計算機,科學(xué),導(dǎo)論第9章圖形學(xué)和可視化課件

第9章圖形學(xué)和可視化本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

◆掌握圖形學(xué)基本概念◆了解圖形系統(tǒng)◆掌握計算機視覺和可視化◆了解圖形用戶界面的程序設(shè)計◆了解人機交互◆了解虛擬現(xiàn)實9.1圖形學(xué)基本概念

9.1.1計算機圖形信息的處理

計算機圖形學(xué)(ComputerGraphics)：是研究怎樣用計算機構(gòu)造(生成)圖形，并把圖形的描述數(shù)據(jù)(數(shù)學(xué)模型)通過指定的算法轉(zhuǎn)換(處理)成圖形顯示的一門學(xué)科。圖像處理(ImageProcessing)：是將客觀世界中原來存在的物體影像處理成新的數(shù)字化圖像的相關(guān)技術(shù)。模式識別：是當(dāng)圖像信息輸入計算機后，先對它進行預(yù)處理和特征抽取等處理；然后對圖像進行分析和識別，找出其中蘊涵的內(nèi)在聯(lián)系或抽象模型；最后由計算機按照要求得到該圖像的分類與描述。9.1.2計算機圖形學(xué)的起源

從20世紀50年代初到60年代中計算機輔助設(shè)計/制造技術(shù)的開拓性研究。20世紀60年代中期開始，麻省理工學(xué)院、通用汽車公司、洛克西德飛機制造公司、貝爾電話實驗室等都展開了計算機圖形顯示的工作。20世紀70年代后，相繼出臺了許多圖形標(biāo)準，圖形軟件的開發(fā)也更加方便，計算機圖形學(xué)發(fā)展趨于成熟。9.1.3計算機圖形學(xué)主要研究的內(nèi)容

計算機圖形學(xué)的主要研究對象是點、線、面、體、場的數(shù)學(xué)構(gòu)造方法與其圖形顯示，以及它們隨時間變化的情況。(1)描述復(fù)雜物體圖形的方法與數(shù)學(xué)工具。(2)物體圖形描述數(shù)據(jù)的輸入。(3)幾何圖形數(shù)據(jù)的存儲。(4)物體圖形數(shù)據(jù)的運算處理(5)物體圖形數(shù)據(jù)的輸出顯示。(6)實時動畫和多媒體技術(shù)。(7)制定與圖形應(yīng)用軟件有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準。

9.1.4計算機圖形學(xué)的應(yīng)用1．計算機輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM)2．用戶可視化接口3．地理信息系統(tǒng)與制圖4．過程控制和指揮系統(tǒng)5．計算機動畫和藝術(shù)9.1.6常見的圖形圖像格式1．BMP格式2．GIF格式：

圖形交換格式(GraphicsInterchangeFormat：GIF)3．JPEG格式：JointPhotographicExpertsGroup4．TIFF格式：TagImage5．PNG格式：可移植性網(wǎng)絡(luò)圖像(PortableNetworkGraphics：PNG)5．PCX格式6．PSD格式7．CDR格式9.3計算機視覺和可視化

9.3.1人的視覺視覺是一個復(fù)雜的感知和思維過程，視覺器官(眼睛)接受外界的刺激信息，而大腦對這些信息通過復(fù)雜的機理進行處理和解釋，使這些刺激具有明確的物理意義。9.3.2計算機視覺計算機視覺(ComputationalVision)就是用各種成像系統(tǒng)代替視覺器官作為輸入敏感手段，由計算機來代替大腦完成處理和解釋。計算機視覺的最終研究目標(biāo)就是使計算機能象人那樣通過視覺觀察和理解世界，具有自主適應(yīng)環(huán)境的能力，這是要經(jīng)過長期努力才能達到的目標(biāo)。9.5人機交互

9.5.1人機交互技術(shù)基礎(chǔ)

人機交互技術(shù)(HumanComputerInteraction

Techniques)是指通過計算機輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實現(xiàn)人與計算機對話的技術(shù)。9.5.4人機界面的設(shè)計1．人機界面應(yīng)具備的特性

(1)功能性界面(2)情感性界面(3)環(huán)境性界面9.5.5數(shù)據(jù)交互數(shù)據(jù)交互：是人通過輸入數(shù)據(jù)的方式與計算機進行交流的一種方式，它是人機交互的重要內(nèi)容和形式。

1．?dāng)?shù)據(jù)交互的方式(1)問答式對話數(shù)據(jù)輸入交互(2)菜單選擇數(shù)據(jù)輸入交互(3)填表數(shù)據(jù)輸入交互(4)直接操縱數(shù)據(jù)輸入交互(5)關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)輸入交互(6)條形碼數(shù)據(jù)輸入(7)光學(xué)字符識別(8)聲音數(shù)據(jù)輸入交互(9)圖像數(shù)據(jù)輸入9.5.7圖像交互圖像交互：簡單說，就是計算機根據(jù)人的行為，去理解圖像，然后作出反應(yīng)。目前人們研究的機器視覺系統(tǒng)可以分為三個層次：圖像處理(最低級層次)圖像識別(較高級層次)圖像感知(最高層次)9.5.8行為交互通過身體的姿態(tài)和動作來表達意思，這就是所謂的人體行為交互。9.6虛擬現(xiàn)實

9.6.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)基本概念

虛擬現(xiàn)實(VortureReality：VR)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VirtualRealityTechnology：VRT)的出現(xiàn)實際是計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、傳感器技術(shù)以及人工智能技術(shù)等交叉與綜合的結(jié)果。

1．沉浸性（虛擬現(xiàn)實技術(shù)的浸沒感或臨場參與感）2．交互性（開放、互動的環(huán)境）3．想象性（以視覺形式反映了設(shè)計者的思想）9.6.3虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成

虛擬現(xiàn)實一般有三個要素組成：軟件播放平臺、專業(yè)計算機(SGI)、成像設(shè)備。9.6.5VRML虛擬現(xiàn)實建模語言1．VRML語言概述虛擬實境描述模型語言(VirtualRealityModelingLanguage：VRML)是描述虛擬環(huán)境中場景的一種標(biāo)準，利用它可以在Internet建立交互式的三維多媒體的境界。VRML的基本特征包括分布式、交互式、平臺無關(guān)、三維、多媒體集成、逼真自然等。VRML是一種建模語言，其基本目標(biāo)是建立Internet上的交互式三維多媒體。9.7本章小結(jié)

本章闡述了計算機圖形信息系統(tǒng)的基本內(nèi)容，主要從計算機圖形學(xué)、圖形系統(tǒng)、可視化、人機交互、虛擬現(xiàn)實等方面來介紹。圖形學(xué)和可視化的研究范圍很廣，所涉及的學(xué)科很多，有些課題是