的內(nèi)在聯(lián)系或抽象模型，如郵政分揀、地形地貌識(shí)別等。型，如郵政分揀、地形地貌識(shí)別等。n4.4.計(jì)算幾何計(jì)算幾何 ：研究幾何模型和數(shù)據(jù)處理的：研究幾何模型和數(shù)據(jù)處理的學(xué)科，探討幾何形體的計(jì)算機(jī)表示、分析學(xué)科，探討幾何形體的計(jì)算機(jī)表示、分析和綜合和綜合 。數(shù)數(shù)字字圖圖像像數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)模模型型計(jì)算機(jī)圖形計(jì)算機(jī)圖形模式識(shí)別模式識(shí)別計(jì)算幾何計(jì)算幾何圖像處理圖像處理141.2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展n計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究起源于美國(guó)麻省理工學(xué)院美國(guó)麻省理工學(xué)院。n1950年，在該校誕生了世界上第一臺(tái)圖形顯示器，作為旋風(fēng)1號(hào)計(jì)算機(jī)的輸出設(shè)備。n1959年，美國(guó)CALCOMP公司根據(jù)打印機(jī)原理研制出世

9、界上第一臺(tái)滾筒式繪圖儀。n20世紀(jì)50年代末期，麻省理工學(xué)院在旋風(fēng)1號(hào)計(jì)算機(jī)上開(kāi)發(fā)了SAGE空中防御系統(tǒng)。15n1962年第一臺(tái)光筆交互式圖形顯示器在美國(guó)麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室研制成功，Ivan E.Sutherland在博士論文中首先提出“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”術(shù)語(yǔ)。同年，雷諾汽車(chē)公司的工程師Pierre Bzier 提出Bzier曲線、曲面的理論。n1964年，孔斯(Steve Coons)在麻省理工學(xué)院提出了孔斯曲面。16Whirlwind1:earlygraphicsusingVectorScope(1951)旋風(fēng)1號(hào)計(jì)算機(jī) 輸出設(shè)備SketchPad:firstinteractivegrap

10、hics(1962)第一臺(tái)光筆交互式圖形顯示器1.2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展第一臺(tái)圖形顯示器誕生，類(lèi)似示波器的圖形顯示設(shè)備，用它可以顯示簡(jiǎn)單的圖形第一臺(tái)圖形顯示器誕生，類(lèi)似示波器的圖形顯示設(shè)備，用它可以顯示簡(jiǎn)單的圖形 17在美國(guó)工業(yè)界，研制交互式圖形顯示器的工作也同時(shí)開(kāi)展，其在美國(guó)工業(yè)界，研制交互式圖形顯示器的工作也同時(shí)開(kāi)展，其中所起作用最重要的是中所起作用最重要的是IBM公司公司。1964年秋，年秋，IBM公司推出了公司推出了IBM2250顯示器。顯示器。洛克希德飛機(jī)公司利用洛克希德飛機(jī)公司利用IBM2250施行開(kāi)發(fā)的施行開(kāi)發(fā)的CADAM繪圖加工系繪圖加工系統(tǒng)，成為目前統(tǒng)，成為目

11、前IBM主機(jī)上應(yīng)用最廣的主機(jī)上應(yīng)用最廣的CAD/CAM軟件。軟件。IBM2250在在1978年前后改型為年前后改型為IBM3250，1984年又改型為年又改型為IBM5080，采用，采用光柵掃描技術(shù)光柵掃描技術(shù)。20世紀(jì)世紀(jì)60年代末和年代末和70年代初，美國(guó)年代初，美國(guó)Tektronix公司發(fā)展了存儲(chǔ)管技術(shù)。公司發(fā)展了存儲(chǔ)管技術(shù)。由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和專(zhuān)用圖形處理芯片的出現(xiàn)，光柵掃描由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和專(zhuān)用圖形處理芯片的出現(xiàn)，光柵掃描型顯示器的質(zhì)量越來(lái)越好，價(jià)格越來(lái)越低，已成為圖形顯示器的常規(guī)型顯示器的質(zhì)量越來(lái)越好，價(jià)格越來(lái)越低，已成為圖形顯示器的常規(guī)形式。形式。1.2計(jì)算

