计算机图像学PPT

1、计算机图形学唐杰 副教授电话：83593460（暂）手机mail：教材计算机图形学（第三版）Computer Graphics with OpenGL著：Donald Hearn & M.Pauline Baker翻译：蔡士杰等出版：电子工业出版社2022/8/52南京大学多媒体计算技术研究所考核方式期末闭卷考试：70%作业与测验： 20%考勤： 10%2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所3计算机图形学课程的内容综述几何变换观察流水线 裁剪2D & 3D基本原理OpenGL函数曲线曲面 实体造型基本图元 可见面判别 光照UI 动画 建模 观察 显示其它图形学和

2、图形系统坐标系统2022/8/54南京大学多媒体计算技术研究所第一章 计算机图形学综述计算机图形学及相关学科分支计算机图形学的发展历史计算机图形学的研究和应用图形系统的概念和组成图形软件的功能和分类2022/8/55南京大学多媒体计算技术研究所第一章 计算机图形学综述计算机图形学及相关学科分支计算机图形学的发展历史计算机图形学的研究和应用图形系统的概念和组成图形软件的功能和分类2022/8/56南京大学多媒体计算技术研究所2022/8/5南京大学多媒体研究所7图形与图像点阵法：用具有颜色（灰度）信息的点阵来表示图。通常称为图像（Image）参数法：用图形的形状参数与属性参数来表示图。通常称为图

3、形（Graphics）有关图的计算机学科分支计算机图形学 Computer Graphics计算几何 Computational Geometry图像处理 Image Processing模式识别 Pattern RecognitionImageGraphics图像处理计算机图形学模式识别计算几何2022/8/58南京大学多媒体计算技术研究所计算机图形学 Computer Graphics通过计算机（算法）建立、处理、存储对象的模型并产生图形输出：从参数描述到图像点阵。对象类型-具体存在的 （可见/不可见） 虚构的生成方式-被动式 Passive 交互式 InteractiveImageGra

4、phics2022/8/59南京大学多媒体计算技术研究所其它分支的内容模式识别：特征抽取,识别,分类 例子：邮编号码的识别，工程图矢量化， 血液细胞识别和分类 ，跟踪人脸图像处理：去噪，增强,复原,分割,编码,存储,传输计算几何：研究几何模型和数据处理，研究如何高效地建立几何形体的数学模型以及在计算机中更好地存贮、管理、ImageGraphics图像处理模式识别计算几何相关算法常和图形学的方法常常产生交叉、融合2022/8/510南京大学多媒体计算技术研究所模式识别示例2022/8/511南京大学多媒体计算技术研究所计算几何示例2022/8/512南京大学多媒体计算技术研究所第一章 计算机图形

5、学综述计算机图形学及相关学科分支计算机图形学的发展历史计算机图形学的研究和应用图形系统的概念和组成图形软件的功能和分类2022/8/513南京大学多媒体计算技术研究所计算机图形学的相关发展历史1950年，第一台图形显示器，MIT，Whirlwind I1962年，交互式计算机图形学的起点 -Ivan Sutherland 的博士论文Sketchpad1964年，MIT教授Coons提出Coons曲面，雷诺汽车公司的Bzier 发展了一套Bzier曲线、曲面理论70年代，光栅显示器普及，区域填充、裁剪、消隐等基本图形 概念及其相应算法迅速发展。 第一个CAD GM公司的DAC-1发布 核心图形系

6、统（CGS）、ISO的计算机图形接口 （ CGI）、计算机图形元文件标准（CGM）、计算机图 形核心系统（GKS）、层次交互图形标准（PHIGS） 、产品模型数据交换标准（STEP）等标准发布 光反射模型、Gourand明暗处理、Phong模型2022/8/514南京大学多媒体计算技术研究所1980年，Whitted模型、光线跟踪法1984年，辐射度算法80年代，NURBS曲面造型、分形算法专业组织与会议 ACM/SIGGRAPH EUROGRAPHICS CHINAGRAPH CAD/CG事实标准：Direct X, (Open) GL(Graphics Library )图形算法和标准发展

