三位程序设计(1)

1、2022-7-81三维图形程序设计基础三维图形程序设计基础 尹尹 勇勇 任鸿翔任鸿翔 dmu_dmu_大连海事大学航海技术研究所大连海事大学航海技术研究所0411-847296510411-847296512022-7-82教材及参考书教材及参考书n计算机图形学计算机图形学（第（第3 3版）版） 蔡士杰译蔡士杰译nOpenGLOpenGL编程指南编程指南（第（第4 4版），邓郑祥译版），邓郑祥译n图形理论知识：计算机图形学理论知识图形理论知识：计算机图形学理论知识n图形程序设计：应用图形图形程序设计：应用图形APIAPI开发图形应用程序开发图形应用程序学习内容学习内容2022-7-83教学目的

2、教学目的n掌握计算机图形学的基本理论知识掌握计算机图形学的基本理论知识n掌握三维图形的显示流程和基本变换掌握三维图形的显示流程和基本变换n掌握三维图形程序设计的基本方法掌握三维图形程序设计的基本方法n掌握图形掌握图形APIAPI（OpenGLOpenGL）的基本知识）的基本知识n了解计算机动画、游戏的一些基本知识了解计算机动画、游戏的一些基本知识n了解虚拟现实系统的基本构成、设计思路了解虚拟现实系统的基本构成、设计思路2022-7-84第一章第一章 计算机图形学综述计算机图形学综述一、定义计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门的

3、显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。它是专门的显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。它是三维图形应用程序的基础三维图形应用程序的基础. .三维图形应用程序三维图形应用程序=图形学算法图形学算法图形显示软件图形显示软件三维数据三维数据二、研究内容1 1 图形输入、输出设备与技术图形输入、输出设备与技术 2 2 图形的生成和表示技术图形的生成和表示技术3 3 图形操作与处理方法图形操作与处理方法 4 4 图形信息的描述和表示图形信息的描述和表示5 5 几何模型的构造技术几何模型的构造技术 6 6 动画技术动画技术7 7 图形实时性和真实感图形实时性和真实感第一节第一节 计算机图形学概述计算机

4、图形学概述2022-7-85n硬件硬件 (体积从大到小；功能从弱到强）体积从大到小；功能从弱到强） 五十年代五十年代MIT MIT 第第1 1台图形显示器台图形显示器 （准备期）（准备期） 六十年代六十年代Ivan E.Sutherland - SketchpadIvan E.Sutherland - Sketchpad绘图系统绘图系统（发展期）（发展期） 七十年代中型机、小型机七十年代中型机、小型机 （实用化）（实用化） 八十年代图形工作站八十年代图形工作站（推广应用期）（推广应用期） 九十年代九十年代PCPC图形加速卡图形加速卡（普及和广泛应用期）（普及和广泛应用期） 2121世纪世纪 高

5、速化，便携化，自然交互方向发展高速化，便携化，自然交互方向发展四、发展史四、发展史三、相关学科三、相关学科模型或数据模型或数据数字图像数字图像计算机图形学计算机图形学模式识别模式识别图像处理图像处理计算几何计算几何2022-7-86n软件软件 ( (从非标准从非标准 标准化；标准化； 从与设备相关从与设备相关 与设备无关）与设备无关） 七十年代七十年代ACMACMSIGGRAPH - 3D Core Graphics SystemSIGGRAPH - 3D Core Graphics System 八十年代八十年代ISO GKS - GKS3DISO GKS - GKS3D ANSI - PH

6、IGSANSI - PHIGS SGI GL SGI GL 九十年代九十年代OpenGLOpenGL DirectX DirectX 20002000年后：年后： Vega, VTree, OpenGVS, VRML, Java3D, Vega, VTree, OpenGVS, VRML, Java3D, X3D , OSG (Open Scene Graph) X3D , OSG (Open Scene Graph)2022-7-87五、应用五、应用n图和表图和表n计算机辅助设计及制造计算机辅助设计及制造n虚拟现实系统虚拟现实系统n游戏、娱乐游戏、娱乐n图像处理图像处理n图形用户界面图形用户

7、界面n数据可视化数据可视化n教学和培训教学和培训n计算机动画和艺术计算机动画和艺术2022-7-88计算机图形学的应用领域计算机图形学的应用领域2022-7-892022-7-8102022-7-811大连海事大学海上搜救模拟器大连海事大学海上搜救模拟器2022-7-812大连海事大学大型船舶操纵模拟器大连海事大学大型船舶操纵模拟器2022-7-8132022-7-8142022-7-8152022-7-8162022-7-817Snow2022-7-8202022-7-821电子海图2022-7-822模拟雷达画面2022-7-8232022-7-824应用程序演示nMarine Simul

8、ator (CCTV-1)演示nMarine Simulator (Under-sea)演示nRescue Simulator 演示nX29 -DEMOnCloth Simulation演示nFractal Terrain 演示nMissle Test游戏程序演示2022-7-825第二节第二节 图形系统的相关设备图形系统的相关设备一、图形系统的组成一、图形系统的组成二、图形系统的分类二、图形系统的分类三、图形系统的显示设备三、图形系统的显示设备四、其他设备四、其他设备2022-7-826一、图形系统的组成一、图形系统的组成二、图形系统的分类二、图形系统的分类1 1）采用大、中型计算机的图形系

9、统）采用大、中型计算机的图形系统2 2）采用图形工作站的图形系统）采用图形工作站的图形系统3 3）采用）采用PCPC机的图形系统机的图形系统 PC+PC+显卡显卡 2022-7-827三、图形系统的显示设备三、图形系统的显示设备CPUPCI/AGP/PCI-E总线总线显卡显卡显示器显示器图形显示流程示意图1.1.显卡显卡( (图形加速卡图形加速卡) )2022-7-828显示芯片显示芯片( (图形处理器图形处理器,GPU),GPU)：n 显存：显存：n RAMDACRAMDAC：n 总线接口：总线接口：n 输出接口：输出接口：nVidianVidiaATIATI帧缓存帧缓存纹理缓存纹理缓存20

10、22-7-8292022-7-8302.2.显示器显示器CRTCRT显示器显示器液晶显示器液晶显示器等离子显示器等离子显示器 象素象素分辨率分辨率点距点距刷新率刷新率颜色数颜色数 图图 具有一位帧缓存的黑白显示器工作原理具有一位帧缓存的黑白显示器工作原理显示器显示器 显卡显卡 帧缓存帧缓存屏幕屏幕存储位存储位象素象素2022-7-831图图 具有具有24位面的真彩色显示器工作原理位面的真彩色显示器工作原理帧缓存帧缓存(24(24个位面个位面) )屏幕屏幕显卡显卡显示器显示器象素象素分辨率分辨率点距点距刷新率刷新率颜色数颜色数 2022-7-832头盔显示器头盔显示器 (HMD: Head-Mounted Display)(HMD: Head-Mounted Display)3.3.其他显示设备其他显示设备2022-7-833立体眼镜立体眼镜2022-7-834CAVE (Cave Automatic Virtual CAVE (Cav