12、機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展181.2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展firstCADsystem(IBM1959)191.2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展n20世紀(jì)世紀(jì)70年代年代光柵圖形學(xué)迅速發(fā)展光柵圖形學(xué)迅速發(fā)展區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應(yīng)算法紛紛誕生。區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應(yīng)算法紛紛誕生。圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化1974年，年，ACMSIGGRAPH的與的與“與機(jī)器無(wú)關(guān)的圖形技術(shù)與機(jī)器無(wú)關(guān)的圖形技術(shù)”的工作會(huì)議。的工作會(huì)議。ACM成立圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，制定成立圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，制定“核心圖形系統(tǒng)核心圖形系統(tǒng)”（CoreGraphic

13、sSystem）。）。ISO發(fā)布發(fā)布GKS、PHIGS等。等。真實(shí)感圖形學(xué)真實(shí)感圖形學(xué)1970年，年，Bouknight提出了第一個(gè)光反射模型。提出了第一個(gè)光反射模型。1971年年Gourand提出提出“漫反射模型插值漫反射模型插值”的思想，被稱(chēng)為的思想，被稱(chēng)為Gourand明明暗處理。暗處理。1975年，年，Phong提出了著名的簡(jiǎn)單光照模型提出了著名的簡(jiǎn)單光照模型-Phong模型。模型。201.2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展n20世紀(jì)世紀(jì)80年代年代n1980年年Whitted提出了一個(gè)光透視模型提出了一個(gè)光透視模型-Whitted模型，并第一次給出光線跟蹤算法的范例，實(shí)現(xiàn)模型，并

14、第一次給出光線跟蹤算法的范例，實(shí)現(xiàn)Whitted模型。模型。n1984年，美國(guó)年，美國(guó)Cornell大學(xué)和日本廣島大學(xué)的學(xué)者分大學(xué)和日本廣島大學(xué)的學(xué)者分別將熱輻射工程中的輻射度方法引入到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)別將熱輻射工程中的輻射度方法引入到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中。中。n圖形硬件和各個(gè)分支均在這個(gè)時(shí)期飛速發(fā)展。圖形硬件和各個(gè)分支均在這個(gè)時(shí)期飛速發(fā)展。211.2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展-在中國(guó)在中國(guó)從從20世紀(jì)世紀(jì)60年代中后期，我國(guó)開(kāi)始了計(jì)算機(jī)圖形設(shè)備和年代中后期，我國(guó)開(kāi)始了計(jì)算機(jī)圖形設(shè)備和計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)方面的研究工作。計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)方面的研究工作。（1）1970年我國(guó)研制成功了黑白光筆圖形

15、顯示器。年我國(guó)研制成功了黑白光筆圖形顯示器。（2）1976年研制成功了彩色光筆圖形顯示器。年研制成功了彩色光筆圖形顯示器。（3）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在我國(guó)應(yīng)用從）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在我國(guó)應(yīng)用從20世紀(jì)世紀(jì)70年代起步，年代起步，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已在電子、機(jī)械、航空航天、建筑、經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已在電子、機(jī)械、航空航天、建筑、造船、輕紡和影視等多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。造船、輕紡和影視等多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。221.3計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用及研究前沿計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用及研究前沿圖形用戶(hù)界面n介于人與計(jì)算機(jī)之間，人與機(jī)器的通信，人機(jī)界面（HCI）：軟件硬件n發(fā)展：由指示燈和機(jī)械開(kāi)關(guān)組成的操縱界面由終端和鍵盤(pán)組

