图形学第一章 绪论课件

绪论授课教师：单位：图形学第一章绪论计算机图形学概述

计算机图形学(ComputerGraphics，CG)是一门研究如何利用计算机表示、生成、显示和处理图形的学科。图形通常由点、线、面、体等几何属性和颜色、纹理、线型、线宽等非几何属性组成。2图形学第一章绪论3计算机图形学概述

从生成技术上来看，图形主要分为两类：一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等；另一类是真实感图形。图形学第一章绪论图形与图象要生成真实感图形，首先必须建立画面场景的几何表示，再用某种光照模型，计算场景在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。结果是以数字图象的方式提供的，因此计算机图形学与图象处理也有着密切的关系。图形与图象是密切相关但又不同的两个概念。图象纯指计算机内以位图形式存在的亮度和颜色信息，而图形则由场景的几何模型和物理属性共同描述。图形学第一章绪论计算机图形学的应用计算机图形给人们提供了一种直观的信息交流工具，被广泛地用于各个不同的领域。影视游戏工业设计科学研究艺术医学广告教育培训军事。。。应用的需求反过来推动了图形学的发展，计算机图形已经形成了一个巨大的产业。图形学第一章绪论影视特技看过《魔鬼终结者II》的观众，一定会对片中那个打不死的液态金属人T1000留下极深刻的印象。由科技创造出来的角色成了好莱坞大片的票房卖点，并成为观众观赏电影的主要驱动力之一。这个计算机特效在电影中成功应用的典范，带动了90年代美国电影广泛导入计算机科技的潮流。图形学第一章绪论影视特技其它电影《侏罗纪公园》、《泰坦尼克号》、《恐龙》、《海底总动员》、《指环王》、《加菲猫》、《变形金刚》等优秀电影。影视业高质量画面、高艺术水准、大胆的想象、大投资、紧迫的拍摄进度等极大地刺激了图形学研究的进一步深入。图形学第一章绪论《恐龙》剧照《加菲猫2之双猫记》剧照《海底总动员》剧照《泰坦尼克号》剧照图形学第一章绪论《变形金刚》《闪电狗》剧照《精灵鼠小弟2》剧照图形学第一章绪论《史前一万年》图形学第一章绪论《纳尼亚传奇》剧照《加勒比海盗》图形学第一章绪论《加菲猫2之双猫记》剧照《蜘蛛侠3》剧照图形学第一章绪论《星球大战前传3：西斯的反击》剧照《哈利波特3》《冰川时代2》剧照图形学第一章绪论《尼斯湖怪：深水传说》剧照图形学第一章绪论计算机游戏

计算机游戏是一种新兴的娱乐形式，其巨大的市场与电影业不相上下。计算机游戏为游戏参与者提供了一个虚拟的空间，从一定程度上让人可以摆脱现实中的自我，在另一个世界中扮演真实世界中扮演不了的角色，因而吸引了众多的玩家。计算机游戏是计算机图形学发展的另一个重要推动力。图形学第一章绪论网络游戏《传奇3》射击游戏网络游戏《魔兽争霸》网络游戏《魔兽争霸》图形学第一章绪论计算机辅助设计和计算机辅助制造

建筑设计电路设计汽车外形设计飞机外形设计船舶设计家用电器等设计图形学第一章绪论图形学第一章绪论汽车外形设计机械产品设计图形学第一章绪论科学计算可视化

数值仿真、气象卫星、石油勘探、遥感卫星、医学影像、蛋白质分子结构等都会产生大量的数据，即使是专业人员也们很难从一大堆枯燥乏味的数字中迅速发现其内在规律和变化趋势。图形学帮助科技人员更直观形象地理解大规模数据所蕴涵的科学现象和规律。图形学第一章绪论蛋白质结构的显示可视人图形学第一章绪论图形用户界面我们所用的绝大部分应用软件都提供了友好的图形用户界面(GUI)。图形界面的一特色是图标，它是表示某种选项的形象直观的图形符号。Photoshop的图形用户界面图形学第一章绪论计算机艺术

