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1、1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主講： 段鴻廈門大學(xué)軟件學(xué)院E-mail: Office:辦公樓403 Phone:教：董云成E-mail:Phone:135-9951-77922教學(xué)要求n了解圖形系統(tǒng)的框架及其涉及的軟件、硬件技術(shù)； n了解圖形學(xué)的基本問(wèn)題，掌握?qǐng)D形學(xué)的基本概念、方法與算法； n對(duì)與圖形相關(guān)的應(yīng)用及當(dāng)前的研究熱點(diǎn)有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)； n具有一定實(shí)踐體會(huì)和相關(guān)的編程能力。 3教材或參考書及網(wǎng)絡(luò)資源：n教材n孫家廣：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版社。n主要參考書：nDonald Hearn, M. Pauline Baker ,“Computer Graphics

2、 with OpenGL”,3rd Edition,Prentice Hall , 2005. nComputer Graphics: Principles and Practice, Second Edition in C . CG Bible.nOpenGL Reference Manual, fourth edition. Editor:D. Shreiner, Addison Wesley, 2004nSiggraphn中國(guó)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究會(huì)4課程成績(jī)構(gòu)成：n6-7次實(shí)驗(yàn):30-35%n期末(課程答辯 或 考試)：40-45%n作業(yè)：15%n出勤：10%5第一章 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)綜述1.1

3、 研究?jī)?nèi)容和相關(guān)學(xué)科1.2 發(fā)展歷史1.3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用及研究前沿61.1 研究?jī)?nèi)容和相關(guān)學(xué)科1.1.1 圖形學(xué)所研究的內(nèi)容:I.何謂圖形學(xué)，圖形II.圖形種類和構(gòu)成要素III.圖形的兩種表示法IV.圖形學(xué)所研究的內(nèi)容V.圖形學(xué)學(xué)習(xí)方法7I.何謂圖形學(xué)(CG)，圖形 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究怎樣用數(shù)字計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形圖形的一門學(xué)科。n圖形圖形的定義的定義(從從 簡(jiǎn)單三角形簡(jiǎn)單三角形 到到 恐龍恐龍)：n能在人的視覺系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺印象的客觀對(duì)象（廣義圖形廣義圖形）n包括自然景物、拍攝到的圖片、用數(shù)學(xué)方法描述的圖形等等（廣義圖形廣義圖形）8n廣義圖形主要分為兩類廣義圖形主要分為兩類：n基

4、于線條信息表示的，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等n明暗圖(Shading)，也就是通常所說(shuō)的真實(shí)感圖形。n構(gòu)成廣義圖形的要素構(gòu)成廣義圖形的要素n幾何要素：刻畫形狀的點(diǎn)、線、面、體等幾何要素n非幾何要素：反映物體表面屬性或材質(zhì)的灰度顏色等非幾何要素。II.廣義圖形的種類和構(gòu)成要素9III. 圖形的兩種表示法n點(diǎn)陣法。枚舉出圖形中所有的點(diǎn)來(lái)表示圖形，強(qiáng)調(diào)圖形由點(diǎn)構(gòu)成，及其點(diǎn)的屬性（顏色）：像素圖(bitmaps)或圖象(image)。n參數(shù)法：由圖形的形狀參數(shù)形狀參數(shù)和屬性參屬性參數(shù)數(shù)來(lái)表示圖形，簡(jiǎn)稱圖形(graphics)n形狀參數(shù)：方程或分析表達(dá)式的系數(shù)，線段的端點(diǎn)坐標(biāo)等。n屬性參數(shù)：顏

5、色、線型等。10圖形圖形( (graphicsgraphics) )與圖象與圖象( (ImageImage) )n兩個(gè)概念間的區(qū)別越來(lái)越模糊(法國(guó)不分)n區(qū)別：n圖象( (ImageImage) )純指計(jì)算機(jī)內(nèi)以位圖(Bitmap)形式存在的灰度信息n圖形( (graphicsgraphics) )含有幾何屬性，或者說(shuō)更強(qiáng)調(diào)場(chǎng)景的幾何表示，是由場(chǎng)景的幾何模型和景物的物理屬性共同組成的 III. 圖形的兩種表示法11Graphics與與Image的對(duì)比的對(duì)比1. 數(shù)據(jù)量很少數(shù)據(jù)量很大2. 有結(jié)構(gòu)，便于編輯修改無(wú)結(jié)構(gòu)，不便于編輯修改3. 能準(zhǔn)確表示 3D 景物， 易于生成所需的不同視圖3D 景物的