16、成的字符界面（80年代）由多種輸入設(shè)備和光柵圖形顯示設(shè)備構(gòu)成的圖形用戶(hù)界面（GUI）（90年代）PC，工作站，WIMP(W-windows、I-icons、M-menu、P-pointingdevices)界面，所見(jiàn)即所得VR技術(shù)（發(fā)展方向）23計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）-CAD/CAM是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在工業(yè)界最廣泛、最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域n飛機(jī)、汽車(chē)、船舶的外形的設(shè)計(jì)n發(fā)電廠、化工廠等的布局n土木工程、建筑物的設(shè)計(jì)n電子線路、電子器件的設(shè)計(jì)n設(shè)計(jì)結(jié)果直接送至后續(xù)工藝進(jìn)行加工處理，如波音777飛機(jī)的設(shè)計(jì)和加工過(guò)程24奧迪效果圖和線框圖奧迪汽車(chē)奧迪汽車(chē)的效果圖和線框圖的效

17、果圖和線框圖25美國(guó)波音公司用有關(guān)的美國(guó)波音公司用有關(guān)的CAD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)波音系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)波音777飛機(jī)的整體設(shè)計(jì)和模擬，包括飛機(jī)飛機(jī)的整體設(shè)計(jì)和模擬，包括飛機(jī)外形、內(nèi)部零部件的安裝和檢驗(yàn)。外形、內(nèi)部零部件的安裝和檢驗(yàn)。26計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）n基于工程圖紙的三維形體重建n定義：定義：從二維信息中提取三維信息，通過(guò)對(duì)這些信息進(jìn)行分類(lèi)、綜合等一系列處理，在三維空間中重新構(gòu)造出二維信息所對(duì)應(yīng)的三維形體，恢復(fù)形體的點(diǎn)、線、面及其拓?fù)潢P(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)形體的重建。n優(yōu)勢(shì)：可以做裝配件的干涉檢查、以及有限元分析、仿真、加工等后續(xù)操作，代表CAD技術(shù)的發(fā)展方向.27工程圖及其三維

18、重建結(jié)果128工程圖及其三維重建結(jié)果229用用AutoCAD軟件制作軟件制作三維模型三維模型30可視化可視化n科學(xué)計(jì)算可視化(ScientificVisualization)n海量的數(shù)據(jù)使得人們對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理變得越來(lái)越難，用圖形來(lái)表示數(shù)據(jù)的迫切性與日俱增n1986年，美國(guó)科學(xué)基金會(huì)（NSF）專(zhuān)門(mén)召開(kāi)了一次研討會(huì)，會(huì)上提出了“科學(xué)計(jì)算可視化（VisualizationinScientificComputing）”n科學(xué)計(jì)算可視化廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、流體力學(xué)、有限元分析、氣象分析當(dāng)中3132可視化可視化n在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可視化有著廣闊的發(fā)展前途n是機(jī)械手術(shù)和遠(yuǎn)程手術(shù)的基礎(chǔ)n將醫(yī)用CT掃描的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三

19、維圖象，幫助醫(yī)生判別病人體內(nèi)的患處n由CT數(shù)據(jù)產(chǎn)生在人體內(nèi)漫游的圖象n可視化的前沿與難點(diǎn)n可視化硬件的研究n實(shí)時(shí)的三維體繪制n體內(nèi)組織的識(shí)別分割Segmentation33真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真n計(jì)算機(jī)中重現(xiàn)真實(shí)世界的場(chǎng)景叫做真實(shí)感繪制.n真實(shí)感繪制的主要任務(wù)是模擬真實(shí)物體的物理屬性，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是物體的形狀，光學(xué)性質(zhì)，表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對(duì)位置，遮擋關(guān)系等等.34真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真n光照模型:簡(jiǎn)單光照模型;局部光照模型;整體光照模型n繪制方法:光線跟蹤;輻射度n加速算法:包圍體樹(shù)、自適應(yīng)八叉

