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1、交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics第1章 计算机图形学概论Introduction to Computer Graphics2/20/20231交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics提纲n计算机图形学的研究内容n计算机图形学的发展简史n计算机图形学的应用简介n计算机图形学研究热点简介2/20/20232交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics什么是图形(Graphic)n广义范畴：形状与颜色的集合体n狭义的辨异：Graphics vs.images（图象）n图形的两个要素：
2、n几何信息（Geometric information）:点（point）,线（curve），面（surface）n非几何信息（Non-geometric Information）:纹理（Texture），颜色（color），等2/20/20233交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics什么是计算机图形学(Computer Graphics)n计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专用的图形设备上进行显示的原理、方法和技术的学科。ISO在其数据处理词典中给出如下定义：2/20/20234交互式计算机图形学-Interactive Compute
3、r Graphics交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics图形处理研究主题图形处理研究主题n基于图形设备的基本图形元素的生成算法n图形的变换和裁剪n自由曲线和曲面计算几何n几何造型技术n真实感图形的生成算法n自然景物的生成分形几何n颜色科学及其应用n计算机动画技术n虚拟现实技术实时交互式三维图形处理n2/20/20236交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics本课程教学内容安排n第1章：概论n第2章：图形系统概述n第3章：交互技术与用户接口n第4章：针对2D图元的基本光栅图形算法n第5章：2D图形变换和显示n第6章：
4、3D图形观察 n第7章：曲线曲面基础n第8章：光照明模型基础n第9章：计算机动画技术简介2/20/20237交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics知识要求n程序设计和基本的数据结构方面的一些知识。n图形学算法中用到的数学知识将在课程中加以说明。2/20/20238交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics相关资源n北工大图书馆馆藏电子数据库nACM SIGGRAPHACM Transaction on GraphicsnIEEE Comput
5、er Graphics and ApplicationsVisualization and Computer Graphics Conference Proceedings2/20/202310交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics相关课程关联图2/20/202311交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics准备阶段（准备阶段（5050年代）年代）1950年，MIT，第一台图形显示器，旋风I号(Whirlwind I)计算机的附件类似于示波器
6、的阴极射线管(CRT)50年代末期，MIT林肯实验室，在“旋风”计算机上开发SAGE空中防御系统光笔，交互式图形生成技术。计算机图形学发展简史（1）2/20/202313交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics推广应用阶段（推广应用阶段（7070年代）年代）基于电视技术的光栅扫描显示器的出现，图形学进入了第一个兴盛的时期，并开始出现实用的CAD图形系统。众多商品化软件的出现，使图形标准化问题也被提上议程。74年，美国计算机学会成立图形标准化委员会(ACM SIGGRAPH)计算机
7、图形学发展简史（3）2/20/202315交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics系统实用化阶段（系统实用化阶段（8080年代）年代）80年代，超大规模集成电路的发展，奠定了物质基础，工作站的出现，促进了图形学的发展。标准化智能化阶段（标准化智能化阶段（9090年代）年代）朝着标准化、集成化和智能化的方向发展国际标准化组织（ISO）公布的图形标准也越多、且更加成熟计算机图形学发展简史（4）2/20/202316交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics交互式计算机图形学-Interactive Computer Grap
8、hics应用举例应用举例IBR（Image Based Rendering)CAD人脸重构与编辑人脸重构与编辑VR真实感图形真实感图形非真实感图形非真实感图形2/20/202318交互式计算机图形学-Interactive Computer GraphicsCAD技术发展历史n第一代：二维绘图软件第一代：二维绘图软件n第二代：第二代：n分离的数据结构与多个数据库的集合分离的数据结构与多个数据库的集合n其设计范畴局限于详细设计阶段的绘图、造型和分析工作其设计范畴局限于详细设计阶段的绘图、造型和分析工作n第三代：第三代：n使用单一的数据结构和唯一的公用数据库集成系统使用单一的数据结构和唯一的公用数
9、据库集成系统n允许工程师在一个数据结构上动态地与其它部门的工程师进行通信，允许工程师在一个数据结构上动态地与其它部门的工程师进行通信，使初步设计阶段的使初步设计阶段的CAD成为可能成为可能n1989年美国国家工程学院将年美国国家工程学院将CAD/CAM技术评为当代十项最杰出的工技术评为当代十项最杰出的工程技术成就之一程技术成就之一2/20/202319交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics计算机图形学应用举例 计算机辅助设计与制造2/20/202320交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics2/20/202321交互
10、式计算机图形学-Interactive Computer Graphics曲面重构(surface recontstructiong)2/20/202322交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics2/20/202324交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics人脸重构与编辑人脸重构与编辑Reconstruction and Edit of Human Faces2/20/202325交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics人脸重构的过程人脸重构的过程3D人脸模型与人脸模型与2D人脸图