6、信息巳部分丟失，很難生成不同的視圖4. 生成視圖需要復(fù)雜的計(jì)算生成視圖不需要復(fù)雜的計(jì)算5. 自然景物的表示很困難自然景物的表示不困難6. 國(guó) 際 標(biāo) 準(zhǔn) ： GKS,PHIGS,OpenGL,WMF,VRML; CGM,STEP,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)： JBIG,JPEG,IPI/IIF;TIFF7. 編輯軟件(繪圖軟件): AutoCAD,CorelDRAW編輯軟件(圖象處理軟件)： Photoshop,PhotostylergraphicsimageIII. 圖形的兩種表示法12nmodeling + Rendering via I/Onmodeling : 構(gòu)造實(shí)體（構(gòu)造實(shí)體（2D, 3D）；）；n

7、rendering: 使物體看起來(lái)更象；使物體看起來(lái)更象；n各種輸入輸出（圖形）設(shè)備各種輸入輸出（圖形）設(shè)備IV.圖形學(xué)研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)13IV.圖形學(xué)研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)14IV.圖形學(xué)研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)以快速和有效的方式定義物體（三角形）- 幾何表示幾何表示-圖形變換圖形變換。- 掃描轉(zhuǎn)換掃描轉(zhuǎn)換-反走樣反走樣從物空間到像空間的映射（通過(guò)變換矩陣實(shí)現(xiàn)）將連續(xù)圖形（如一條線段）轉(zhuǎn)化成一組離散的像素點(diǎn)。 連續(xù)空間到離散空間的轉(zhuǎn)換所引起的失真叫走樣。用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的方法解決走樣問(wèn)題物坐標(biāo)系世界坐標(biāo)系設(shè)備坐標(biāo)系15IV.圖形學(xué)研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)投影隱藏面消除（消隱）：只畫出可見面，不可見的面不畫，是否可見的判斷過(guò)

8、程。投影投影 面消隱面消隱三維形體：16IV.圖形學(xué)研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)真實(shí)感圖形學(xué)真實(shí)感圖形學(xué)n局部光照模型局部光照模型n全局光照模型全局光照模型n表面紋理表面紋理n陰影生成陰影生成17n主要目標(biāo)主要目標(biāo)： 更逼真的表達(dá)、更快捷的方法、更逼真的表達(dá)、更快捷的方法、 更方便的更方便的交互交互IV.圖形學(xué)研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)18V.CG的學(xué)習(xí)方法191.1.2 圖形學(xué)的相關(guān)學(xué)科I.CAGDII.Image Processing III.CV 和 Pattern RecognitionIV.幾個(gè)學(xué)科的關(guān)系幾個(gè)學(xué)科的關(guān)系1.1 研究?jī)?nèi)容和相關(guān)學(xué)科20I.CAGD（Computer Aided Geometric

9、 Design）n幾何形體在計(jì)算機(jī)中的表示，分析、研究怎樣靈活方便地建立幾何形體的數(shù)學(xué)模型，提高算法效率，在計(jì)算機(jī)內(nèi)更好地存儲(chǔ)和管理這些模型等。研究曲線、曲面的表示、生成、拼接、數(shù)據(jù)擬合。 21II.圖象處理 (Image Processing) n研究如何對(duì)一幅連續(xù)圖像取樣、量化以產(chǎn)生數(shù)字圖像，如何對(duì)數(shù)字圖像做各種變換以方便處理，n如何濾去圖像中的無(wú)用噪聲，如何壓縮圖像數(shù)據(jù)以便存儲(chǔ)和傳輸，圖像邊緣提取，特征增強(qiáng)和提取。 22III. 計(jì)算機(jī)視覺(computer vision) 和模式識(shí)別(Pattern Recognition)n圖形學(xué)的逆過(guò)程，分析和識(shí)別輸入的圖像并從中提取二維或三維的數(shù)

