计算机图形学报告

前言

计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。

其从狭义上是来说是一种研究基于物理定律、经验方法以及认知原理，使用各种数学算法处理二维或三维图形数据，生成可视数据表现的科学。广义上来看，计算机图形学不仅包含了从三维图形建模、绘制到动画的过程，同时也包括了对二维矢量图形以及图像视频融合处理的研究。由于计算机图形学在许多领域的成功运用，特别是在迅猛发展的动漫产业中，带来了可观的经济效益。另一方面，由于这些领域应用的推动，也给计算机图形学的发展提供了新的发展机遇与挑战。

计算机图形学的发展趋势包括以下几个方面：

1、与图形硬件的发展紧密结合，突破实时高真实感、高分辨率渲染的技术难点；

2、研究和谐自然的三维模型建模方法；

3、利用日益增长的计算性能，实现具有高度物理真实的动态仿真；

4、 研究多种高精度数据获取与处理技术，增强图形技术的表现；

5、计算机图形学与图像视频处理技术的结合；

6、从追求绝对的真实感向追求与强调图形的表意性转变。

1、三维物体的表示

计算机图形学的核心技术之一就是三维造型三维物体种类繁多、千变万化，如树、花、云、石、水、砖、木板、橡胶、纸、大理石、钢、玻璃、塑料和布等等。因此，不存在描述具有上述各种不同物质所有特征的统一方法。为了用计算机生成景物的真实感图形，就需要研究能精确描述物体特征的表示方法。根据三维物体的特征，可将三维物体分为规则物体和非规则物体两类。

三维实体表示方法通常分为两大类：边界表示和空间分割表示， 尽管并非所有的表示都能完全属于这两类范畴中的某一类。边界表示（B-reps）用一组曲面来描述三维物体，这些曲面将物体分为内部和外部。边界表示的典型例子是多边形平面片和样条曲面。空间分割表示（Space-Partitioning）用来描述物体内部性质，将包含一物体的空间区域分割为一组小的、非重叠的、连续实体（通常是立方体）。三维物体的一般空间分割描述是八叉树表示。本章主要介绍三维物体的各种表示方法及其特点。

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计 算 机 图 形 学 总 结

首先，感谢老师一个学期以来的教导，您的授课真的让我受益匪浅。您不仅教会了我们很多新颖的知识，还让我们对一些事情有了新的正确认识。

其次，通过一个学期的学习，经过老师细心的讲解，我对图形学这门课有了基础的认识，从您的课上我学到了不少知识，基本上对图形学有了一个大体的认识。上课的时候，您的PPT做的栩栩如生，创意新颖的FLASH就吸引了我的眼球，再加上您那详细生动的讲解，就让我对这门课产生了浓厚的兴趣，随着一节一节课的教学，您的讲课更加深深地吸引了我，并且随着对这门课越来越深入的了解更促使我产生了学好这门的欲望。您教会了我们怎们做基本知识，还教了我们不少的算法。听您的课可以说是听得津津有味。以下就是我对计算机图形学这门课的认识。

计算机图形学Computer Graphics简称CG是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法！计算机图形学主要研究两个问题：一个是如何在计算机中构造一个客观世界---几何（模型）的描述，创建和处理，一‘几何’一词统一表述之，二是如何将计算机中的虚拟世界用最形象的方式静态或动态的展示出来，几何的视觉再现，一‘绘制’一词统一表述之。由此可以说:

                 计算机图形学=几何+绘制

本课程让我了解了和掌握必要的图形学概念、方法和工具。智能CAD计算机美术与设计计算机动画艺术科学计算可视化。

一、 图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处理技术上来看图形主要分为两类一类是基于线条信息表示的如工程图、等高线地图、曲面的线框图等另一类是明暗图也就是通常所说的真实感图形。 计算机图形学一个主要的目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。为此必须建立图形所描述的场景的几何表示再用某种光照模型计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。所以计算机图形学与另一门学科计算机辅助几何设计有着密切的关系。事实上图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。同时真实感图形计算的结果是以数字图像的方式提供的计算机图形学也就和图像处理有着密切的关系。

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计算机图形学：利用计算机生成、处理、显示图形的学科。

计算机图形标准：指图形系统及其相关应用程序中各界面之间进行数据传送通 信的接口标准。

图形消隐:计算机为了反映真实的图形，把隐藏的部分从图中消除。

单色（彩色）显示器：光栅图形显示器可以看作一个像素的矩阵，每个像素可以用一种（多种）颜色显示，称为单色（彩色）显示器。

扫描转换（光栅化）：确定一个像素集合及其颜色，用于显示一个图形的过程。

裁剪：确定一个图形哪些部分在窗口内必须显示；哪些部分在窗口之外，不该显示的过程。 图形输入设备：鼠标器、光笔、触摸屏、坐标数字化仪、图形扫描仪。

图形显示设备：阴极射线管、彩色阴极射线管、随机扫描的图形显示器、存储管式的图形显示器、光栅扫描式图形显示器、液晶显示器、等离子显示器。

图形绘制设备：喷墨打印机、激光打印机、静电绘图仪、笔式绘图仪。

图形处理器：简单图形处理器、单片图像处理器、个人计算机图形卡、图形并行处理器。 交互式计算机图形系统发展阶段：字符。矢量、二位光栅图形、三维图形。

图形学研究主要内容：①几何造型技术②图形生成技术③图形处理技术④图形信息的存储，检索与交换技术⑤人机交互技术⑥动画技术⑦图形输入输出技术⑧图形标准与图形软件包的研发。