20、樹(shù)等等35地理信息系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)（GIS）n建立在地理圖形之上的關(guān)于各種資源的綜合信息管理系統(tǒng)n數(shù)數(shù)字字地地球球，地形數(shù)據(jù)作為載體，（70）全球信息化.n軍事，政府決策，旅游，資源調(diào)查。36地形地貌和自然源圖地形地貌和自然源圖 37娛樂(lè)娛樂(lè)電腦游戲n實(shí)時(shí)性n逼實(shí)性n蘊(yùn)含了先進(jìn)的圖形處理技術(shù)電視廣告，節(jié)目片頭，科教演示（CAI）“古墓麗影”，“侏羅紀(jì)公園”、“皇帝的新衣”、“完美風(fēng)暴”38圖形學(xué)在電影中的應(yīng)用（圖形學(xué)在電影中的應(yīng)用（1/41/4）n1977nStarWars因其特殊效果獲得了oscar.1978Superman因其特殊效果獲得了因其特殊效果獲得了oscar.39圖形學(xué)在電影中

21、的應(yīng)用（圖形學(xué)在電影中的應(yīng)用（2/42/4）1995nQuakeReleasedbyIdSoftwarenToyStory成為第一部全三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)特點(diǎn)的電影；40圖形學(xué)在電影中的應(yīng)用（圖形學(xué)在電影中的應(yīng)用（3/43/4）2000nSonyPlaystationIInWalkingwithDinosaursnDreamworkssShrek與恐龍同行怪物史萊克41計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)（計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)（4/44/4）42多媒體在計(jì)算機(jī)控制下，對(duì)多種媒體信息進(jìn)行生成、操作、表現(xiàn)、存儲(chǔ)、通信、或集成的信息系統(tǒng)，其中媒體至少應(yīng)包括一種“連續(xù)媒體”及一種“離散媒體”n計(jì)算機(jī)處理的常見(jiàn)媒體：文本、圖形、圖像、語(yǔ)音、音頻

22、、視頻、動(dòng)畫(huà)n特點(diǎn)：媒體的多樣性、操作的交互性、系統(tǒng)的集成性nCAI，教學(xué)娛樂(lè)。43VirtualReality（虛擬現(xiàn)實(shí)、靈境）虛擬現(xiàn)實(shí)、靈境）VirtualReality或稱(chēng)虛擬環(huán)境（VirtualEnvironment)n是用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)生成一個(gè)逼真的三維視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)或嗅覺(jué)等感覺(jué)世界，讓用戶(hù)可以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自然的技能和某些設(shè)備對(duì)這一生成的虛擬世界客體進(jìn)行瀏覽和交互考察。n輸入輸出設(shè)備44虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality簡(jiǎn)稱(chēng)VR）虛擬現(xiàn)實(shí)是指用立體眼鏡、傳感手套等一系列傳感輔助設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種三維現(xiàn)實(shí)，人們通過(guò)這些設(shè)施以自然的方式（如頭的轉(zhuǎn)動(dòng)、手的運(yùn)動(dòng)等）向計(jì)算機(jī)送入

23、各種動(dòng)作信息，并且通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及觸覺(jué)設(shè)施使人們得到三維的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等感覺(jué)世界。隨著人們不同的動(dòng)作，這些感覺(jué)也隨之改變。45QuickTime技術(shù)簡(jiǎn)介QuickTime是蘋(píng)果公司開(kāi)發(fā)的新一代虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。它是一種基于靜態(tài)圖像處理的，在微機(jī)平臺(tái)上能夠?qū)崿F(xiàn)的初級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。它的出現(xiàn)使得以往專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室中成本昂貴的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用普及有了廣闊的前景。假定我們?cè)谝皇铱臻g進(jìn)行觀察，室內(nèi)空間一般有六個(gè)面，如果我們獲取了這六個(gè)面的許多不同距離，不同方位的實(shí)景照片并將它們按照相互的關(guān)系有機(jī)連接起來(lái)，就可以在視覺(jué)上形成這個(gè)房間整個(gè)空間的整體認(rèn)識(shí)，這就是全景概念。視頻文件播放程序46n真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制n物體