10、據(jù)模型（特征）。手寫體識(shí)別、機(jī)器視覺。 23數(shù)數(shù)字字圖圖像像數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)模模型型圖像生成（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)）圖像生成（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)）模型（特征）提取模型（特征）提?。ㄓ?jì)算機(jī)視覺，模式識(shí)別）（計(jì)算機(jī)視覺，模式識(shí)別）模型變換模型變換（計(jì)算幾何）（計(jì)算幾何）圖像變換圖像變換（圖像處理）（圖像處理）IV.與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系24發(fā)展特點(diǎn)發(fā)展特點(diǎn)n交叉、界線模糊、相互滲透交叉、界線模糊、相互滲透 n從國(guó)際會(huì)議從國(guó)際會(huì)議SIGGRAPH可知可知IV.與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系251.2 發(fā)展歷史1.2.1 歷史追溯1.2.2 硬件發(fā)展n圖形顯示器的發(fā)展n圖形輸入設(shè)備的發(fā)展1.2.3 圖形軟件及軟件標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展1.2.4 CG發(fā)展

11、現(xiàn)狀261.2.1 歷史追溯n50年代n1950年，第一臺(tái)圖形顯示器作為美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）旋風(fēng)I號(hào)（Whirlwind I）計(jì)算機(jī)的附件誕生了n1958年，美國(guó)Calcomp公司由聯(lián)機(jī)的數(shù)字記錄儀發(fā)展成滾筒式繪圖儀，GerBer公司把數(shù)控機(jī)床發(fā)展成為平板式繪圖儀n50年代末期，MIT的林肯實(shí)驗(yàn)室在“旋風(fēng)”計(jì)算機(jī)上開發(fā)SAGE空中防御體系27n60年代n1962年，MIT林肯實(shí)驗(yàn)室的I. E. Sutherland發(fā)表了一篇題為“Sketchpad：一個(gè)人機(jī)交互通信的圖形系統(tǒng)”的博士論文-確定了交互圖形學(xué)作為一確定了交互圖形學(xué)作為一個(gè)學(xué)科分支（提出基本交互技術(shù)、圖元分層個(gè)學(xué)科分支（提出基

12、本交互技術(shù)、圖元分層表示概念及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示概念及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。n1962年，雷諾汽車公司的工程師Pierre Bzier 提出Bzier曲線、曲面的理論n1964年MIT的教授Steven A. Coons提出了超限插值的新思想，通過(guò)插值四條任意的邊界曲線來(lái)構(gòu)造曲面。1.2.1 歷史追溯28n70年代n光柵圖形學(xué)迅速發(fā)展n區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應(yīng)算法紛紛誕生n圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化n1974年，ACM SIGGRAPH的與“與機(jī)器無(wú)關(guān)的圖形技術(shù)”的工作會(huì)議nACM成立圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，制定“核心圖形系統(tǒng)”（Core Graphics System）nISO發(fā)布CGI、CGM、GKS、

13、PHIGS1.2.1 歷史追溯29n真實(shí)感圖形學(xué)n1970年，Bouknight提出了第一個(gè)光反射模型n1971年Gourand提出“漫反射模型插值”的思想，被稱為Gourand明暗處理n1975年，Phong提出了著名的簡(jiǎn)單光照模型- Phong模型n實(shí)體造型技術(shù)n英國(guó)劍橋大學(xué)CAD小組的Build系統(tǒng)n美國(guó)羅徹斯特大學(xué)的PADL-1系統(tǒng)1.2.1 歷史追溯30n80年代n1980年Whitted提出了一個(gè)光透視模型-Whitted模型，并第一次給出光線跟蹤算法的范例，實(shí)現(xiàn)Whitted模型n1984年，美國(guó)Cornell大學(xué)和日本廣島大學(xué)的學(xué)者分別將熱輻射工程中的輻射度方法引入到計(jì)算機(jī)圖形

14、學(xué)中n圖形硬件和各個(gè)分支均在這個(gè)時(shí)期飛速發(fā)展1.2.1 歷史追溯31n90年代：微機(jī)和軟件系統(tǒng)的普及使得圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。n標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化n多媒體技術(shù)、人工智能、科學(xué)計(jì)算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)n三維造型技術(shù)1.2.1 歷史追溯32nACM SIGGRAPH會(huì)議小知識(shí)n全稱 “the Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques”n60年代中期，由Brown 大學(xué)的教授Andries van Dam (Andy) 和IBM公司的Sam Matsa發(fā)起n1974年，在Colorado大學(xué)召開了

