教學要求了解圖形系統的框架及其涉及的軟件、硬件技術；了解圖形學的基本問題，駕馭圖形學的基本概念、方法與算法；對與圖形相關的應用及當前的探討熱點有一個初步相識；具有確定實踐體會和相關的編程實力。2023/3/81河北農業高校張玉新課程內容緒論圖形設備用戶接口與交互式技術圖形表示與數據結構基本圖形生成算法二維圖形變換及二維視察三維圖形變換及三維視察*高級話題：曲線和曲面、消隱、真實感圖形顯示*2023/3/82河北農業高校張玉新主要參考書目陳傳波，計算機圖形學基礎，電子工業出版社何援軍，計算機圖形學，機械工業出版社李東，計算機圖形學好用教程，人民郵電出版社孫家廣，計算機圖形學（第三版），清華高校出版社王汝傳，計算機圖形學，人民郵電出版社中國圖形圖像學報等2023/3/83河北農業高校張玉新成果評定方法平常成果＋試驗＋筆試2023/3/84河北農業高校張玉新第1章緒論提出問題什么是計算機圖形學？計算機圖形學探討的對象是什么？計算機圖形學的發展？計算機圖形學的應用？………2023/3/85河北農業高校張玉新1.1計算機圖形學及它與其他學科的關系計算機圖形學（ComputerGraphics） 計算機圖形學是探討怎樣利用計算機來顯示、生成和處理圖形的原理、方法和技術的一門學科。 IEEE定義：Computergraphicsistheartorscienceofproducinggraphicalimageswiththeaidofcomputer.2023/3/86河北農業高校張玉新計算機圖形學與傳統理論：交叉、界線模糊、相互滲透計算幾何CAGD(計算機協助幾何設計)靠近論（計算數學）微分幾何形態學2023/3/87河北農業高校張玉新圖形圖象處理的相關學科

計算機圖形學試圖從非圖象形式的數據描述來生成（逼真的）圖象。

數字圖象處理旨在對圖象進行各種加工以改善圖象的視覺效果。

計算機視覺是探討用計算機來模擬生物外顯或宏觀視覺功能的科學和技術。2023/3/88河北農業高校張玉新圖象識別反求工程CAGD2023/3/89河北農業高校張玉新

通常意義下的圖形： 能夠在人的視覺系統中形成視覺印象的客觀對象都稱為圖形。1.2計算機圖形學的探討對象——圖形2023/3/810河北農業高校張玉新圖形的要素 幾何要素和非幾何要素計算機圖形學中所探討的圖形 從客觀世界物體中抽象出來的帶有顏色及形態信息的圖和形。2023/3/811河北農業高校張玉新圖形的表示點陣法是用具有顏色信息的點陣來表示圖形的一種方法，它強調圖形由哪些點組成，并具有什么灰度或色調。參數法是以計算機中所記錄圖形的形態參數與屬性參數來表示圖形的一種方法。通常把參數法描述的圖形叫做圖形（Graphics）把點陣法描述的圖形叫做圖象（Image）2023/3/812河北農業高校張玉新醞釀期（50年頭） 1950年，美國MIT的旋風1號(WhirlwindI)計算機配備了類似示波器的陰極射線管(CRT)來顯示一些簡潔的圖形(僅能輸出) 1958年，美國Calcomp公司由聯機的數字記錄儀發展成滾筒式繪圖儀，GerBer公司把數控機床發展成為平板式繪圖儀 20世紀50年頭末期，MIT的林肯試驗室在“旋風”計算機上開發SAGE空中防衛體系，第一次運用了支持輸入輸出的CRT顯示器，操作者可以用光筆在屏幕上指出確定的目標。1.3計算機圖形學的發展簡史2023/3/813河北農業高校張玉新萌芽期（60年頭） 1962年，美國MIT林肯試驗室的Ivan.E.Sutherland發表了一篇題為“Sketchpad：一個人－機通信的圖形系統”的博士論文，其中首次運用了“ComputerGraphics”。 1962年，雷諾汽車公司的工程師PierreBézier提出Bézier曲線、曲面的理論 1964年，MIT的教授StevenA.Coons提出了超限插值的新思想，通過插值四條隨意的邊界曲線來構造曲面。2023/3/814河北農業高校張玉新