7、2022/8/515南京大学多媒体计算技术研究所第一章 计算机图形学综述计算机图形学及相关学科分支计算机图形学的发展历史计算机图形学的研究和应用图形系统的概念和组成图形软件的功能和分类2022/8/516南京大学多媒体计算技术研究所计算机图形学的应用信息的显示(Display of information)统计图表数据可视化计算机辅助设计 (Design)仿真和动画 (Simulation and Animation)计算机艺术，计算机电影，计算机游戏飞行、驾驶模拟等虚拟现实环境用户接口 (User interfaces)图形用户界面GUI2022/8/517南京大学多媒体计算技术研究所统计图

8、表2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所18CAD/CAMCAD -Computer Aided Drafting -Computer Aided DesignCADD Computer Aided Design and Drafting电子CAD 电路设计 机械CAD 汽车/飞机/零件/模具设计 、曲面设计 建筑CAD 平面图,大样图,外形图 轻工CAD 服装设计，图案设计 室内设计 产品外形设计 CAM Computer Aided Manufacturing2022/8/519南京大学多媒体计算技术研究所CAD示例2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所20CAD示例2022/

9、8/5南京大学多媒体计算技术研究所21建筑CAD示例2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所22建筑CAD示例2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所23服装CAD示例2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所24纹理替换2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所25室内设计2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所26CAM2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所27可视化定义: 可见的或不可见的现象用适当的图形表示出来科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing，简称为VISC）。运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程

10、中及计算结果的数据转换上显示出来并进行交互处理的理论、方法和技为图形及图像在屏幕术。分子图形学,流体,污染情况,反应过程 帮助理解和分析复杂的过程和数学函数 扩展工程计算数据的可视化 有限元分析结果可视化测量数据的可视化 CT数据和核磁共振(MRI)数据可视化商用数据的可视化 2022/8/528南京大学多媒体计算技术研究所可视化示例2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所29计算机艺术2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所30飞行、驾驶模拟2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所31虚拟现实（Virtual Reality）Immersion 沉浸性 看起来象真的、听起来象真的

11、、感觉也象真的。 全方位投入，身临其景Interaction 交互性 响应用户的各种输入手势、语言命令、身体动作Imagination 构想 生动形象地反映设计者的思想2022/8/532南京大学多媒体计算技术研究所硬件方面的要求跟踪系统：确定参与者头、手和躯干的位置触觉系统：提供力和压力的反馈音频系统：提供立体声源和判定空间位置图像生成与显示系统：产生空间图像和立体显示高性能计算机处理系统：高速度、大容量、联网2022/8/533南京大学多媒体计算技术研究所虚拟现实环境2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所342022/8/5南京大学多媒体研究所35CAVE3D景物的图像分别投射到若干

12、个屏幕上，构成一个计算机辅助虚拟环境（CAVE）图形用户接口GUIGraphic User InterfaceWIMPWindow窗口Icon图标Menu菜单Pointing device指点设备 2022/8/536南京大学多媒体计算技术研究所第一章 计算机图形学综述计算机图形学及相关学科分支计算机图形学的发展历史计算机图形学的研究和应用图形系统的概念和组成图形软件的功能和分类2022/8/537南京大学多媒体计算技术研究所交互式图形系统的组成硬件系统主计算机输出设备：图形显示器 、绘图仪、打印机输入设备：键盘、鼠标仪、图形输入板存储设备：磁盘、磁带、光盘机软件系统 操作系统 DOS MS-

13、Windows UNIX Linux图形软件 GKS, PHIGS, OPEN GL, Direct 3D .应用软件 3ds Max，Maya，AutoCAD, Flash 高级语言 C, C+, java.2022/8/538南京大学多媒体计算技术研究所视频显示设备阴极射线管（CRT：Cathod-Ray Tube)显示器随机扫描CRT显示器：Vector / Random Display 光栅扫描CRT显示器：Raster Display 平板显示器 液晶显示器LCD等离子体显示器PDP三维观察设备2022/8/539南京大学多媒体计算技术研究所阴极射线管显示器2022/8/5南京大学多

14、媒体计算技术研究所40刷新频率：屏幕上重复画图的频率分辨率：屏幕每个方向（垂直，水平）上无重叠可显示的最多点数（resolution） 【精确定义是每厘米可绘制的点数】插脚座基聚集系统电子枪水平偏转板垂直偏转板电子束涂有荧光层的屏幕随机扫描（向量）显示器2022/8/541南京大学多媒体计算技术研究所光栅扫描显示器2022/8/542南京大学多媒体计算技术研究所2022/8/5南京大学多媒体研究所43光栅扫描(raster scan)隔行扫描(interlaced,电视图象采用)奇数场偶数场1帧图像逐行扫描(progressive,计算机显示图象时采用)光栅扫描系统扫描行（scan line）

