计算机,科学,导论第9章图形学和可视化课件

第9章图形学和可视化本章学习目标

◆掌握图形学基本概念◆了解图形系统◆掌握计算机视觉和可视化◆了解图形用户界面的程序设计◆了解人机交互◆了解虚拟现实9.1图形学基本概念

9.1.1计算机图形信息的处理

计算机图形学(ComputerGraphics)：是研究怎样用计算机构造(生成)图形，并把图形的描述数据(数学模型)通过指定的算法转换(处理)成图形显示的一门学科。图像处理(ImageProcessing)：是将客观世界中原来存在的物体影像处理成新的数字化图像的相关技术。模式识别：是当图像信息输入计算机后，先对它进行预处理和特征抽取等处理；然后对图像进行分析和识别，找出其中蕴涵的内在联系或抽象模型；最后由计算机按照要求得到该图像的分类与描述。9.1.2计算机图形学的起源

从20世纪50年代初到60年代中计算机辅助设计/制造技术的开拓性研究。20世纪60年代中期开始，麻省理工学院、通用汽车公司、洛克西德飞机制造公司、贝尔电话实验室等都展开了计算机图形显示的工作。20世纪70年代后，相继出台了许多图形标准，图形软件的开发也更加方便，计算机图形学发展趋于成熟。9.1.3计算机图形学主要研究的内容

计算机图形学的主要研究对象是点、线、面、体、场的数学构造方法与其图形显示，以及它们随时间变化的情况。(1)描述复杂物体图形的方法与数学工具。(2)物体图形描述数据的输入。(3)几何图形数据的存储。(4)物体图形数据的运算处理(5)物体图形数据的输出显示。(6)实时动画和多媒体技术。(7)制定与图形应用软件有关的技术标准。

9.1.4计算机图形学的应用1．计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)2．用户可视化接口3．地理信息系统与制图4．过程控制和指挥系统5．计算机动画和艺术9.1.6常见的图形图像格式1．BMP格式2．GIF格式：

图形交换格式(GraphicsInterchangeFormat：GIF)3．JPEG格式：JointPhotographicExpertsGroup4．TIFF格式：TagImage5．PNG格式：可移植性网络图像(PortableNetworkGraphics：PNG)5．PCX格式6．PSD格式7．CDR格式9.3计算机视觉和可视化

9.3.1人的视觉视觉是一个复杂的感知和思维过程，视觉器官(眼睛)接受外界的刺激信息，而大脑对这些信息通过复杂的机理进行处理和解释，使这些刺激具有明确的物理意义。9.3.2计算机视觉计算机视觉(ComputationalVision)就是用各种成像系统代替视觉器官作为输入敏感手段，由计算机来代替大脑完成处理和解释。计算机视觉的最终研究目标就是使计算机能象人那样通过视觉观察和理解世界，具有自主适应环境的能力，这是要经过长期努力才能达到的目标。9.5人机交互

9.5.1人机交互技术基础

人机交互技术(HumanComputerInteraction

Techniques)是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术。9.5.4人机界面的设计1．人机界面应具备的特性

(1)功能性界面(2)情感性界面(3)环境性界面9.5.5数据交互数据交互：是人通过输入数据的方式与计算机进行交流的一种方式，它是人机交互的重要内容和形式。

1．数据交互的方式(1)问答式对话数据输入交互(2)菜单选择数据输入交互(3)填表数据输入交互(4)直接操纵数据输入交互(5)关键词数据输入交互(6)条形码数据输入(7)光学字符识别(8)声音数据输入交互(9)图像数据输入9.5.7图像交互图像交互：简单说，就是计算机根据人的行为，去理解图像，然后作出反应。目前人们研究的机器视觉系统可以分为三个层次：图像处理(最低级层次)图像识别(较高级层次)图像感知(最高层次)9.5.8行为交互通过身体的姿态和动作来表达意思，这就是所谓的人体行为交互。9.6虚拟现实

9.6.1虚拟现实技术基本概念

虚拟现实(VortureReality：VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。虚拟现实技术(VirtualRealityTechnology：VRT)的出现实际是计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及人工智能技术等交叉与综合的结果。

1．沉浸性（虚拟现实技术的浸没感或临场参与感）2．交互性（开放、互动的环境）3．想象性（以视觉形式反映了设计者的思想）9.6.3虚拟现实系统的组成

虚拟现实一般有三个要素组成：软件播放平台、专业计算机(SGI)、成像设备。9.6.5VRML虚拟现实建模语言1．VRML语言概述虚拟实境描述模型语言(VirtualRealityModelingLanguage：VRML)是描述虚拟环境中场景的一种标准，利用它可以在Internet建立交互式的三维多媒体的境界。VRML的基本特征包括分布式、交互式、平台无关、三维、多媒体集成、逼真自然等。VRML是一种建模语言，其基本目标是建立Internet上的交互式三维多媒体。9.7本章小结

本章阐述了计算机图形信息系统的基本内容，主要从计算机图形学、图形系统、可视化、人机交互、虚拟现实等方面来介绍。图形学和可视化的研究范围很广，所涉及的学科很多，有些课题是