计算机图形学的基本任务：如何利用计算机硬件来实现图形处理功能；如何利用好的图形软件；如何利用数学方法及算法解决实际应用中的图形处理。

计算机图形系统功能：计算、存储、对话、输入、输出。

常用的面向应用的用户接口形式：子程序库，专用语言，交互命令。

最基本的交互任务：定位，字串，选择，取数。

交互过程中任务分为：定位、选择任务、文本、定向、定路径、定量、三维交互任务、组合交互任务。

常用坐标系：建模坐标系、用户坐标系、观察坐标系、规格化设备坐标系、设备坐标系。 常用的PC图形显示子系统主要由3个部件组成：帧缓冲存储器、显示控制器、ROM BIOS。 基本的几何变换：平移、旋转、比例、错切、投影等。

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第1章：简答和名词解释

图形：是人类传达知识、表达感情的重要手段，它通常指能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象，包括自然景物、拍摄到的图片、用数学方法描述的图形等等。

计算机图形：是指能够通过计算机加以表示、存储、处理、显示并作用于人的视觉系统的客观对象。

构成图形的要素： 形状构成要素、属性控制要素

形状构成要素：是指利用欧氏几何或过程式方法所表示的有关图形对象的轮廓、形状等，如点、线、面、体或分形、粒子系统等

属性控制要素：指的是对图形对象的显示方式有控制作用的属性信息，如宽度、线型、填充模式、颜色、材质等

图形的表示方法：点阵表示法、参数表示法

点阵表示法：通过枚举出图形中所有的点来表示图形，它强调图形由哪些点构成，这些点具有什么样的颜色。通常称点阵法描述的图形为像素图或位图（bitmap）。

参数表示法由图形的形状参数和属性参数来表示图形。

形状参数：描述图形的方程或分析表达式的系数，线段或多边形的端点坐标等。

计算机中的图形按绘制方式分为： 线框图（wire frame）、真实感图形

线框图：利用点、线描绘图形外部框架的图形，如工程图、等高线地图、曲面的线框图；

真实感图形：在线框图的基础上利用填色、纹理贴图、光照处理等技术处理后具有与真实图形外观接近的图形。

计算机图形学的权威定义：研究利用计算机进行数据和图形之间相互转换的方法和技术。

图形软件研究的主体内容：图形生成、处理和显示的原理和算法。

（1）图形数据结构及点、线、圆、多边形等基本图元生成;

（2）基本图元的几何变换、投影变换、窗口裁减;

（3）曲线和曲面;

（4）三维对象的表示与三维造型;

（5）隐藏线及隐藏面的消除与真实感图形显示;

（6）计算机动画;

（7）数据场的可视化及虚拟现实;

（8）图形开发技术与综合应用;

（9）图形的实时显示及并行算法。

图形用户界面（graphical user interface,GUI）是人机交互的主要形式和接口，是人们使用计算机的第一观感。

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1、图形学简介

1.1、解释计算机图形学中图形与图像两个概念的区别。

答：图形是指由外部轮廓线条构成的矢量图。即由计算机绘制的直线、圆、矩形、曲线、图表等；而图像是由扫描仪、摄像机等输入设备捕捉实际的画面产生的数字图像，是由像素点阵构成的位图。（百度知道）

·从广义上说，凡是能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象都称为图形。它包括人年说观察到的自然界的景物，用照相机等设别所获得的图片，用绘图工具绘制的工程图，各种人工美术绘画和用数学方法描述的图形等。

·图形学中的图形一般是指由点、线、面、体等几何要素(geometric attribute)和明暗、灰度（亮度）、色彩等视觉要素(visual attribute)构成的，从现实世界中抽象出来的图或形。图形强调所表达对象的点、线、面、结构等几何要素。

·而图像则只是指一个二维的像素集合，至于这个集合所构成的图案的意义、几何元素等，计算机并不知晓。可以一条直线作比方来说明。

1.2、解释“计算机图形学” 研究的主要内容。

答：是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。（百度百科）

·Modeling         建模        构建三维模型的场景

·Rendering              绘制(渲染)

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计

算

学院：计算机与通信工程学院 班级：

学号：

姓名：

日期：

机 图 形 学 学 习 总 结

目 录

计算机图形学学习总结 ........................................................................................................... 3

一、实验系统 ........................................................................................................................... 3

实验一 ................................................................................................................................... 3

（1）画点 .......................................................................................................................... 3

（2）画直线和折线 .......................................................................................................... 3

（3）画弧线和曲线 .......................................................................................................... 4

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第一章绪论

计算机图形学的基本概念

计算机图形学：是研究怎样用数字计算机生成、处理和显示图形的一门学科。

图形：计算机图形学的研究对象。

构成图形的要素：几何要素——几何属性（点、线、面、体）

非几何要素——视觉属性（明暗、灰度、色彩、纹理、透明性、线型、线宽）

表示图形的方法：点阵表示；参数表示

研究内容

计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形学的主要研究内容。

图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。

计算机图形学的应用

图形用户界面；计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）；4 科学计算的可视化：CT；

真实感图形实时绘制与自然景物仿真 ；地理信息系统（GIS）；Virtual Reality（虚拟现实、灵境）；事务和商务数据的图形显示；地形地貌和自然资源的图形显示

过程控制及系统环境模拟；电子出版及办公自动化；计算机动画及广告

计算机艺术；科学计算的可视化；工业模拟；计算机辅助教学

当前研究热点：

1.真实感图形实时绘制 2.野外自然景物的模拟 3 与计算机网络技术的紧密结合

4 计算机动画  5 用户接口  6 计算机艺术  7 并行图形处理

所熟悉的图形软件包

图形软件的标准

K GKS (Graphics Kernel System) (第一个官方标准，1977)

K PHIGS(Programmer’s Herarchical Iuteractive Graphics system)

K 一些非官方图形软件，广泛应用于工业界，成为事实上的标准

K DirectX (MS)

K Xlib(X-Window系统)

K OpenGL(SGI)

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