15、像素（pixel）帧缓存 （Frame Buffer）容量深度（位平面数）每像素的位数位图/像素图彩色表 Color Table2022/8/544南京大学多媒体计算技术研究所2022/8/5南京大学多媒体研究所45液晶显示器原理2022/8/5南京大学多媒体研究所46液晶显示器原理被动矩阵式LCD TN-LCD(Twisted Nematic-LCD，扭曲向列LCD)、STN-LCD(Super TN-LCD，超扭曲向列LCD)DSTN-LCD(Double layer STN-LCD，双层超扭曲向列LCD)。 主动矩阵式LCD TFT-LCD(Thin Film Transistor-LC

16、D，薄膜晶体管LCD) 2022/8/5南京大学多媒体研究所47等离子（PDP）显示器原理观察立体感投影2022/8/548南京大学多媒体计算技术研究所立体眼镜，虚拟现实头套2022/8/549南京大学多媒体计算技术研究所3D显示技术红蓝眼镜2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所503D显示技术偏振眼镜2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所513D显示技术液晶快门眼镜2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所52南京大学多媒体计算技术研究所宽屏显示2022/8/553南京大学多媒体计算技术研究所曲面式屏幕 2022/8/554NASA飞机场控制塔模拟器的360度观察屏幕 2022

17、/8/555南京大学多媒体计算技术研究所键盘鼠标旋钮跟踪球操纵杆数据手套数字化仪图像扫描仪触摸屏光笔3 输入设备2022/8/556南京大学多媒体计算技术研究所2022/8/5南京大学多媒体研究所57坐标测量仪2022/8/5南京大学多媒体研究所58测量现场2022/8/5南京大学多媒体研究所59测量结果2022/8/5南京大学多媒体研究所60重构结果4 硬拷贝输出设备打印机 击打式: 字符式,行式,针式非击打式: 激光,喷墨,静电,热转印 绘图仪 笔式,喷墨,静电2022/8/561南京大学多媒体计算技术研究所2022/8/5南京大学多媒体研究所62激光打印机工作原理针打2022/8/5南京

18、大学多媒体计算技术研究所63绘图仪2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所64绘图仪2022/8/5南京大学多媒体计算技术研究所65第一章 计算机图形学综述计算机图形学及相关学科分支计算机图形学的发展历史计算机图形学的研究和应用图形系统的概念和组成图形软件的功能和分类2022/8/566南京大学多媒体计算技术研究所图形软件专业应用软件包：提供非程序员使用的接口建筑、医学、商用、工程CAD等通用图形软件包：提供可用于高级语言的图形函数库（CG API) 例子：描述基本图元（直线、圆）的函数可移植性应用程序在不同系统间的可移植性;应用程序和图形设备的可移植性;图形数据的可移植性;GKS，PHI

19、GS，GL，OpenGL，VRML2022/8/567南京大学多媒体计算技术研究所通用图形软件包的基本功能建立和管理图生成输出图元（graphics output primitive）设定图元属性（attribute）几何变换：改变对象大小、位置、方向等建模变换：例如描述复杂对象的树形结构观察变换：指定投影类型、观察位置、输出范围等输入函数：处理来自输入设备的数据流控制操作：清屏，初始化等2022/8/568南京大学多媒体计算技术研究所OpenGL简介OpenGL三维图形标准是由ATT、IBM、DEC、SUN、HP、Microsoft和SGI等多家公司在GL图形库标准的基础上联合推出的开放式标准，它结束了只能依赖于昂贵的图形工作站及复杂的三维图形软件从事计算机三维图形应用的历史，使程序员能够在PC机上用C语言开发出复杂的三维图形应用。基本语法：glBegin GL_CCW GLint相关库：核心库，GLU，GLX，GLUT2022/8/569南京大学多媒体计算技术研究所OpenGL简介OpenGL的几何建模思想点构成线线及其拓扑结构组成多边形平（曲）面面及其拓扑结构组成组成三维体OpenGL的Client-Server机制C（用OpenGL绘制图形的应用程序）向S（OpenGL内核）发送OpenGL指令，S解释执行这些命令，最终把处理过的图形命令送给视频显示驱动程序完成最终的显示