11、像进行匹配人脸图像进行匹配3D人脸的参数化人脸的参数化模型模型3D 人脸模型采样人脸模型采样3D 人脸数据库人脸数据库2/20/202326交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics算法2/20/202328交互式计算机图形学-Interactive Computer GraphicsMulti-Scale Capture of Facial Geometry and Motion(033-Bickel.pdf)2/20/202329交互式计算机图形学-Interactive Co
12、mputer Graphics交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics沉浸式 VR系统(via Head-mounted Displays,Cave 180 George St.)2/20/202331交互式计算机图形学-Interactive Computer GraphicsCave Painting2/20/202332交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics增强的（augmented）VRVideo or optics superimposes computer-generated data on real w
13、orld(e.g.,Columbias MARS,led by Ph.D.,Steve Feiner)2/20/202333交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics真实感图形2/20/202334交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics2/20/202335交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics2/20/202336交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics真实感图形2/20/202337交互式计算机图形学-Interactive Comput
14、er Graphics2/20/202338交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics几何（Geometry）信息？2/20/202339交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics2/20/202340交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics非几何信息光照(illumination)&纹理(texture)2/20/202341交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics光照效果图2/20/202342交互式计算机图形学-Interactive Com
15、puter Graphics纹理合成效果图2/20/202343交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics非真实感图形2/20/202344交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics钢钢笔笔画画效效果果 钢笔素描产生于中世纪，从钢笔素描产生于中世纪，从19世纪开始成为一门艺术世纪开始成为一门艺术 计算机模拟钢笔绘画始于计算机模拟钢笔绘画始于20世纪世纪90年代年代 2/20/202345交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics铅笔画效果铅笔画效果2/20/202346交互式计算机图形学
16、-Interactive Computer Graphics油画效果油画效果2/20/202347交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics水彩画效果水彩画效果2/20/202348交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics2/20/202349交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics虚拟生命2/20/202350交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics其它其它2/20/202351交互式计算机图形学-Interactive Computer Gr
17、aphics计算机动画2/20/202352交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics较为活跃的研究方向（1）n造型技术方面n几何造型技术n实体造型技术n基于物理的造型技术n真实感图形生成算法研究n裁剪、消隐、光照明模型等n基于图象的绘制技术2/20/202353交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics较为活跃的研究方向（2）n人-机交互技术方面nWIMPn虚拟现实交互技术n多通道技术n交互的模糊化：智能化n与计算机网络技术的结合：n绘制技术方面n基于点的绘制技术nGPU编成技术2/20/202354交互式计算机图形学-
18、Interactive Computer Graphics例例1:FiberMesh:Designing Freeform Surfaces with 3D Curves(041-Nealen.pdf)2/20/202355交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics例例2:Adaptively Sampled Particle Fluids(048-ADMS.PDF)2/20/202356交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics例例3:VideoTrace:Rapid interactive scene modelling from video(086-Vandenhengel)2/20/202357交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics例例4:Implicit Visibility and Antiradiance for Interactive Global Illumination(061-Dachsbacher.pdf)2/20/202358交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics第1章结束2/20/202359