24、網(wǎng)格模型的面片簡(jiǎn)化：對(duì)網(wǎng)格面片表示的模型，在一定誤差的精度范圍內(nèi)，刪除點(diǎn)、邊、面，從而簡(jiǎn)化所繪制場(chǎng)景的復(fù)雜層度，加快圖形繪制速度。n基于圖象的繪制(IBR，ImageBasedRendering)：完全摒棄傳統(tǒng)的先建模，然后確定光源的繪制的方法。它直接從一系列已知的圖象中生成未知視角的圖象，適用于野外極其復(fù)雜場(chǎng)景的生成和漫游。n當(dāng)前研究熱點(diǎn)47n野外自然景物的模擬n野外場(chǎng)景遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于室內(nèi)場(chǎng)景，繪制難度更大，方法更趨多樣化n主要繪制山、水、云、樹(shù)、草、火等等n繪制火的粒子系統(tǒng)（ParticleSystem），基于生理模型的繪制植物的方法，繪制云的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)方法等48由清華大學(xué)自然景物平臺(tái)生成的野

25、外場(chǎng)景49日本YoshinoriDobashi等人繪制的真實(shí)感云50Xfrog3.0生成的挪威云杉Vb6.0編程生成的樹(shù)形圖案51與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的緊密結(jié)合與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的緊密結(jié)合n遠(yuǎn)程醫(yī)療與診斷n遠(yuǎn)程導(dǎo)航與維修n遠(yuǎn)程教育52計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)n計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)n計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)近十多年來(lái)取得了很大的發(fā)展，已滲透到人們生活的各個(gè)角落n商業(yè)廣告、影視特技/片頭、動(dòng)畫(huà)片n教育、軍事、飛行模擬等n分類(lèi)n二維動(dòng)畫(huà)n圖象變形n形狀混合53n三維動(dòng)畫(huà)n關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)n變形物體的動(dòng)畫(huà)n過(guò)程動(dòng)畫(huà)n關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)與人體動(dòng)畫(huà)54基于特征的圖像變形（貓變老虎）計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)也只是生成一幅幅靜態(tài)的圖象，但是每一幅都是對(duì)前一幅做一小部分修改

26、（如何修改便是計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的研究?jī)?nèi)容），這樣，當(dāng)這些畫(huà)面連續(xù)播放時(shí)，整個(gè)場(chǎng)景就動(dòng)起來(lái)了。55我國(guó)第一部利用計(jì)算機(jī)輔助攝制的動(dòng)畫(huà)片是咪咪釣魚(yú)，1991年由北方工業(yè)大學(xué)和北京電視臺(tái)合作制作，以二維動(dòng)畫(huà)為主。用386微機(jī)和C語(yǔ)言編程，利用數(shù)字化儀和攝象機(jī)產(chǎn)生關(guān)鍵幀，再由計(jì)算機(jī)在相鄰兩幅關(guān)鍵幀之間內(nèi)插生成中間幀，并自動(dòng)跟蹤上色。多層畫(huà)面疊加在一起，形成完整的畫(huà)面。10分鐘的片子，5人小組花了10個(gè)月時(shí)間。小插曲小插曲56用戶(hù)接口用戶(hù)接口n用戶(hù)接口n用戶(hù)接口是人們使用計(jì)算機(jī)的第一觀感。一個(gè)友好的圖形化的用戶(hù)界面能夠大大提高軟件的易用性n圖形學(xué)已經(jīng)全面融入計(jì)算機(jī)的方方面面，很多軟件幾乎可以不看任何說(shuō)明書(shū)，而