15、第一屆SIGGRAPH 年會(huì)，并取得了巨大的成功n每年只錄取大約50篇論文1.2.1 歷史追溯331.2.2 硬件發(fā)展 圖形顯示器的發(fā)展圖形顯示器是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中關(guān)鍵的設(shè)備n 60年代中期：畫線顯示器（亦稱矢量顯示器）較高分辨率和對(duì)比度，良好的動(dòng)態(tài)性能。閃爍，需要刷新，緩沖存儲(chǔ)器，需要高速處理器。設(shè)備昂貴，限制普及n 60年代后期：存儲(chǔ)管式顯示器 不需刷新和緩存，價(jià)格較低，缺點(diǎn)是不具有動(dòng)態(tài)修改圖形功能，不適合交互式。34n70年代初，刷新式光柵掃描顯示器出現(xiàn)，大大地推動(dòng)了交互式圖形技術(shù)的發(fā)展。n以點(diǎn)陣形式表示圖形，使用專用的緩沖區(qū)存放點(diǎn)陣，由視頻控制器負(fù)責(zé)刷新掃描。n70年代中期：廉價(jià)的固體電

16、路 隨機(jī)存儲(chǔ)器出現(xiàn)。1.2.2 硬件發(fā)展 圖形顯示器的發(fā)展351.2.2 硬件發(fā)展 圖形輸入設(shè)備的發(fā)展n第一階段：控制開關(guān)、穿孔紙等等n第二階段：鍵盤n第三階段：二維定位設(shè)備，如鼠標(biāo)、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，語(yǔ)音n第四階段：三維輸入設(shè)備（如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣），用戶的手勢(shì)、表情等等n第五階段：用戶的思維3637動(dòng)態(tài)化人物面部表情捕捉動(dòng)態(tài)化人物面部表情捕捉http:/ 1.2.3 圖形軟件及軟件標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展 三種類型的計(jì)算機(jī)圖形軟件系統(tǒng)：n (1)用某種語(yǔ)言寫成的子程序包,如: GKS, PHIGS , PHIGS+ , GL, OpenGLn (2）擴(kuò)充計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，使其具有圖形生成和

17、處理的功能如：Turbo Pascal、Turbo C，AutoLisp等。 簡(jiǎn)練、緊湊、執(zhí)行速度快，但可移植性差n（3）專用圖形系統(tǒng)： 效率高，但系統(tǒng)開發(fā)量大，可移植性差。39通用的、與設(shè)備無(wú)關(guān)的圖形包，圖形標(biāo)準(zhǔn)通用的、與設(shè)備無(wú)關(guān)的圖形包，圖形標(biāo)準(zhǔn)DirectX (MS)Xlib(X-Window系統(tǒng))OpenGL(SGI)Adobe公司Postscript開放式、高效率的發(fā)展趨勢(shì)401.2.4 圖形學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀n基本內(nèi)容已成熟，尤其是二維光柵圖形學(xué)；基本內(nèi)容已成熟，尤其是二維光柵圖形學(xué)；3D圖形算法已較成熟，硬件上更新加快；但圖形算法已較成熟，硬件上更新加快；但無(wú)突破，更逼真更快（依賴于硬

18、件），但難以無(wú)突破，更逼真更快（依賴于硬件），但難以做到完全真實(shí)。做到完全真實(shí)。41nModeling：NURBS，近二十年來(lái)無(wú)突破，新，近二十年來(lái)無(wú)突破，新的算法層出不窮，的算法層出不窮，subdivision思想不新，但思想不新，但有新內(nèi)容，較熱鬧。有新內(nèi)容，較熱鬧。nRendering: 真實(shí)感；非真實(shí)感（表意，插圖，真實(shí)感；非真實(shí)感（表意，插圖，Cartoon, 碳筆畫）碳筆畫）nI/O: 立體眼睛；數(shù)據(jù)手套；數(shù)據(jù)衣；可穿戴立體眼睛；數(shù)據(jù)手套；數(shù)據(jù)衣；可穿戴PC，3D Mouse, 無(wú)突破。無(wú)突破。3D顯示器？顯示器？ 1.2.4 圖形學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀42我國(guó)現(xiàn)狀我國(guó)現(xiàn)狀n發(fā)展迅速，圖形算

