2022/10/181計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、電視顯示技術(shù)和圖形信息處理技術(shù)相結(jié)合的一門學(xué)科。它研究有關(guān)對(duì)象的圖形的計(jì)算機(jī)表示、生成、處理、視覺真實(shí)性實(shí)現(xiàn)的基本原理和基本技術(shù)。它是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中發(fā)展最迅速的學(xué)科之一，已廣泛用于科學(xué)研究、工業(yè)和建筑設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)研究、文化教育、地理地質(zhì)，益智娛樂、商業(yè)廣告和軍事等領(lǐng)域2020-02-112圖形信息息與文字字信息相相比具有有直觀、、形象、、含義豐豐富等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，有有著廣泛泛的應(yīng)用用前景。。但是圖圖形的生生成、表表示、處處理、存存儲(chǔ)和管管理卻比比文字信信息復(fù)雜雜得多。2020-02-1132020-02-114計(jì)算機(jī)圖圖形學(xué)（（ComputerGraphics）是研究怎樣樣用計(jì)算算機(jī)生成成、處理理和顯示示圖形的的一門新新興學(xué)科科.國際標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化組織織（ISO）定義為為：計(jì)算機(jī)圖圖形學(xué)是是研究通通過計(jì)算算機(jī)將數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換換為圖形形，并在在專門顯顯示設(shè)備備上顯示示的原理理、方法法和技術(shù)術(shù)的學(xué)科科。2020-02-115計(jì)算機(jī)圖圖形學(xué)的的研究內(nèi)內(nèi)容圖形：計(jì)計(jì)算機(jī)圖圖形學(xué)的的研究對(duì)對(duì)象能在人的的視覺系系統(tǒng)中產(chǎn)產(chǎn)生視覺覺印象的的客觀對(duì)對(duì)象包括自然然景物、、拍攝到到的圖片片、用數(shù)數(shù)學(xué)方法法描述的的圖形等等等構(gòu)成圖形形的要素素幾何要素素：刻畫畫對(duì)象的的輪廓、、形狀等等非幾何要要素：刻刻畫對(duì)象象的顏色色、材質(zhì)質(zhì)等結(jié)束2020-02-116計(jì)算機(jī)中中表示圖圖形的方方法點(diǎn)陣表示示枚舉出圖圖形中所所有的點(diǎn)點(diǎn)(強(qiáng)調(diào)圖形形由點(diǎn)構(gòu)構(gòu)成)簡稱為圖圖像（數(shù)數(shù)字圖像像）參數(shù)表示示由圖形的的形狀參數(shù)數(shù)(方程或分分析表達(dá)達(dá)式的系系數(shù)，線線段的端端點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)等)+屬性性參數(shù)((顏色、線線型等))來表示示圖形簡稱為圖圖形2020-02-117計(jì)算機(jī)圖圖形學(xué)的的研究內(nèi)內(nèi)容圖形的輸輸入如何開發(fā)發(fā)利用圖形輸入入設(shè)備及及軟件將將圖形輸輸入到計(jì)計(jì)算機(jī)中中去，以便便作各種種處理。。圖形的處處理包括對(duì)圖圖形進(jìn)行行變換((幾何變變換，投投影變換換)和運(yùn)運(yùn)算（集集合運(yùn)算算）,著著色，形形變等……圖形的輸輸出如何將圖圖形特定定的表示示形式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成圖圖形輸出出系統(tǒng)便便于接受受的表示示形式，，并將圖圖形在顯顯示屏或或打印機(jī)機(jī)等輸出出設(shè)備上上輸出。。2020-02-118計(jì)算機(jī)圖圖形學(xué)的的研究內(nèi)內(nèi)容.與相關(guān)關(guān)學(xué)科的的關(guān)系數(shù)字圖像像數(shù)據(jù)模型型圖像生成成（計(jì)算算機(jī)圖形形學(xué)）模型（特特征）提提取（計(jì)算機(jī)機(jī)視覺，，模式識(shí)識(shí)別）模型變換換（計(jì)算幾幾何）圖像變換換（圖像處處理）.發(fā)展特特點(diǎn):交交叉叉、界線線模糊、、相互滲滲透DIGITALIMAGING：：2020-02-119用計(jì)算機(jī)機(jī)生成、、處理和和顯示圖圖形的學(xué)學(xué)科；由由幾何數(shù)數(shù)據(jù)和幾幾何模型型，利用用計(jì)算機(jī)機(jī)進(jìn)行顯顯示并存存儲(chǔ)，并并可以進(jìn)進(jìn)行修改改、完善善以及有有關(guān)操作作的過程程.