27、根據(jù)它的圖形、或動(dòng)畫(huà)界面的指示進(jìn)行操作57n目前幾個(gè)大的軟件公司都在研究下一代用戶(hù)界面，開(kāi)發(fā)面向主流應(yīng)用的、自然、高效多通道的用戶(hù)界面。研究多通道語(yǔ)義模型、多通道整合算法及其軟件結(jié)構(gòu)和界面范式是當(dāng)前用戶(hù)界面和接口方面研究的主流方向，而圖形學(xué)在其中起主導(dǎo)作用。58計(jì)算機(jī)藝術(shù)計(jì)算機(jī)藝術(shù)n計(jì)算機(jī)藝術(shù)n用計(jì)算機(jī)軟件從事藝術(shù)創(chuàng)作n二維平面的畫(huà)筆程序（如CorelDraw，Photoshop，PaintShop）n圖表繪制軟件（如Visio:微軟出品的流程圖制作軟件）n三維建模和渲染軟件包（如3DMAX，Maya:TheLordoftheRings）、以及一些專(zhuān)門(mén)生成動(dòng)畫(huà)的軟件（如Softimage）見(jiàn)1

28、1章59n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n提供多種風(fēng)格的畫(huà)筆畫(huà)刷n提供多種多樣的紋理貼圖，甚至能對(duì)圖象進(jìn)行霧化，變形等操作n可以任意修改，取消敗筆n不足：不足：n無(wú)法達(dá)到傳統(tǒng)繪畫(huà)中風(fēng)格化的藝術(shù)效果n很難得到有素描效果、油畫(huà)效果的藝術(shù)品6061n用于模擬藝術(shù)效果，研究方法有別于真實(shí)感圖形學(xué)n鋼筆素描的生成n鋼筆素描產(chǎn)生于中世紀(jì)，從19世紀(jì)開(kāi)始成為一門(mén)藝術(shù)20世紀(jì)90年代開(kāi)始研究用計(jì)算機(jī)模擬n中國(guó)國(guó)畫(huà)與書(shū)法的生成n非真實(shí)感繪制非真實(shí)感繪制 （NPR，Non-Photorealistic Rendering）62 Georges Winkenblach繪制的壺和碗（Siggraph96）Salisbury繪制的茶壺（

29、Siggraph97）Oliver Deussen繪制的素描樹(shù)分形圖63科學(xué)計(jì)算可視化科學(xué)計(jì)算可視化 既可用二維曲線圖表和三維模型，也有彩色高維幾何表示既可用二維曲線圖表和三維模型，也有彩色高維幾何表示 64謝謝大家，下課了，謝謝大家，下課了，出去散散心吧出去散散心吧65CTCT掃描的工作原理是什么？掃描的工作原理是什么？nX射線圍繞著人體掃描，在穿過(guò)人體之后，X線投射在隨X線球管一起運(yùn)動(dòng)或靜止不動(dòng)的一系列探測(cè)器上，對(duì)掃描的體積斷面所采集X線信息，通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)（Fourier轉(zhuǎn)換，反投射法）轉(zhuǎn)換成二維的圖像。盡管CT技術(shù)較X線平片復(fù)雜，基本原理是一樣的，即高密度的物質(zhì)阻擋X射線的穿透。6

30、6數(shù)字地球：數(shù)字地球：1998年年1月月31日美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栐诼迳紮C(jī)加利福尼亞科學(xué)中心日美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栐诼迳紮C(jī)加利福尼亞科學(xué)中心召開(kāi)的地理信息系統(tǒng)年會(huì)上提出了這一設(shè)想。召開(kāi)的地理信息系統(tǒng)年會(huì)上提出了這一設(shè)想。比如，可以設(shè)想一個(gè)小孩來(lái)到地方博物館的一個(gè)數(shù)字地球陳列室，比如，可以設(shè)想一個(gè)小孩來(lái)到地方博物館的一個(gè)數(shù)字地球陳列室，當(dāng)她戴上頭盔顯示器，她將看到就象是出現(xiàn)在空中的地球。使用當(dāng)她戴上頭盔顯示器，她將看到就象是出現(xiàn)在空中的地球。使用“數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)手套手套”，她開(kāi)始放大景物，伴隨越來(lái)越高的分辨率，她會(huì)看到大洲，隨，她開(kāi)始放大景物，伴隨越來(lái)越高的分辨率，她會(huì)看到大洲，隨之是區(qū)域、國(guó)家、城市、最后是房屋