19、法水平高，硬件采用國(guó)外發(fā)展迅速，圖形算法水平高，硬件采用國(guó)外最新元器件。最新元器件。n應(yīng)用有差距，商品化軟件產(chǎn)品國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力低。應(yīng)用有差距，商品化軟件產(chǎn)品國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力低。n應(yīng)用不錯(cuò)，底層平臺(tái)較差應(yīng)用不錯(cuò)，底層平臺(tái)較差n人才缺乏人才缺乏(不是缺動(dòng)畫制作，美工不是缺動(dòng)畫制作，美工)。 1.2.4 圖形學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀431.3計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用及研究前沿1.3.1 CG應(yīng)用n圖形用戶界面n介于人與計(jì)算機(jī)之間，人與機(jī)器的通信，人機(jī)界面（HCI）：軟件硬件n發(fā)展：由指示燈和機(jī)械開關(guān)組成的操縱界面由終端和鍵盤組成的字符界面（80年代）由多種輸入設(shè)備和光柵圖形顯示設(shè)備構(gòu)成的圖形用戶界面（GUI），（90年代）PC

20、，工作站，WIMP(W-windows、I-icons、M-menu、P-pointing devices)界面，所見即所得VR技術(shù)（發(fā)展方向）44n由計(jì)算機(jī)發(fā)展決定：由計(jì)算機(jī)發(fā)展決定：科學(xué)計(jì)算型科學(xué)計(jì)算型無(wú)處不在的計(jì)算機(jī)，人機(jī)溶合，無(wú)處不在的計(jì)算機(jī)，人機(jī)溶合，提高交互效率。提高交互效率。n理想狀態(tài)：自然和諧的人機(jī)交互；沒有界面的理想狀態(tài)：自然和諧的人機(jī)交互；沒有界面的用戶界面用戶界面45II.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）-CAD/CAM是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在工業(yè)界最廣泛、最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域n飛機(jī)、汽車、船舶的外形的設(shè)計(jì)n發(fā)電廠、化工廠等的布局n土木工程、建筑物的設(shè)計(jì)n電子線路、電子器件的設(shè)

21、計(jì)n設(shè)計(jì)結(jié)果直接送至后續(xù)工藝進(jìn)行加工處理，如波音777飛機(jī)的設(shè)計(jì)和加工過(guò)程4647奧迪汽車效果圖和線框圖奧迪汽車效果圖和線框圖48II.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）n基于工程圖紙的三維形體重建n定義：定義：從二維信息中提取三維信息，通過(guò)對(duì)這些信息進(jìn)行分類、綜合等一系列處理，在三維空間中重新構(gòu)造出二維信息所對(duì)應(yīng)的三維形體，恢復(fù)形體的點(diǎn)、線、面及其拓?fù)潢P(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)形體的重建n優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)：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(xù)操作，代表CAD技術(shù)的發(fā)展方向49工程圖及其三維重建結(jié)果50III. 可視化n科學(xué)計(jì)算可視化(Scientific Visualization)n必

22、要性：直接分析大量的測(cè)量數(shù)據(jù)或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有困難n應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)學(xué)圖象重建圖象重建，遙感，流場(chǎng)、氣象、核爆模擬，有限元分析。n目標(biāo)：用圖形表現(xiàn)抽象的數(shù)據(jù)n1986年，美國(guó)科學(xué)基金會(huì)（NSF）專門召開了一次研討會(huì)，會(huì)上提出了“科學(xué)計(jì)算可視化（Visualization in Scientific Computing）”5152n信息可視化：信息流量，商業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，股市行情。53n在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可視化有著廣闊的發(fā)展前途n是機(jī)械手術(shù)和遠(yuǎn)程手術(shù)的基礎(chǔ)n將醫(yī)用CT掃描的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維圖象，幫助醫(yī)生判別病人體內(nèi)的患處n由CT數(shù)據(jù)產(chǎn)生在人體內(nèi)漫游的圖象n可視化的前沿與難點(diǎn)n可視化硬件的研究n實(shí)時(shí)的三維體繪制n體內(nèi)組

