第一章 3D圖形學綜述課件

計算機圖形學

綜述主講：汪日偉Email：craftcu01第一章3D圖形學綜述參考教材：OpenGL編程權威指南(第六版)201第一章3D圖形學綜述考核平時10%實驗(5*4%+20%)5次實驗，每次4%期末大作業(yè)20%期末理論考核50%01第一章3D圖形學綜述相關資料下載汪日偉/課件及模板/圖形學

實驗報告及代碼提交位置/答疑問題汪日偉/作業(yè)及實驗報告/2008-2009第二學期圖形學提交形式：學號姓名提交內容：實驗報告+工程代碼01第一章3D圖形學綜述綜述研究內容圖形硬件圖形標準圖形交互技術光柵圖形生成算法、曲線曲面造型、實體造型、真實感圖形計算與顯示算法科學計算可視化計算機動畫自然景物仿真虛擬現(xiàn)實01第一章3D圖形學綜述數(shù)字圖像數(shù)據(jù)模型圖像生成（計算機圖形學）模型（特征）提?。ㄓ嬎銠C視覺，模式識別）模型變換（計算幾何）圖像變換（圖像處理）.發(fā)展特點:交叉、界線模糊、相互滲透與相關學科的關系01第一章3D圖形學綜述

圖形顯示設備的發(fā)展：畫線顯示器（矢量顯示器/隨機掃描顯示器）存儲管式顯示器刷新式光柵掃描顯示器硬件發(fā)展01第一章3D圖形學綜述圖形輸入設備的發(fā)展第一階段：控制開關、穿孔紙等等第二階段：鍵盤第三階段：二維定位設備，如鼠標、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，語音第四階段：三維輸入設備（如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣），用戶的手勢、表情等等第五階段：用戶的思維01第一章3D圖形學綜述01第一章3D圖形學綜述01第一章3D圖形學綜述01第一章3D圖形學綜述01第一章3D圖形學綜述DigitalMichelangeloProject，MarcLevoy,etal.,200001第一章3D圖形學綜述

圖形軟件發(fā)展及軟件標準形成通用的、與設備無關的圖形包，圖形標準GKS(GraphicsKernelSystem)(第一個官方標準，1977)PHIGS(Programmer’sHerarchicalIuteractiveGraphicssystem)一些非官方圖形軟件，廣泛應用于工業(yè)界，成為事實上的標準，現(xiàn)在不被使用。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01第一章3D圖形學綜述OpenInventor1994SGI開放源碼協(xié)議OpenGLPerformer1991SGI商業(yè)協(xié)議CrystalSpace1997三維渲染引擎Java3D1998Unreal1998OpenSGOGREIrrlichtVegaPrimeOpenSceneGraph01第一章3D圖形學綜述CAD/CAM-CAD/CAM是計算機圖形學在工業(yè)界最廣泛、最活躍的應用領域飛機、汽車、船舶的設計，校核，安裝與調試發(fā)電廠、化工廠等的布局土木工程、建筑物的設計電子線路、電子器件的設計典型應用01第一章3D圖形學綜述奧迪效果圖和線框圖CAD/CAM01第一章3D圖形學綜述CAD/CAM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，恢復形體的點、線、面及其拓撲關系，從而實現(xiàn)形體的重建。優(yōu)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(xù)操作，代表CAD技術的發(fā)展方向。01第一章3D圖形學綜述CAD/CAM01第一章3D圖形學綜述CAD/CAM01第一章3D圖形學綜述工程圖及其三維重建結果1CAD/CAM01第一章3D圖形學綜述工程圖及其三維重建結果2CAD/CAM01第一章3D圖形學綜述可視化科學計算可視化(ScientificVisualization)海量的數(shù)據(jù)使得人們對數(shù)據(jù)的分析和處理變得越來越難，用圖形來表示數(shù)據(jù)的迫切性與日俱增1986年，美國科學基金會（NSF）專門召開了一次研討會，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(yī)學、流體力學、有限元分析和氣象分析等01第一章3D圖形學綜述可視化01第一章3D圖形學綜述可視化MIT:Image-GuidedSurgeryProject01第一章3D圖形學綜述可視化在醫(yī)學領域，可視化有著廣闊的發(fā)展前途是機械手術和遠程手術的基礎將醫(yī)用CT掃描的數(shù)據(jù)轉化為三維圖象，幫助醫(yī)生判別病人體內的患處由CT數(shù)據(jù)產(chǎn)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研究實時的三維體繪制體內組織的識別分割——Segmentation01第一章3D圖形學綜述可視化AirflowaroundaHarrierJet(NASAAmes)01第一章3D圖形學綜述由清華大學自然景物平臺生成的野外場景實時繪制與自然景物仿真01第一章3D圖形學綜述日本YoshinoriDobashi等人繪制的真實感云實時繪制與自然景物仿真01第一章3D圖形學綜述Xfrog3.0生成的挪威云杉實時繪制與自然景物仿真01第一章3D圖形學綜述地理信息系統(tǒng)（GIS）建立在地理圖形之上的關于各種資源的綜合信息管理系統(tǒng)。數(shù)字地球，地形數(shù)據(jù)作為載體。軍事，政府決策，旅游，資源調查。01第一章3D圖形學綜述GoogleEarth世界第一高樓--阿聯(lián)酋迪拜塔01第一章3D圖形學綜述娛樂●電腦游戲實時性逼真性蘊含了先進的圖形處理技術●電視廣告，節(jié)目片頭，科教演示（CAI）●