31、、樹(shù)木以及其它各種自然和人造物之是區(qū)域、國(guó)家、城市、最后是房屋、樹(shù)木以及其它各種自然和人造物體。在發(fā)現(xiàn)自己特別感興趣的某地塊時(shí)，她可乘上體。在發(fā)現(xiàn)自己特別感興趣的某地塊時(shí)，她可乘上“魔毯魔毯”，即通過(guò)地，即通過(guò)地面三維圖象顯示去深入查看。當(dāng)然，地塊信息只是她可以了解的多種信面三維圖象顯示去深入查看。當(dāng)然，地塊信息只是她可以了解的多種信息中的一種。使用數(shù)字地球系統(tǒng)的聲音識(shí)別裝置，小孩還可以詢(xún)問(wèn)有關(guān)息中的一種。使用數(shù)字地球系統(tǒng)的聲音識(shí)別裝置，小孩還可以詢(xún)問(wèn)有關(guān)的土地覆蓋、植物和動(dòng)物種類(lèi)的分布、實(shí)時(shí)的氣候、道路、行政區(qū)線，的土地覆蓋、植物和動(dòng)物種類(lèi)的分布、實(shí)時(shí)的氣候、道路、行政區(qū)線，以及人口等方面的

32、信息。在這里，她還可以看到自己以及世界各地的學(xué)以及人口等方面的信息。在這里，她還可以看到自己以及世界各地的學(xué)生們?yōu)樯鷤優(yōu)椤叭蝽?xiàng)目全球項(xiàng)目”收集的環(huán)境信息。這些信息可以無(wú)縫地融入數(shù)字地收集的環(huán)境信息。這些信息可以無(wú)縫地融入數(shù)字地圖或地面數(shù)據(jù)里。用數(shù)據(jù)手套向超連接部分敲擊，她還可以獲得更多的圖或地面數(shù)據(jù)里。用數(shù)據(jù)手套向超連接部分敲擊，她還可以獲得更多的有關(guān)她所見(jiàn)物體的信息。比如，為了準(zhǔn)備全家去國(guó)家黃石公園渡假，她有關(guān)她所見(jiàn)物體的信息。比如，為了準(zhǔn)備全家去國(guó)家黃石公園渡假，她策劃一個(gè)完美的步行旅游，去觀看剛從書(shū)中讀到的噴泉、北美野牛和巨策劃一個(gè)完美的步行旅游，去觀看剛從書(shū)中讀到的噴泉、北美野牛和巨

33、角巖羊。甚至在離開(kāi)她家鄉(xiāng)的地方博物館之前，她就可以把要去步行旅角巖羊。甚至在離開(kāi)她家鄉(xiāng)的地方博物館之前，她就可以把要去步行旅游的地方從頭到尾地瀏覽一遍。游的地方從頭到尾地瀏覽一遍。http:/6768n數(shù)字地球數(shù)字地球數(shù)字地球，實(shí)際上就是信息化的地球一個(gè)完整的地球虛擬對(duì)照體。數(shù)字地球?qū)⒂嘘P(guān)地球上每一點(diǎn)的全部信息，按地球的地理坐標(biāo)加以整理，然后構(gòu)成一個(gè)全球的信息模型。這樣，人們就可以快速、形象、完整地了解地球上的任何點(diǎn)、任何方面的信息，從而實(shí)現(xiàn)“信息就在指尖上”的夢(mèng)想。數(shù)字地球的核心思想有兩點(diǎn)，一是用數(shù)字化手段統(tǒng)一性地處理地球問(wèn)題，另一點(diǎn)是最大限度地利用信息資源。它可從兩個(gè)層次進(jìn)行構(gòu)建：1將地球

