第1次课计算机绘图概论.ppt

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1、 第一章第一章第一章第一章第一章第一章2 2 2 2 2 2第一章第一章第一章第一章第一章第一章2 2 2 2 2 2l图形图形l图像图像l计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造l可视化可视化l图形显示图形显示l图形绘制图形绘制What is computer graphicsWhat is computer graphics？l按照应用领域分类按照应用领域分类l按照图形类型分类按照图形类型分类ApplicationApplicationl1.管理、技术管理、技术l2.图形图形l3.动画动画 l4.CAD/CAMl5.仿真仿真l6.过程控制过程控制l7.艺术与教育艺术与教育l8.OAAppl

2、icationApplicationl绘制经济数据绘制经济数据的数学、物理的数学、物理的的2D2D或者或者3D3D图图形形l数据走势图，数据走势图，反应在时间维反应在时间维数上的情况数上的情况第一章第一章第一章第一章第一章第一章9 9 9 9 9 9ApplicationApplicationl以高精度的地理或其他自然现象的图以高精度的地理或其他自然现象的图形形 纸或胶片上。纸或胶片上。包括包括 地图、地质图、气候图、地图、地质图、气候图、.Chapter 1Chapter 1Chapter 1101010101010ApplicationApplicationChapter 1Chapter

3、 1Chapter 1111111111111ApplicationApplicationl用计算机可以产生生动的动画效果，用计算机可以产生生动的动画效果，可用于艺术创作，模拟真实的环境，可用于艺术创作，模拟真实的环境，或进行飞机、驾驶等训练。或进行飞机、驾驶等训练。设设计计 元部件：机械、电气、电子设备元部件：机械、电气、电子设备.系系统统 结构结构(建筑物、汽车车身、飞机建筑物、汽车车身、飞机和船的外壳及内部结构和船的外壳及内部结构)光学系统光学系统电话及计算机网络电话及计算机网络第一章第一章第一章第一章第一章第一章121212121212ApplicationApplicationCha

4、pter 1Chapter 1Chapter 1141414141414ApplicationApplicationl科学现象的数学模型科学现象的数学模型(液体流动、相对液体流动、相对论、核反应、化学反应、生理系统与论、核反应、化学反应、生理系统与器官以及有负载时结构的变形等器官以及有负载时结构的变形等)Chapter 1Chapter 1Chapter 11 1 1 1 1 1ApplicationApplicationl云雾、烟、其他大小形状不同的飞机等云雾、烟、其他大小形状不同的飞机等特殊景物特殊景物l飞行模拟器：固定环境的景色飞行模拟器：固定环境的景色l可用在月球登陆的宇航员可用在月球

5、登陆的宇航员(练习登月）、练习登月）、宇宙飞船驾驶员宇宙飞船驾驶员(首航前训练首航前训练)Chapter 1Chapter 1Chapter 1171717171717ApplicationApplicationl利用交互式图形生成利用交互式图形生成技术形成的人机交互技术形成的人机交互系统，实现人与控制系统，实现人与控制或管理对象之间的相或管理对象之间的相互作用。如工厂中的互作用。如工厂中的设备、工序控制，机设备、工序控制，机场与铁路的调度等。场与铁路的调度等。l教学活动第一章第一章第一章第一章第一章第一章181818181818ApplicationApplicationl艺术广告Chapt

6、er 1Chapter 1Chapter 1202020202020ApplicationApplicationl在办公系统中，很多的数据表示都在办公系统中，很多的数据表示都是采用图形来实现的，能很直观地是采用图形来实现的，能很直观地反应数据情况。反应数据情况。l1.线框图形：线框图形：2D or 3D2D or 3D（no graphics no graphics conceptionconception，only lineonly line）,三维带隐生线三维带隐生线l2.2D.2D 彩色或者黑白的平面图形彩色或者黑白的平面图形l3.实体：图形中包含以及显示了实体：图形中包含以及显示了3D