23、織的識(shí)別分割Segmentation5455IV. 計(jì)算機(jī)藝術(shù)n計(jì)算機(jī)藝術(shù)n用計(jì)算機(jī)軟件從事藝術(shù)創(chuàng)作n二維平面的畫筆程序（如CorelDraw，Photoshop，PaintShop）n圖表繪制軟件（如Visio）n三維建模和渲染軟件包（如3DMAX，Maya）、以及一些專門生成動(dòng)畫的軟件（如Alias，Softimage）56n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n提供多種風(fēng)格的畫筆畫刷n提供多種多樣的紋理貼圖，甚至能對(duì)圖象進(jìn)行霧化，變形等操作n可以任意修改，取消敗筆n不足：不足：n無(wú)法達(dá)到傳統(tǒng)繪畫中風(fēng)格化的 藝術(shù)效果n很難得到有素描效果、油畫效果的藝術(shù)品5758V.計(jì)算機(jī)動(dòng)畫n計(jì)算機(jī)動(dòng)畫n計(jì)算機(jī)動(dòng)畫近十多年來(lái)取得

24、了很大的發(fā)展，已滲透到人們生活的各個(gè)角落n商業(yè)廣告、影視特技/片頭、動(dòng)畫片n教育、軍事、飛行模擬等n分類n二維動(dòng)畫n圖象變形n形狀混合59n三維動(dòng)畫n關(guān)鍵幀動(dòng)畫n變形物體的動(dòng)畫n過(guò)程動(dòng)畫n關(guān)節(jié)動(dòng)畫與人體動(dòng)畫60基于特征的圖象變形（貓變虎）61我國(guó)第一部利用計(jì)算機(jī)輔助攝制的動(dòng)畫片是咪咪釣魚，1991年由北方工業(yè)大學(xué)和北京電視臺(tái)合作制作，以二維動(dòng)畫為主。用386微機(jī)和C語(yǔ)言編程，利用數(shù)字化儀和攝象機(jī)產(chǎn)生關(guān)鍵幀，再由計(jì)算機(jī)在相鄰兩幅關(guān)鍵幀之間內(nèi)插生成中間幀，并自動(dòng)跟蹤上色。多層畫面疊加在一起，形成完整的畫面。10分鐘的片子，5人小組花了10個(gè)月時(shí)間。62VI. 真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真n計(jì)算

25、機(jī)中重現(xiàn)真實(shí)世界的場(chǎng)景叫做真實(shí)真實(shí)感繪制感繪制n真實(shí)感繪制真實(shí)感繪制的主要任務(wù)是模擬真實(shí)物體的物理屬性，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是物體的形狀，光學(xué)性質(zhì)，表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對(duì)位置，遮擋關(guān)系等等63VI. 真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真n光照模型n簡(jiǎn)單光照模型n局部光照模型n整體光照模型n繪制方法n光線跟蹤n輻射度n加速算法n包圍體樹、自適應(yīng)八叉樹等等64光照模型65VIII.地理信息系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)（GIS）n建立在地理圖形之上的關(guān)于各種資源的綜合信息管理系統(tǒng)n數(shù)字地球，地形數(shù)據(jù)作為載體，全球信息化.n軍事，政府決策，旅游，資源調(diào)查。 典型例子：google maps66IX. 娛樂(lè)電腦

26、游戲n實(shí)時(shí)性n逼真性n蘊(yùn)含了先進(jìn)的圖形處理技術(shù)電視廣告，節(jié)目片頭，科教演示（CAI） Quake III，“古墓麗影”，“侏羅紀(jì)公園”、“皇帝的新衣”、完美風(fēng)暴67IX. 娛樂(lè)動(dòng)態(tài)化人物面部表情捕捉動(dòng)態(tài)化人物面部表情捕捉http:/ Reality（虛擬現(xiàn)實(shí)、靈境）又稱虛擬環(huán)境（Virtual Environment)： 是指用立體眼鏡、傳感手套等一系列傳感輔助設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種三維現(xiàn)實(shí)，人們通過(guò)這些設(shè)施以自然的方式（如頭的轉(zhuǎn)動(dòng)、手的運(yùn)動(dòng)等）向計(jì)算機(jī)送入各種動(dòng)作信息，并且通過(guò)視覺、聽覺以及觸覺設(shè)施使人們得到三維的視覺、聽覺等感覺世界。隨著人們不同的動(dòng)作， 這些感覺也隨之改變。69701.3.2