QuakeIII，“古墓麗影”，“侏羅紀公園”、“皇帝的新衣”、完美風暴………●MAYA,3D-MAX,SOFTIMAGE…01第一章3D圖形學綜述PS2sXboxesPDA/Cel01第一章3D圖形學綜述01第一章3D圖形學綜述Pixar:Monster’sInc.Square:FinalFantasy01第一章3D圖形學綜述FinalFantasy(Square,USA)01第一章3D圖形學綜述ABug’sLife(Pixar)01第一章3D圖形學綜述avata01第一章3D圖形學綜述VirtualReality01第一章3D圖形學綜述與計算機網(wǎng)絡技術的緊密結合遠程醫(yī)療與診斷遠程導航與維修遠程教育網(wǎng)游01第一章3D圖形學綜述基于特征的圖象變形（貓變虎）計算機動畫01第一章3D圖形學綜述

我國第一部利用計算機輔助攝制的動畫片是《咪咪釣魚》，1991年由北方工業(yè)大學和北京電視臺合作制作，以二維動畫為主。用386微機和C語言編程，利用數(shù)字化儀和攝象機產(chǎn)生關鍵幀，再由計算機在相鄰兩幅關鍵幀之間內插生成中間幀，并自動跟蹤上色。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個月時間。計算機動畫

01第一章3D圖形學綜述計算機藝術

用計算機軟件從事藝術創(chuàng)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）、以及一些專門生成動畫的軟件（如Alias，Softimage）01第一章3D圖形學綜述計算機藝術優(yōu)點：提供多種風格的畫筆畫刷提供多種多樣的紋理貼圖，甚至能對圖象進行霧化，變形等操作可以任意修改，取消敗筆不足：無法達到傳統(tǒng)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01第一章3D圖形學綜述01第一章3D圖形學綜述計算機藝術非真實感繪制（NPR，Non-PhotorealisticRendering）用于模擬藝術效果，研究方法有別于真實感圖形學鋼筆素描的生成

產(chǎn)生于中世紀，從19世紀開始成為一門藝術20世紀90年代開始研究用計算機模擬中國國畫與書法的生成01第一章3D圖形學綜述GeorgesWinkenb1ach繪制的壺和碗(Siggraph’96)01第一章3D圖形學綜述Salisbury繪制的茶壺(Siggraph’97)01第一章3D圖形學綜述Salisbury繪制的熊(Siggraph’97)01第一章3D圖形學綜述OliverDeussen繪制的素描樹(Siggraph’2000)01第一章3D圖形學綜述較為活躍的研究方向真實感圖形實時繪制物體網(wǎng)格模型的面片簡化：對網(wǎng)格面片表示的模型，在一定誤差的精度范圍內，刪除點、邊、面，從而簡化所繪制場景的復雜度，加快圖形繪制速度基于圖象的繪制(IBR，ImageBasedRendering)：完全摒棄傳統(tǒng)的先建模，然后確定光源的繪制的方法。它直接從一系列已知的圖象中生成未知視角的圖象，適用于野外極其復雜場景的生成和漫游01第一章3D圖形學綜述較為活躍的研究方向野外自然景物的模擬野外場景遠遠復雜于室內場景，繪制難度更大，方法更趨多樣化主要繪制山、水、云、樹、草、火等等繪制火的粒子系統(tǒng)（ParticleSystem），基于生理模型的繪制植物的方法，繪制云的細胞自動機方法等01第一章3D圖形學綜述較為活躍的研究方向造型技術方面幾何造型技術實體造型技術基于物理的造型技術真實感圖形生成算法研究裁剪、消隱、光照明模型等基于圖象的繪制技術01第一章3D圖形學綜述較為活躍的研究方向人-機交互技術方面WIMP：windows-icons-menu-poin