7、3D数据数据ApplicationApplicationChapter 1Chapter 1Chapter 1222222222222ApplicationApplicationChapter 1Chapter 1Chapter 1232323232323ApplicationApplicationDevelopmentDevelopmentl1950年，年，MIT采用原理类似于示波器阴极射线采用原理类似于示波器阴极射线管（管（CRT）作为旋风一号的图形显示器。）作为旋风一号的图形显示器。l1958年，滚筒式绘图仪和平板式绘图仪研制成年，滚筒式绘图仪和平板式绘图仪研制成功。功。l50年代末，年

8、代末，SAGE空中防御指挥系统采用光笔空中防御指挥系统采用光笔作为输入设备，标志着交互式图形技术的诞生。作为输入设备，标志着交互式图形技术的诞生。l大公司纷纷开展图形学科学研究，出现大公司纷纷开展图形学科学研究，出现各种系统软件和应用软件。各种系统软件和应用软件。l60年代中期出现随机扫描显示器。年代中期出现随机扫描显示器。l图形学之父图形学之父Ivan.E.SutherlandDevelopmentDevelopment 1964年孔斯（Steve CoonsSteve Coons）在这里提出了用）在这里提出了用小块曲面片组合表示自由型曲面时使曲面片边界小块曲面片组合表示自由型曲面时使曲面片

9、边界上达到任意高次连续阶的理论方法，此方法得到上达到任意高次连续阶的理论方法，此方法得到工业界和学术界的极大推崇，称之为孔斯曲面。工业界和学术界的极大推崇，称之为孔斯曲面。孔斯和法国雷诺汽车公司的贝齐埃（孔斯和法国雷诺汽车公司的贝齐埃（Pierre Pierre B Bzierzier）并列被称为现代计算机辅助几何设计技）并列被称为现代计算机辅助几何设计技术的奠基人。术的奠基人。第一台光笔交互式图形显示器1962年在麻省理工学院林肯实验室研制成功.这是Lvan.E.Sutherland以博士论文形式完成的研究课题。DevelopmentDevelopmentl存储管显示器出现，存储管显示器出现

10、，大大降低图形硬件系大大降低图形硬件系统成本。统成本。l70年代初，出现一批年代初，出现一批通用的、可移植的软通用的、可移植的软件系统。件系统。DevelopmentDevelopmentl光栅扫描显示器得到推广。光栅扫描显示器得到推广。l出现许多新型的图形输入设备，出现许多新型的图形输入设备，如各类图形输入板，坐标数字化仪，如各类图形输入板，坐标数字化仪，跟踪球，鼠标器等。跟踪球，鼠标器等。lGKSGKS、PHIGSPHIGS等国际标准的建立。等国际标准的建立。DevelopmentDevelopmentl图形工作站图形工作站的出现，如的出现，如Apollo,Sun,HP等。等。Develo

11、pmentDevelopmentl微机和软件系统的普及使得图形学的应用领域微机和软件系统的普及使得图形学的应用领域日益广泛。日益广泛。l图形学已经同模式识别、人工智能、数据库等图形学已经同模式识别、人工智能、数据库等众多领域结合，形成一些交叉学科，如工程数众多领域结合，形成一些交叉学科，如工程数据库、多媒体等。据库、多媒体等。Chapter 1Chapter 1Chapter 1323232323232DevelopmentDevelopment五十年代五十年代MIT 旋风一号，计算机驱动旋风一号，计算机驱动CRT+照相机，照相机，SAGE(交互式图形技术诞生交互式图形技术诞生)六十年代六十年

12、代随机扫描显示器，图形学之父随机扫描显示器，图形学之父六十年代至七十年六十年代至七十年代初代初存储管显示器，应用的软件包存储管显示器，应用的软件包光栅扫描显示器，新型的图形输入设备，光栅扫描显示器，新型的图形输入设备，图形语言标准图形语言标准八十年代至九十年八十年代至九十年代初代初图形工作站图形工作站(Apollo,Sun,Hp)时间时间特特 征征九十年代至今九十年代至今微机，交叉学科（多媒体等）微机，交叉学科（多媒体等）六十年代至七十年六十年代至七十年代初代初Chapter 1Chapter 1Chapter 1333333333333l1 1、一般工作过程、一般工作过程l2 2、基本组成、