計(jì)算機(jī)圖圖形學(xué)2020-02-1110計(jì)算幾何何研究幾何何模型和和數(shù)據(jù)處處理的學(xué)學(xué)科，討討論幾何何形體的的計(jì)算機(jī)機(jī)表示、、分析和和綜合，，研究如如何方便便靈活、、有效地地建立幾幾何形體體的數(shù)學(xué)學(xué)模型以以及在計(jì)計(jì)算機(jī)中中更好地地存貯和和管理這這些模型型數(shù)據(jù)；；2020-02-11112020-02-1111數(shù)字圖象象處理是是將圖像像信號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為數(shù)數(shù)字格式式并利用用計(jì)算機(jī)機(jī)進(jìn)行處處理的過過程:圖像獲取取、圖像像變換、、圖像增增強(qiáng)、圖圖像復(fù)原原、圖像像編碼、、圖像分分析、圖圖像識(shí)別別、圖像像理解。。與計(jì)算機(jī)機(jī)圖形學(xué)學(xué)的概念念容易混混淆的是是圖像處處理。計(jì)計(jì)算機(jī)圖圖形學(xué)的的基本含含義是使使用計(jì)算算機(jī)通過過算法和和程序在在顯示設(shè)設(shè)備上構(gòu)構(gòu)造出圖圖形來。。與此相相反，圖圖像處理理是將客客觀世界界中原來來存在的的物體的的影像處處理成新新的數(shù)字字化圖像像的相關(guān)關(guān)技術(shù)，，并研究究如何從從圖像中中提取二二維或三三維物體體的模型型。它所所研究的的是計(jì)算算機(jī)圖形形學(xué)的逆逆過程。。2020-02-1112計(jì)算機(jī)視視覺和模模式識(shí)別別:對(duì)所輸入入的圖象象進(jìn)行分分析和識(shí)識(shí)別，找找出其中中蘊(yùn)涵的的內(nèi)在聯(lián)聯(lián)系或抽抽象模型型；如郵郵政分檢檢設(shè)備、、地形地地貌識(shí)別別等；圖形學(xué)的的逆過程程，分析析和識(shí)別別輸入的的圖像,,并從中中提取二二維或三三維的數(shù)數(shù)據(jù)模型型（特征征）。手手寫體識(shí)識(shí)別、機(jī)機(jī)器視覺覺2020-02-1113計(jì)算機(jī)圖圖形學(xué)的的研究內(nèi)內(nèi)容涉及及到用計(jì)計(jì)算機(jī)對(duì)對(duì)圖形數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行行處理的的硬件和和軟件兩兩方面的的技術(shù)，，主要是是圍繞著著生成、、表示物物體的圖圖形圖像像的準(zhǔn)確確性、真真實(shí)性和和實(shí)時(shí)性性的基礎(chǔ)礎(chǔ)算法，，大致可可分為以以下幾類類：2020-02-1114（1）基于圖圖形設(shè)備備的基本本圖形元元素的生生成算法法，如用用光柵圖圖形顯示示器生成成直線、、圓弧、、二次曲曲線、封封閉邊界界內(nèi)的圖圖案填充充等。（4）三維幾幾何造型型技術(shù)，，對(duì)基本本體素的的定義、、輸入及及它們之之間的布布爾運(yùn)算算方法。。（5）三維形形體的實(shí)實(shí)時(shí)顯示示，包括括投影變變換、坐坐標(biāo)變換換等。（2）圖形元元素的幾幾何變換換，即對(duì)對(duì)圖形的的平移、、放大和和縮小、、旋轉(zhuǎn)、、鏡像等等操作。。（3）樣條曲曲線和樣樣條曲面面的插值值、擬合合、拼接接、光順順、整體體和局部部修改等等。2020-02-1115（8）科學(xué)計(jì)計(jì)算可視視化和三三維數(shù)據(jù)據(jù)場(chǎng)的可可視化，，將科學(xué)學(xué)計(jì)算中中大量難難以理解解的數(shù)據(jù)據(jù)通過計(jì)計(jì)算機(jī)圖圖形顯示示出來，，從而加加深人們們對(duì)科學(xué)學(xué)過程的的理解。。例如有有限元分分析的結(jié)結(jié)果等；；應(yīng)力場(chǎng)場(chǎng)、磁場(chǎng)場(chǎng)的分布布等；各各種復(fù)雜雜的運(yùn)動(dòng)動(dòng)學(xué)和動(dòng)動(dòng)力學(xué)問問題的圖圖形仿真真等。（7）山、水水、花、、草、煙煙、云等等自然景景物的模模擬生成成算法等等。（6）真實(shí)感感圖形的的生成算算法，包包括三維維圖形的的消隱、、光照、、色彩、、陰影、、紋理及及彩色濃濃淡圖的的生成算算法。2020-02-1116圖形軟件件發(fā)展及及軟件標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)形成成