计算机艺术是科学和艺术相结合的一门学科。计算机艺术不需要传统的纸和笔等材料，所有的创作都在电子画布上实现。许多绘画软件如Adobe公司的Photoshop提供了丰富的绘画工具，如软硬铅笔、炭笔、彩色铅笔、色粉笔、钢笔、签字笔、油画棒、毛笔、水彩笔、油画笔、喷笔等，而且还提供了色彩丰富的调色板和各式各样的笔触。Wacom公司的数位板和无线压感笔则有效地解决了电脑笔输入的难题，使得艺术创作能以接近传统的方式进行。图形学第一章绪论WACOM数位板图形学第一章绪论计算机模拟中国绘画图形学第一章绪论计算机模拟中国绘画图形学第一章绪论图形学第一章绪论图形学第一章绪论图形学第一章绪论图形学第一章绪论OpenGL简介OpenGL()是SGI公司开发的一个跨平台的开放式图形编程工具。OpenGL集成了所有造型、变换、材质、纹理、光照、绘制等复杂的计算机图形学算法，将用户从具体的硬件和操作系统中解放了出来。图形学第一章绪论Windows与OpenGLMicrosoft最早将OpenGL集成到WindowsNT操作系统中；随后推出的Windows98及Windows98以上操作系统均允许用户免费使用OpenGL进行图形编程。OpenGL本身是一个底层库，在编程实践中还需要一些能简化编程任务、易于在窗口系统上执行的高层库。图形学第一章绪论能够直接被Windows平台所支持的OpenGL库函数OpenGL核心函数OpenGL核心函数以gl开头，可以运行于任何的OpenGL工作平台。OpenGL实用库函数实用库函数带有前缀glu，是基于OpenGL核心函数而比其更高一层的函数。它们也可以运行于任何OpenGL平台。辅助库函数它支持的平台较少，并不适合正式产品的开发。Windows专用函数以wgl开头，用于连接OpenGL和Windows窗口系统。Win32API函数，用于处理像素格式及缓冲。共6个Win32API函数，用于处理像素格式及缓冲。图形学第一章绪论Windows环境下的与OpenGL相关的文件在Windows中，相关的库以动态链接库的形式存在，opengl32.lib、glu32.lib、glaux.lib分别表示核心库、实用库和辅助库，相应的头文件分别是gl.h、glu.h及glaux.h。除了以上三个库以外，比较常用的还有OpenGL实用工具库GLUT。这是一个横跨平台Windows/Linux/UNIX/Mac的OpenGL辅助开发包。要在Windows下使用该包中的函数进行编程，需要另外下载glut32.dll、glut32.lib以及glut.h三个文件分别放入系统的相应目录。图形学第一章绪论Windows环境下生成图形的一个简单例子

利用OpenGL生成一个茶壶的程序：teapot.cpp(见教材)图形学第一章绪论程序举例说明如何利用OpenGL实用工具库GLUT中的函数glutSolidTeapot()在屏幕上生成一个茶壶。main()函数在第一行对GLUT库进行了初始化，然后设定窗口的显示模式、初始位置与大小，即位于屏幕左上角，长宽各为300。glutCreateWindow()语句创建了这个窗口。glutMainLoop()语句启动GLUT的主事件循环，在用户结束程序的运行之前，它将负责处理所有的GLUT事件。图形学第一章绪论VisualC++编程工具中的工程设置建立一个Win32ConsoleApplication属性的空白工程，在工程中添加teapot.cpp文件。打开菜单Project→Settings，在弹出的对话框中选择Link标签，在Object/LibraryModules栏中增加OpenGL32.lib及glut32.lib两个文件。图形学第一章绪论光栅图形显示技术

光栅显示器上的图像是由光栅(raster)形成的。光栅是一组互相平行的水平扫描线，每行扫描线是由大小一致的显示单元组成的显示序列，每一显示单元称为一个像素，可显示给定的颜色和灰度。光栅显示器将显示图元(primitive)如线、文字、填充颜色或图案区域等，以像素的形式存储到一个刷新缓冲器中。图形学第一章绪论随机扫描与光栅扫描