13、基本组成l一般工作过程一般工作过程l计算机图形系统是一个由软、硬相互结合的有计算机图形系统是一个由软、硬相互结合的有机整体。系统在工作时，由主机执行应用程序，机整体。系统在工作时，由主机执行应用程序，通过图形输入设备、数据库或交互装置读取数通过图形输入设备、数据库或交互装置读取数据，按一定数据结构组织起来，不断调用事先据，按一定数据结构组织起来，不断调用事先存储好的图形显示子程序，将处理后得到的数存储好的图形显示子程序，将处理后得到的数据送往显示处理器，从图形显示器或其它输出据送往显示处理器，从图形显示器或其它输出设备输出图形。设备输出图形。l一般工作过程一般工作过程基本组成基本组成l显示处理

14、器：重复解释、执行显示处理器：重复解释、执行D.F.l刷新处理器：存放显示文件刷新处理器：存放显示文件 l交互装置：人机交互工具交互装置：人机交互工具 l硬拷贝装置：实现图形永久性输出的装置硬拷贝装置：实现图形永久性输出的装置 l本地计算机本地计算机:生成显示文件生成显示文件 图形互换图形互换 l主机主机:语言的解释或编译，数据库管理等语言的解释或编译，数据库管理等 第一章第一章第一章第一章第一章第一章383838383838基本组成基本组成 应用程序应用程序:需要执行的指令序列需要执行的指令序列 应用数据结构应用数据结构/模型模型:全面描述对象的特点全面描述对象的特点 图形系统图形系统:完成

15、实际功能完成实际功能,是与硬件的接口是与硬件的接口 基本组成基本组成第一章第一章第一章第一章第一章第一章404040404040基本组成基本组成第一章第一章第一章第一章第一章第一章414141414141l一、显示器一、显示器l二、输入设备二、输入设备l三、输出设备三、输出设备显显 示示 器器l电子发射：电子加速，使其具有足够的能量，打落荧光屏上电子发射：电子加速，使其具有足够的能量，打落荧光屏上l聚焦系统：形成窄电子束聚焦系统：形成窄电子束 电场电场 光点小光点小(细细)复杂复杂 磁场磁场 光点大光点大(粗粗)简单简单l偏转系统：偏转系统：电场电场 电压电压(V)(V)与偏转距离与偏转距离(

16、D)(D)成正比成正比使电子引向屏幕上特定的位量使电子引向屏幕上特定的位量 磁场磁场 电流电流(I)(I)与偏转距离与偏转距离(D)(D)成正比成正比l亮度：电子量、速度、荧光粉，分别控制灰度、色彩、余辉时间、视觉亮度：电子量、速度、荧光粉，分别控制灰度、色彩、余辉时间、视觉残留等残留等 l彩色：彩色：层次模式：多层荧光粉，每层的颜色不同细层次模式：多层荧光粉，每层的颜色不同细(分辨率高分辨率高)平面组合模式：彩色平面组合模式：彩色TVTV技术，无须控制速度粗技术，无须控制速度粗(分辨率低分辨率低)第一章第一章第一章第一章第一章第一章434343434343显显 示示 器器第一章第一章第一章第一章第一章第一章444444444444显显 示示 器器分辨率分辨率单位距离中可以显示的光点数如每英寸线单位距离中可以显示的光点数如每英寸线光点直径光点直径在屏幕上形成光点的大小，与分辨率成反比，在屏幕上形成光点的大小，与分辨率成反比，如如.英寸英寸重复性重复性从不同的初始位量转向同一位量时，光点的偏离值从不同的初始位量转向同一位量时，光点的偏离值线形度线形度要求施加在偏转板上的电压与光点在屏幕上