27、圖形學(xué)近幾年的若干熱點(diǎn)圖形學(xué)近幾年的若干熱點(diǎn)nIBMR （Image-Based Modeling and Rendering基于圖象的建模和繪制基于圖象的建模和繪制 ） nInternet-based Graphicsn與多媒體有關(guān)，幾何壓縮，與多媒體有關(guān)，幾何壓縮， nHCI（Human-Computer Interaction）n手勢(shì)，表情識(shí)別，眼動(dòng)，手寫體識(shí)別；自然語(yǔ)手勢(shì)，表情識(shí)別，眼動(dòng)，手寫體識(shí)別；自然語(yǔ)言處理言處理71n真實(shí)感圖形繪制真實(shí)感圖形繪制n非真實(shí)感圖形繪制非真實(shí)感圖形繪制 n虛擬手術(shù)虛擬手術(shù) nVolume Graphicsn非歐氏幾何造型，分形幾何，非歐氏幾何造型，分形

28、幾何，72 紋理紋理73Bumptexture（凹凸貼圖凹凸貼圖 ）74日本Yoshinori Dobashi等人繪制的真實(shí)感云75計(jì)算機(jī)生成的挪威云杉76n非真實(shí)感繪制（NPR，Non-Photorealistic Rendering）n用于模擬藝術(shù)效果，研究方法有別于真實(shí)感圖形學(xué)n鋼筆素描的生成n鋼筆素描產(chǎn)生于中世紀(jì)，從19世紀(jì)開始成為一門藝術(shù)20世紀(jì)90年代開始研究用計(jì)算機(jī)模擬n中國(guó)國(guó)畫與書法的生成77非真實(shí)感圖形繪制78Georges Winkenb1ach繪制的壺和碗(Siggraph96)79Salisbury繪制的茶壺(Siggraph97)80Salisbury繪制的熊(Sig

29、graph97)81Oliver Deussen繪制的素描樹(Siggraph2000)828384小結(jié) 圖形的定義？ 舉例說(shuō)明圖形的表示方法？ 二維和三維圖形學(xué)的內(nèi)容各有哪些？ 舉4-5個(gè)圖形學(xué)應(yīng)用的例子？ 舉兩個(gè)CG當(dāng)前研究動(dòng)態(tài)的例子？ 請(qǐng)列舉幾個(gè)公認(rèn)的CG標(biāo)準(zhǔn)？85OpenGL的繪制流程-流水線結(jié)構(gòu)4286OpenGL的繪制流程-流水線結(jié)構(gòu)4387OpenGL的繪制流程-流水線結(jié)構(gòu)4488OpenGL的繪制流程-流水線結(jié)構(gòu)4589OpenGL的繪制流程-流水線結(jié)構(gòu)步驟：步驟： 根據(jù)基本圖形單元建立景物模型，并且對(duì)所建立的模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述根據(jù)基本圖形單元建立景物模型，并且對(duì)所建立的模型進(jìn)行

30、數(shù)學(xué)描述（OpenGL中把點(diǎn)，線，多邊形，圖像和位圖都作為基本圖形單元。）中把點(diǎn)，線，多邊形，圖像和位圖都作為基本圖形單元。） 把景物模型放在三維空間中的合適位置，并設(shè)置視點(diǎn)（把景物模型放在三維空間中的合適位置，并設(shè)置視點(diǎn)（viewpoint）以觀察）以觀察所感興趣的景觀。所感興趣的景觀。 計(jì)算模型中所有物體的顏色，顏色可以是由應(yīng)用程序明確指定的，也可以計(jì)算模型中所有物體的顏色，顏色可以是由應(yīng)用程序明確指定的，也可以是根據(jù)特定的光照條件所確定的，或者是通過(guò)把紋理貼到物體的表面所獲是根據(jù)特定的光照條件所確定的，或者是通過(guò)把紋理貼到物體的表面所獲得的，也可能是上述三種操作的混合產(chǎn)物。得的，也可能是上述三種操作的混合產(chǎn)物。 把景物模型的數(shù)學(xué)描述及