發展期（70年頭） 光柵圖形學快速發展，出現了基于電視技術的光柵圖形掃描器 區域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應算法紛紛誕生 圖形軟件標準化1974年，ACMSIGGRAPH的與“與機器無關的圖形技術”的工作會議ACM成立圖形標準化委員會，制定“核心圖形系統”（CoreGraphicsSystem）ISO發布CGI、CGM、GKS、PHIGS2023/3/815河北農業高校張玉新普及期（80年頭）1980年Whitted提出了一個光透視模型-Whitted模型，并第一次給出光線跟蹤算法的范例，實現Whitted模型1984年，美國Cornell高校和日本廣島高校的學者分別將熱輻射工程中的輻射度方法引入到計算機圖形學中用輻射度方法成功的模擬了志向漫反射表面間的多重漫反射效果圖形硬件和各個分支均在這個時期飛速發展2023/3/816河北農業高校張玉新提高增加期（90年頭）朝著標準化、集成化、智能化方向發展總體特征：技術發展、需求驅動2023/3/817河北農業高校張玉新1.4圖形軟件的發展及軟件標準的形成圖形軟件的發展 開放式、高效率、標準化、集成化、智能化

圖形軟件標準與設備無關、與應用無關、具有較高性能2023/3/818河北農業高校張玉新近二十年中，國際標準化組織ISO已經批準和正在探討的與計算機圖形有關的標準有： GKS、GKS-3D、PHIGS、CGM、 CGI、IGES、STEP等事實標準 如SGI的OpenGL，微軟的DirectX，Adobe的Postscript，SUN的Java3D，ACIS等2023/3/819河北農業高校張玉新1.5計算機圖形系統1.5.1計算機圖形系統的功能

2023/3/820河北農業高校張玉新

(1)計算功能形體設計、分析，圖形描述，基本幾何元素（點、線、面等）的表示、求交運算、分類、幾何變換，光、色模型的建立和計算，干涉檢測等。2023/3/821河北農業高校張玉新(2)存儲功能存放圖形數據、幾何元素之間的拓撲關系，幾何信息和屬性信息，并可對有關的信息進行實時的檢索、修改、增加和刪除。(3)輸入功能輸入有關進行圖形設計的吩咐和參數等。2023/3/822河北農業高校張玉新

