第9章圖形學(xué)和可視化本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

◆掌握?qǐng)D形學(xué)基本概念◆了解圖形系統(tǒng)◆掌握計(jì)算機(jī)視覺(jué)和可視化◆了解圖形用戶(hù)界面的程序設(shè)計(jì)◆了解人機(jī)交互◆了解虛擬現(xiàn)實(shí)9.1圖形學(xué)基本概念

9.1.1計(jì)算機(jī)圖形信息的處理

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(ComputerGraphics)：是研究怎樣用計(jì)算機(jī)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(guò)指定的算法轉(zhuǎn)換(處理)成圖形顯示的一門(mén)學(xué)科。圖像處理(ImageProcessing)：是將客觀世界中原來(lái)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(shí)別：是當(dāng)圖像信息輸入計(jì)算機(jī)后，先對(duì)它進(jìn)行預(yù)處理和特征抽取等處理；然后對(duì)圖像進(jìn)行分析和識(shí)別，找出其中蘊(yùn)涵的內(nèi)在聯(lián)系或抽象模型；最后由計(jì)算機(jī)按照要求得到該圖像的分類(lèi)與描述。9.1.2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的起源

從20世紀(jì)50年代初到60年代中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造技術(shù)的開(kāi)拓性研究。20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始，麻省理工學(xué)院、通用汽車(chē)公司、洛克西德飛機(jī)制造公司、貝爾電話(huà)實(shí)驗(yàn)室等都展開(kāi)了計(jì)算機(jī)圖形顯示的工作。20世紀(jì)70年代后，相繼出臺(tái)了許多圖形標(biāo)準(zhǔn)，圖形軟件的開(kāi)發(fā)也更加方便，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展趨于成熟。9.1.3計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主要研究的內(nèi)容

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究對(duì)象是點(diǎn)、線(xiàn)、面、體、場(chǎng)的數(shù)學(xué)構(gòu)造方法與其圖形顯示，以及它們隨時(shí)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(chǔ)。(4)物體圖形數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理(5)物體圖形數(shù)據(jù)的輸出顯示。(6)實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)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(zhǔn)。

9.1.4計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用1．計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)2．用戶(hù)可視化接口3．地理信息系統(tǒng)與制圖4．過(guò)程控制和指揮系統(tǒng)5．計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)和藝術(shù)9.1.6常見(jiàn)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(jì)算機(jī)視覺(jué)和可視化

9.3.1人的視覺(jué)視覺(jué)是一個(gè)復(fù)雜的感知和思維過(guò)程，視覺(jué)器官(眼睛)接受外界的刺激信息，而大腦對(duì)這些信息通過(guò)復(fù)雜的機(jī)理進(jìn)行處理和解釋?zhuān)惯@些刺激具有明確的物理意義。9.3.2計(jì)算機(jī)視覺(jué)計(jì)算機(jī)視覺(jué)(ComputationalVision)就是用各種成像系統(tǒng)代替視覺(jué)器官作為輸入敏感手段，由計(jì)算機(jī)來(lái)代替大腦完成處理和解釋。計(jì)算機(jī)視覺(jué)的最終研究目標(biāo)就是使計(jì)算機(jī)能象人那樣通過(guò)視覺(jué)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(guò)長(zhǎng)期努力才能達(dá)到的目標(biāo)。9.5人機(jī)交互

9.5.1人機(jī)交互技術(shù)基礎(chǔ)

人機(jī)交互技術(shù)(HumanComputerInteraction

Techniques)是指通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)對(duì)話(huà)的技術(shù)。9.5.4人機(jī)界面的設(shè)計(jì)1．人機(jī)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(guò)輸入數(shù)據(jù)的方式與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流的一種方式，它是人機(jī)交互的重要內(nèi)容和形式。

1．?dāng)?shù)據(jù)交互的方式(1)問(wèn)答式對(duì)話(huà)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(shí)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(jiǎn)單說(shuō)，就是計(jì)算機(jī)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(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以分為三個(gè)層次：圖像處理(最低級(jí)層次)圖像識(shí)別(較高級(jí)層次)圖像感知(最高層次)9.5.8行為交互通過(guò)身體的姿態(tài)和動(dòng)作來(lái)表達(dá)意思，這就是所謂的人體行為交互。9.6虛擬現(xiàn)實(shí)

9.6.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基本概念

虛擬現(xiàn)實(shí)(VortureReality：VR)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VirtualRealityTechnology：VRT)的出現(xiàn)實(shí)際是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)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(shí)技術(shù)的浸沒(méi)感或臨場(chǎng)參與感）2．交互性（開(kāi)放、互動(dòng)的環(huán)境）3．想象性（以視覺(jué)形式反映了設(shè)計(jì)者的思想）9.6.3虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成

虛擬現(xiàn)實(shí)一般有三個(gè)要素組成：軟件播放平臺(tái)、專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)(SGI)、成像設(shè)備。9.6.5VRML虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言1．VRML語(yǔ)言概述虛擬實(shí)境描述模型語(yǔ)言(VirtualRealityModelingLanguage：VRML)是描述虛擬環(huán)境中場(chǎng)景的一種標(biāo)準(zhǔn)，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(tái)無(wú)關(guān)、三維、多媒體集成、逼真自然等。VRML是一種建模語(yǔ)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(jì)算機(jī)圖形信息系統(tǒng)的基本內(nèi)容，主要從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖形系統(tǒng)、可視化、人機(jī)交互、虛擬現(xiàn)實(shí)等方面來(lái)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