随机扫描技术的本质是按照显示命令的任意顺序，将电子束从一个端点偏转到另一个端点。光栅图形具有对显示区域填充颜色或图案的能力，存储的图像更加易于操作。图形学第一章绪论两种扫描方法对比图形学第一章绪论走样与反走样对于光栅系统来说，只能用光栅网格上的像素近似地描绘平滑的直线、多边形和如圆、椭圆等曲线图元的边界。这引起了图中看到的锯齿状与阶梯状的问题，在图形学中称为“走样”。用于减少或消除这种现象的技术称为“反走样”。图形学第一章绪论光栅化如何使光栅图形最完美地逼近实际图形，是光栅图形学要研究的内容。确定最佳逼近图形的像素集合，并用指定的颜色和灰度设置像素的过程叫做图形的扫描转换，或者称作“光栅化”。图形学第一章绪论光栅显示系统的结构

系统总线系统内存帧缓存视频控制器显示器CPU外围设备图形学第一章绪论简单二维图元的生成方法

作为图形硬件的软件接口，OpenGL最主要的工作就是将二维及三维物体绘制到帧缓存。绘制过程主要有以下3步:定义几何要素，构建物体在计算机内的表示。确定各物体在三维空间中的方位，选取场景观察点。计算物体表面需要显示的颜色，这些颜色可以直接赋值，或根据光照条件及表面纹理计算得到。光栅化，把物体的几何描述和颜色信息转换为屏幕的像素。图形学第一章绪论OpenGL环境下点的绘制

OpenGL允许采用glPointSize()函数由用户自定义点在屏幕上的显示尺度（缺省宽度为1.0）。图形学第一章绪论OpenGL环境下直线的绘制直线由两端点定义。只要把glBegin()的参数设为GL_LINES，OpenGL即可通过glBegin()/glEnd()函数对来绘制直线。此时函数对中的第一个顶点为第一条直线的起点，第二个顶点为该直线的终点，第三个顶点则为第二条直线的第一个顶点，依次类推。图形学第一章绪论直线的扫描转换算法基本增量算法(DDA)中点线算法Bresenham算法等其中Bresenham算法是计算机图形学领域使用最为广泛的直线扫描转换算法。图形学第一章绪论NEQEP=(xp,yp)直线的Bresenham算法

图形学第一章绪论字符的生成

生成字符有两种基本的方法。将字符定义为一条曲线或多边形的轮廓，然后进行扫描转换，计算开销很大。对于给定某种字体的每一个字符，生成一个小型的矩形位图。位图中该位为1表示字符的笔画经过此位，该位为0表示字符的笔画不经过此位。图形学第一章绪论字母“B”的位图显示0xfe0xc70xc30xc30xc70xfe0xc70xc30xc30xc70xfe0x000x000xfe0xc70xc30xc30xc70xfe0xc70xc30xc30xc70xfe0x000x000xfe0x00图形学第一章绪论颜色颜色是光射入人眼刺激人的视觉器官所产生的主观感觉。物体的颜色不仅取决于物体本身，还与光照、周围环境光的颜色，以及观察者的视觉系统有关系。从视觉的角度出发，颜色包括三个要素：色彩(hue)、饱和度(saturation)和亮度(lightness)。图形学第一章绪论三色学说近代的三色学说研究认为，人眼的视网膜中存在着三种锥体细胞，它们包含不同的色素，对光的吸收和反射特性不同，对于不同的光产生不同的颜色感觉。研究发现，一种锥体细胞专门感受红光，另二种锥体细胞则分别感受绿光和蓝光。三者共同作用，使人们产生了不同的颜色感觉。三色学说是真实感图形学的生理视觉基础，是颜色视觉最基本的理论。图形学第一章绪论RGB颜色模型

定义颜色模型的目的是为了在某个颜色域中方便地指定颜色。RGB颜色模型基于三色学说。大多数彩色图形显示设备特别是CRT等光栅显示器均采用红、绿、蓝三原色，即使用RGB颜色模型。图形学第一章绪论RGB颜色模型的单位立方体表示红(1,0,0)蓝(0,0,1)青(0,1,1)白(1,1,1)黄(1,1,0)绿(0,1,0)品红(1,0,1)图形学第一章绪论颜色的叠加

图形学第一章绪论OpenGL与R