34、表面每一點(diǎn)上的固有信息（即與空間位置直接有關(guān)的相對(duì)固定的信息，如地形、地貌、植被、建筑、水文等）數(shù)字化，按地理坐標(biāo)組織一個(gè)三維的數(shù)字地球，全面、詳盡地描述我們居住的這個(gè)星球。2在三維數(shù)字地球的基礎(chǔ)上再嵌入與空間位置有關(guān)的相對(duì)變動(dòng)的信息，如人文、經(jīng)濟(jì)、政治、軍事、科技乃至歷史等組成一個(gè)意義更加廣泛的多維的數(shù)字地球，全方位地為人類(lèi)服務(wù)。69n數(shù)字地球是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，其建立需要一系列高超的技術(shù)：數(shù)字地球是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，其建立需要一系列高超的技術(shù)：衛(wèi)星遙感技術(shù)衛(wèi)星遙感技術(shù)通過(guò)大地資源衛(wèi)星的遙感遙測(cè)，對(duì)整個(gè)地球進(jìn)行完整的掃描，將地球上任何地點(diǎn)的自然、人造景觀都“疏而不漏”地拍攝下來(lái)。超強(qiáng)

35、計(jì)算技術(shù)超強(qiáng)計(jì)算技術(shù)對(duì)整個(gè)地球的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，并通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將其形象地表現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)前，超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算水平已達(dá)每秒數(shù)萬(wàn)億次，2004年時(shí)可達(dá)100萬(wàn)億次，因此將地球數(shù)字視像化已不成問(wèn)題。巨量存儲(chǔ)技術(shù)巨量存儲(chǔ)技術(shù)要將數(shù)字地球上所有信息都存儲(chǔ)起來(lái)，需要存儲(chǔ)器容量達(dá)到1000萬(wàn)億字節(jié)級(jí)。目前，硬盤(pán)、光盤(pán)等的存儲(chǔ)容量為10億字節(jié)級(jí)，利用納米技術(shù)可使硬盤(pán)容量達(dá)到1萬(wàn)億字節(jié)級(jí)，而且激光全息存儲(chǔ)、蛋白質(zhì)存儲(chǔ)等方面的研究已獲得巨大進(jìn)展。要存儲(chǔ)數(shù)字地球的所有信息，可采用分布存儲(chǔ)的方式，把大量的數(shù)據(jù)分散在成千上萬(wàn)個(gè)的數(shù)據(jù)庫(kù)里。高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)字地球上的數(shù)據(jù)分散在成千上萬(wàn)個(gè)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)里，就要求當(dāng)

36、某一個(gè)服務(wù)器要利用這些數(shù)據(jù)時(shí)，能迅速地把所要數(shù)據(jù)從四面八方調(diào)來(lái)。因此需要用高速網(wǎng)絡(luò)把各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)。當(dāng)前正在試驗(yàn)每秒能傳輸10億比特的寬帶網(wǎng)絡(luò)，未來(lái)的信息高速公路其傳輸速率可達(dá)每秒1萬(wàn)億1000萬(wàn)億比特。70n數(shù)字地球中包含有高分辨率的衛(wèi)星圖像、數(shù)字化地圖以及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和人口方面的信息，因而具有極高的應(yīng)用價(jià)值。例如，利用數(shù)字地球的數(shù)據(jù)，可掌握各地的治安狀況，有助于恰當(dāng)部署警力打擊犯罪；可模擬環(huán)境變化對(duì)瀕危物種的影響，以便于采取有效措施保護(hù)生態(tài)多樣性；掌握作物病蟲(chóng)害及其生長(zhǎng)情況，可以科學(xué)施藥、施肥、灌水，可以提高作物產(chǎn)量。另外，學(xué)者們可以利用數(shù)字地球開(kāi)展學(xué)術(shù)研究，包括了解人類(lèi)和環(huán)境之間的相互依賴(lài)的關(guān)系等。71