三種類型型的計(jì)算算機(jī)圖形形軟件系系統(tǒng)：(1)用用某種語語言寫成成的子程程序包GKS((GraphicsKernelSystem))PHIGS(Programmer’sHerarchicalIuteractiveGraphicssystem))便于移植植和推廣廣、但執(zhí)執(zhí)行速度度相對(duì)較較慢，效效率低(2）擴(kuò)擴(kuò)充計(jì)算算機(jī)語言言，使其其具有圖圖形生成成和處理理的功能能如：TurboPascal、、TurboC，AutoLisp,VC等。簡練、緊緊湊、執(zhí)執(zhí)行速度度快，但但不可移移植（3）專專用圖形形系統(tǒng)：：效率高高，但系系統(tǒng)開發(fā)發(fā)量大，，可移植植性差。。(4)MATLAB,,MathWorks公司,一一種交互互式面向向?qū)ο蟮牡某绦蛟O(shè)計(jì)語語言,工工程計(jì)算算領(lǐng)域中中重要應(yīng)應(yīng)用軟件件.2020-02-1117通用的、、與設(shè)備備無關(guān)的的圖形包包，圖形形標(biāo)準(zhǔn)CGS((CoreGraphicsSystem,核心圖形形系統(tǒng),,1977年年ACM提出)GKS((GraphicsKernelSystem,,)((第一個(gè)官官方標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，ISO,,1977)PHIGS(Programmer’sHerarchicalIuteractiveGraphicssystem,程序員層次交互互式圖形形系統(tǒng)))一些非官官方圖形形軟件，，廣泛應(yīng)應(yīng)用于工工業(yè)界，，成為事事實(shí)上的的標(biāo)準(zhǔn)DirectX(MS)Xlib(X--Window系統(tǒng))OpenGL((SGI)Adobe公司Postscript開放式、、高效率率的發(fā)展展趨勢(shì)2020-02-1118圖形標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的層次次關(guān)系2020-02-1119VirtualReality（（虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)、靈境境）VirtualReality或稱虛擬擬環(huán)境（（VirtualEnvironment)是用計(jì)算算機(jī)技術(shù)術(shù)來生成成一個(gè)逼真的三三維視覺覺、聽覺覺、觸覺覺或嗅覺等等感覺世世界，讓讓用戶可可以從自己己的視點(diǎn)點(diǎn)出發(fā)，，利用自自然的技能能和某些些設(shè)備對(duì)對(duì)這一生生成的虛擬擬世界客客體進(jìn)行行瀏覽和和交互考察察。輸入輸出出設(shè)備2020-02-1120規(guī)則形體體：歐氏氏幾何方方法造型技術(shù)術(shù)2020-02-11212020-02-1121不規(guī)則形形體：分形幾何何方法粒子系統(tǒng)統(tǒng)紋理映射射實(shí)體造型型基于物理理的造型型基于圖像像的造型型2020-02-1122真實(shí)感圖圖形繪制制技術(shù)光照明模模型繪制算法法快速算法法基于圖像像的繪制制2020-02-1123圖形繪制制管線(Pipeline))圖形繪制制管線的的主要功功能是在在給定虛虛擬相機(jī)機(jī),三維物體體,光源,照明模式式,以及紋理理等條件件,如何生成成或繪制制一幅二二維圖象象。它是是實(shí)時(shí)繪繪制的核核心。應(yīng)用程序序幾何光柵繪制管線線的基本本結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序序?qū)⑿枰L制的的幾何體體（如點(diǎn)點(diǎn)、線、、矩形等等）輸入入到幾何何階段光柵階段段把幾何何階段的的對(duì)象表表示成幀幀緩存的的象素.2020-02-1124模型與視視點(diǎn)變換換光照投影裁剪屏幕映射幾何階段段的基本本結(jié)構(gòu)2020-02-1125計(jì)算機(jī)圖圖形學(xué)的的相關(guān)開開發(fā)技術(shù)術(shù)OpenGL（OpenGraphicsLib）三維圖形形處理庫庫、工業(yè)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，，三維設(shè)設(shè)計(jì)軟件件ACISSpatialTechnology公司，三三維幾何何引擎，，三維造造型和顯顯示DirectX微軟，圖圖形應(yīng)用用程序接接口（API），三維維游戲Java3DSUN公司定義義的3D顯示接口口，網(wǎng)上上三維顯顯示VRML標(biāo)記語言言，網(wǎng)上上虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)2020-02-1126OPenGL科學(xué)可視視化、計(jì)計(jì)算機(jī)動(dòng)動(dòng)畫和虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)是近年年來計(jì)算算機(jī)圖形形學(xué)領(lǐng)域域的三大大熱門話話題，而而這三大大熱門話話題的技技術(shù)核心心都是三三維真實(shí)實(shí)感圖形形顯示。。