計算機圖形學(xué)與圖形處理技術(shù)-展示頁
2025-05-22 01:37本頁面
【正文】 析等功能，如：圖元生成、坐標(biāo)變換等； ?存儲功能 能存放（形體的）幾何數(shù)據(jù)、形體間的關(guān)系，并可對數(shù)據(jù)實時檢索、維護； ?輸入功能 可輸入形體的幾何參數(shù)及各種命令。 圖形系統(tǒng)的設(shè)計和研制是計算機科學(xué)和工程領(lǐng)域的重要內(nèi)容。隨著圖形系統(tǒng)的發(fā)展，提出了圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化的問題。 隨著計算機系統(tǒng)、圖形輸入 /輸出設(shè)備的發(fā)展，計算機圖形軟件也不斷更新和完善，目前發(fā)展了許多支持計算機圖形技術(shù)的軟件系統(tǒng)。這幾種輸入設(shè)備在虛擬現(xiàn)實場景的構(gòu)造和漫游中特別有用。跟蹤球和空間球都是根據(jù)球在不同方向受到的推或拉的壓力來實現(xiàn)定位和選擇。人們一般通過一些圖形軟件由鍵盤和鼠標(biāo)直接在屏幕上定位和輸入圖形，如人們常用的 CAD系統(tǒng)就是用鼠標(biāo)和鍵盤命令生產(chǎn)各種工程圖的。圖形處理器具有存儲和處理圖形的功能，而且能完成大部分圖形函數(shù)計算，這樣就大大減輕了 CPU的負擔(dān)，提高了系統(tǒng)顯示能力和顯示速度。 圖形系統(tǒng)硬件通常由圖形處理器，圖形輸出設(shè)備和輸入設(shè)備構(gòu)成。 高質(zhì)量的計算機圖形離不開高性能的計算機圖形硬件設(shè)備。 CAD是圖形學(xué)的主要應(yīng)用領(lǐng)域之 一。 ? 計算機圖形處理的基本概念 計算機圖形處理是指利用由概念或數(shù)學(xué)描述所表示物體的幾何數(shù)據(jù)或幾何模型，用計算機進行顯示并存儲，并可以進行修改、完善以及有關(guān)操作的過程。它側(cè)重于根據(jù)給定的物體描述模型、光照及攝像機來生成真實感圖形。從處理技術(shù)上來看，圖形主要分為兩類，一類是基于線條信息表示的，用于刻畫物體形狀的點、線、面、體等幾何要素。 如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法，構(gòu)成了計算機圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容。 ? 計算機圖形學(xué)概論 ? 計算機圖形學(xué)研究的主要內(nèi)容 圖形的應(yīng)用已經(jīng)有數(shù)千年的歷史。經(jīng)過 30多年的發(fā)展，計算機圖形學(xué)已成為計算機科學(xué)中，最為活躍的分支之一，并得到廣泛的應(yīng)用。第 7章計算機圖形學(xué)與圖形處理技術(shù) 計算機中的圖可分為兩種類型：即圖形與圖像。計算機圖形學(xué)（ Computer Graphics）是利用計算機研究圖形的表示、生成、處理、顯示的學(xué)科。本章將介紹計算機圖形學(xué)的研究內(nèi)容、發(fā)展歷史、應(yīng)用領(lǐng)域和真實感圖形的實現(xiàn)技術(shù)，使讀者對圖形學(xué)的基本內(nèi)容有基本的了解。早在兩千多年前，就出現(xiàn)了歐幾里德幾何，后來又出現(xiàn)立體幾何、解析幾何和樣條幾何，廣泛用于數(shù)學(xué)和建筑學(xué)，對科學(xué)和教育事業(yè)起了很大作用。圖形通常由點、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等，另一類是反映物體表面屬性或材質(zhì)的灰度顏色等非幾何要素。 計算機圖形學(xué)的研究內(nèi)容非常廣泛，如圖形硬件、圖形標(biāo)準(zhǔn)、圖形交互技術(shù)、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，以及科學(xué)計算可視化、計算機動畫、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實等。圖形處理包括的主要內(nèi)容有 : ?幾何變換，如平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、透視和投影等 ?曲線和曲面擬合 ?建?；蛟煨? ?隱線隱面消除 ?陰暗處理 ?紋理產(chǎn)生 ?著色 圖形處理技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域在計算機輔助設(shè)計和制造、 計算機教育、計算機藝術(shù)、計算機模擬、計算機可視化、 計算機動畫和虛擬現(xiàn)實。 ? 計算機圖形系統(tǒng)的組成與功能 ?計算機圖形系統(tǒng)的組成 計算機圖形系統(tǒng)應(yīng)由硬件設(shè)備和相應(yīng)的圖形軟件系統(tǒng)兩部分組成。例如，國際上廣泛使用的 Sun SPARC系列工作站、HP系列工作站，便是性能優(yōu)異的專用圖形系統(tǒng)。圖形處理器是圖形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要部件，是連接計算機和顯示終端的紐帶。 最常用的圖形輸入設(shè)備就是基本的計算機輸入設(shè)備鍵盤和鼠標(biāo)。此外還有跟蹤球、空間球、數(shù)據(jù)手套、光筆、觸摸屏等輸入設(shè)備。數(shù)據(jù)手套則是通過傳感器和天線來獲得和發(fā)送手指的位置和方向的信息。光筆是一種檢測光的裝置，它直接在屏幕上操作，拾取位置。如各種子程序包、圖形函數(shù)庫、甚至是專用的圖形系統(tǒng)。為實現(xiàn)程序的可移植性，開發(fā)出了面向設(shè)備的驅(qū)動程序包或面向用戶的圖形生成及管理程序包。作為一個圖形系統(tǒng)，至少應(yīng)具有計算、存儲、輸入、輸出、對話等五個方面的基本功能。 ?輸出功能 可顯示過程中當(dāng)前狀態(tài)，修改后的結(jié)果，并可硬拷貝及輸出。用戶通過顯示器觀察設(shè)計結(jié)果和圖形，用選擇拾取設(shè)備，對不滿意部分作出修改。 以上五種功能是一個圖形系統(tǒng)所具備的最基本功能，至于每種功能中有哪些能力，則因不同系統(tǒng)而異。從 20世紀(jì) 50年代初到 60年代中期，麻省理工學(xué)院（ MIT） 積極從事現(xiàn)代計算機輔助設(shè)計／制造技術(shù)的開拓性研究。它證明了交互式計算機圖形學(xué)是一個可行的、有用的研究領(lǐng)域，從而確立了計算機圖形學(xué)作為一個嶄新的學(xué)科分支的獨立地位。此方法受到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大重視。他們被稱為計算機輔助幾何設(shè)計的奠基人。它預(yù)示著交互式計算機圖形學(xué)的誕生。 DAC1, 世界上首個用于汽車發(fā)動機設(shè)計的 CAD系統(tǒng)， 1959年由 IBM開發(fā) 世界上第一臺光筆交互式圖形顯示器 IBM2250 20世紀(jì) 70年代，計算機圖形學(xué)另外兩個重
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