(4)輸出功能對于設計的中間結果、最終結果或檔案，可以以文字、圖形或圖像等形式輸出。

(5)交互功能進行選擇、拾取和修改，對操作步驟的追蹤和提示，顯示出錯信息等。2023/3/823河北農業高校張玉新1.5.2計算機圖形系統的結構2023/3/824河北農業高校張玉新1.6計算機圖形學的應用和探討熱點計算機協助設計與制造（CAD/CAM）CAD/CAM是計算機圖形學在工業界最廣泛、最活躍的應 用領域 飛機、汽車、船舶的外形的設計 發電廠、化工廠等的布局 土木工程、建筑物的設計 電子線路、電子器件的設計 設計結果干脆送至后續工藝進行加工處理，如波音777飛 機的設計和加工過程2023/3/825河北農業高校張玉新奧迪效果圖和線框圖2023/3/826河北農業高校張玉新基于工程圖紙的三維形體重建定義：從二維信息中提取三維信息，通過對這些信息進行分類、綜合等一系列處理，在三維空間中重新構造出二維信息所對應的三維形體，復原形體的點、線、面及其拓撲關系，從而實現形體的重建優勢：可以做裝配件的干涉檢查、以及有限元分析、仿真、加工等后續操作，代表CAD技術的發展方向2023/3/827河北農業高校張玉新工程圖及其三維重建結果12023/3/828河北農業高校張玉新工程圖及其三維重建結果22023/3/829河北農業高校張玉新2.科學計算可視化（VisualizationinScientificComputing）“科學家們不僅須要分析由計算機得出的計算數據，而且須要了解在計算過程中數據的變更”海量的數據使得人們對數據的分析和處理變得越來越難，用圖形來表示數據的迫切性與日俱增1986年，美國科學基金會（NSF）特地召開了一次研討會，會上提出了“科學計算可視化（VisualizationinScientificComputing）”科學計算可視化廣泛應用于醫學、流體力學、有限元分析、氣象分析當中2023/3/830河北農業高校張玉新2.科學計算可視化在醫學領域，可視化有著廣袤的發展前途是機械手術和遠程手術的基礎將醫用CT掃描的數據轉化為三維圖象，幫助醫生判別病人體內的患處由CT數據產生在人體內漫游的圖象可視化的前沿與難點可視化硬件的探討實時的三維體繪制體內組織的識別分割——Segmentation2023/3/831河北農業高校張玉新3.計算機藝術計算機藝術用計算機軟件從事藝術創作二維平面的畫筆程序（如CorelDraw，Photoshop，PaintShop）圖表繪制軟件（如Visio）三維建模和渲染軟件包（如3DMAX，Maya）、以及一些特地生成動畫的軟件（如Alias，Softimage）2023/3/832河北農業高校張玉新優點：供應多種風格的畫筆畫刷供應多種多樣的紋理貼圖，甚至能對圖象進行霧化，變形等操作可以隨意修改，取消敗筆不足：無法達到傳統繪畫中風格化的藝術效果很難得到有素描效果、油畫效果的藝術品2023/3/833河北農業高校張玉新2023/3/834河北農業高校張玉新4.非真實感繪制用于模擬藝術效果，探討方法有別于真實感圖形學鋼筆素描的生成鋼筆素描產生于中世紀，從19世紀起先成為一門藝術20世紀90年頭起先探討用計算機模擬中國國畫與書法的生成2023/3/835河北農業高校張玉新GeorgesWinkenb1ach繪制的壺和碗2023/3/836河北農業高校張玉新Salisbury繪制的茶壺2023/3/837河北農業高校張玉新Salisbury繪制的熊2023/3/838河北農業高校張玉新OliverDeussen繪制的素描樹2023/3/839河北農業高校張玉新5.地理信息系統

強調對圖形和圖象的空間分析和管理。主要探討熱點：遙感圖象信息的自動提取地理系統建模地理信息的智能分析地表系統的仿真2023/3/840河北農業高校張玉新6.真實感圖形顯示真實感圖形的生成：場景造型→取景變換→視域裁剪→消退隱藏面→可見面光亮度計算2023/3/841河北農業高校張玉新由清華高校自然景物平臺生成的野外場景2023/3/842河北農業高校張玉新計算機繪制的真實感云2023/3/843河北農業高校張玉新Xfrog3.0生成的挪威云杉2023/3/844河北農業高校張玉新7.虛擬現實(Virtual-reality)由計算機生成的一個實時三維空間。運用戶產生一種身臨其境的感覺。2023/3/845河北農業高校張玉新8.計算機動畫

計算機動畫近十多年來取得了很大的發展，已滲透到人們生活的各個角落商業廣告、影視絕技/片頭、動畫片教化、軍事、飛行模擬等基于特征的圖象變形（貓變虎）2023/3/846河北農業高校張玉新由于計算機圖形技術能生成豐富的圖形，可用于協助教學，使教學過程變得形象、直觀和生動，有助于提高學生的學習愛好和留意力，增加教學效果。9.計算機協助教學（CAI）2023/3/847河北農業高校張玉新10.人機交互HCI是將來的計算機科學。我們已經花費了至少50年的時間來學習如何制造計算機以及如何編寫計算機程序。下一個新領域自然是讓計算機服務并適應于人