當(dāng)前三三維圖形形顯示在在軍事、、航空、、航天、、地質(zhì)、、游戲、、藝術(shù)造造型等領(lǐng)領(lǐng)域都有有著廣泛泛的應(yīng)用用。OpenGL是目前比比較完善善的三維維圖形標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，它它是由SGI公司推出出，現(xiàn)在在被Microsoft、、DEC、HP、SUN等在計(jì)算算機(jī)領(lǐng)域域中占主主導(dǎo)地位位的大大公司司所采用用，作為為三維圖圖形的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。隨著PC性能的不不斷提高高，3D圖形圖像像開發(fā)已已經(jīng)不再再是圖形形I作站的專專利，尤尤其是微微軟在主主流操作作系統(tǒng)Wndows中全面支支持OpenGL以來，使使在PC機(jī)上使用用OpenGL開發(fā)高性性能的圖圖形圖像像產(chǎn)品成成為一件件比較簡簡單的事事情，這這大大地地促進(jìn)了了OpenGL的發(fā)展。。

2020-02-1127OpenGL（OpenGraphicLibrary）開放式式圖形庫庫，是一一個(gè)3D圖形和模模型庫。。它由SiliconGraphics公司開發(fā)發(fā)，前身身是由SGI公司為其其圖形工工作站開開發(fā)的IRISGL。OpenGL是業(yè)界最最為流行行也是支支持最廣廣泛的一一個(gè)底層層3D技術(shù)，幾幾乎所有有的顯卡卡廠商都都在底層層實(shí)現(xiàn)了了對(duì)OpenGL的支持和和優(yōu)化。。OpenGL同時(shí)也定定義了一一系列接接口用于于編程實(shí)實(shí)現(xiàn)三維維應(yīng)用程程序，有有運(yùn)行效效率高、、穩(wěn)定性性強(qiáng)、跨跨平臺(tái)等等特點(diǎn)，，可運(yùn)行行在幾乎乎所有平平臺(tái)，包包括Unix、Windows、Linux、OS/2，也可被被大多數(shù)數(shù)編程語語言調(diào)用用，如C、C++Builder、VB、VC、Delphi等。OpenGL并不是編編程語言言，它更更像一個(gè)個(gè)C運(yùn)行時(shí)函函數(shù)庫，，提供了了一些預(yù)預(yù)包裝的的功能，，是供那那些專門門設(shè)計(jì)用用來（并并進(jìn)行了了優(yōu)化））顯示和和操作3D圖形的計(jì)計(jì)算機(jī)硬硬件所使使用的。。OpenGL具有多種種用途，，從CAD工程到建建筑應(yīng)用用程序、、到電影影中都能能用來實(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)算算機(jī)生成成的建模模程序。。OpenGL被設(shè)計(jì)成成獨(dú)立于于硬件，，獨(dú)立于于窗口系系統(tǒng)的，，在運(yùn)行行各種操操作系統(tǒng)統(tǒng)的各種種計(jì)算機(jī)機(jī)上都可可用，并并能在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境境下以客客戶/服務(wù)器模模式工作作，是專專業(yè)圖形形處理、、科學(xué)計(jì)計(jì)算等高高端應(yīng)用用領(lǐng)域的的標(biāo)準(zhǔn)圖圖形庫。。2020-02-1128OPenGL函數(shù)的分分類OPenGL是一個(gè)與與圖形硬硬件無關(guān)關(guān)的應(yīng)用用程序開開發(fā)接口口(API))，它包含了了近200個(gè)函函數(shù),使使用這些些函數(shù)可可以開發(fā)發(fā)出與現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界界相類似似的三維維景象。。它的函函數(shù)可分分為4類類：核心心函數(shù)、、實(shí)用函函數(shù)、輔輔助函數(shù)數(shù)和專用用函數(shù)。。2020-02-1129核心函數(shù)數(shù)在OpenGL中有115個(gè)核核心函數(shù)數(shù)，這些些函數(shù)是是最基本本的，都都以gl開頭，它它們可以以在任何何OpenGL平臺(tái)中使使用。用用于繪制制各種圖圖形、進(jìn)進(jìn)行場(chǎng)景景變換、、產(chǎn)生光光照效果果、進(jìn)行行紋理映映射等工工作。實(shí)用函數(shù)數(shù)核心函數(shù)數(shù)比核心心函數(shù)高高一層次次，它們們將核心心函數(shù)進(jìn)進(jìn)行組織織和封裝裝，提供供比較簡簡單的函函數(shù)接口口和用法法，共有有43個(gè)個(gè)，以glu為前綴，，可在任任何OpenGL平臺(tái)中使使用。輔助函數(shù)數(shù)是一些特特例函數(shù)數(shù)，共有有31個(gè)個(gè)，以aux為前綴，，不能在在任何OpenGL平臺(tái)中使使用，一一般用于于在Windows應(yīng)用程序序中進(jìn)行行窗口管管理和輸輸入輸出出處理以以及繪制