計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第一章1.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（ComputerGraphics）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究怎樣利用計(jì)算機(jī)來(lái)生成、處理和顯示圖形的原理、方法和技術(shù)的一門學(xué)科。2.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象——圖形通常意義下的圖形：能夠在人的視覺(jué)系統(tǒng)中形成視覺(jué)印象的客觀對(duì)象都稱為圖形。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中所研究的圖形從客觀世界物體中抽象出來(lái)的帶有顏色及形狀信息的圖和形。3.圖形的表示點(diǎn)陣法是用具有顏色信息的點(diǎn)陣來(lái)表示圖形的一種方法，它強(qiáng)調(diào)圖形由哪些點(diǎn)組成，并具有什么灰度或色彩。參數(shù)法是以計(jì)算機(jī)中所記錄圖形的形狀參數(shù)與屬性參數(shù)來(lái)表示圖形的一種方法。通常把參數(shù)法描述的圖形叫做圖形（Graphics）把點(diǎn)陣法描述的圖形叫做圖象（Image）4.與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)的學(xué)科

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)試圖從非圖象形式的數(shù)據(jù)描述來(lái)生成（逼真的）圖象。

數(shù)字圖象處理旨在對(duì)圖象進(jìn)行各種加工以改善圖象的視覺(jué)效果。

計(jì)算機(jī)視覺(jué)是研究用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬生物外顯或宏觀視覺(jué)功能的科學(xué)和技術(shù)。5.醞釀期（50年代）陰極射線管(CRT)萌芽期（60年代）首次使用了“ComputerGraphics”發(fā)展期（70年代）普及期（80年代）光柵圖形顯示器提高增強(qiáng)期（90年代至今）圖形顯示設(shè)備60年代中期，隨機(jī)掃描的顯示器60年代后期，存儲(chǔ)管式顯示器70年代中期，光柵掃描的圖形顯示器。圖形硬拷貝設(shè)備打印機(jī)繪圖儀圖形輸入設(shè)備二維圖形輸入設(shè)備三維圖形輸入設(shè)備6.圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)備無(wú)關(guān)、與應(yīng)用無(wú)關(guān)、具有較高性能計(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、計(jì)算機(jī)輔助繪圖3、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）4、辦公自動(dòng)化和電子出版技術(shù)(ElectronicPublication)5、計(jì)算機(jī)藝術(shù)6、在工業(yè)控制及交通方面的應(yīng)用7、在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應(yīng)用8、圖形用戶界面計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)11.人機(jī)交互按著用戶認(rèn)為最正常、最合乎邏輯的方式去做-一致性12.真實(shí)感圖形的生成：場(chǎng)景造型→取景變換→視域裁剪→消除隱藏面→可見(jiàn)面光亮度計(jì)算第二章1.圖像掃描儀(Scaner)灰度或彩色等級(jí)被記錄下來(lái)，并按圖像方式進(jìn)行存儲(chǔ)。2.陰極射線管（CRT）3.液晶顯示器——原理液晶分子的排列在微弱的外部電場(chǎng)、磁場(chǎng)或者應(yīng)力、溫度變化等作用下非常容易改變。當(dāng)液晶分子的某種排列狀態(tài)在電場(chǎng)作用下變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時(shí)，液晶的光學(xué)性質(zhì)隨之改變，這種產(chǎn)生光被電場(chǎng)調(diào)制的現(xiàn)象稱為液晶的電光效應(yīng)。液晶顯示器——彩色液晶顯示器利用在一側(cè)的玻璃基板上加上一個(gè)彩色濾光片（CF，ColorFilter）實(shí)現(xiàn)彩色。彩色濾光片上均勻分布著紅、綠、藍(lán)色小點(diǎn)，每個(gè)小點(diǎn)有各自不同的灰度，相鄰的一組RGB小點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)基本的彩色顯示單元，即一個(gè)像素。像素點(diǎn)是指圖形顯示在屏幕上時(shí)候，按當(dāng)前的圖形顯示分辨率所能提供的最小元素點(diǎn)。

像素：是指在由一個(gè)數(shù)字序列表示的圖像中的一個(gè)最小單位，稱為像素。像素僅僅只是分辨率的尺寸單位，是基本原色素及其灰度的基本編碼。屏幕分辨率，也稱為光柵分辨率，它決定了顯示系統(tǒng)最大可能的分辨率，任何顯示控制器所提供的分辨率也不能超過(guò)這個(gè)物理分辨率。通常用水平方向上的光點(diǎn)數(shù)與垂直方向上的光點(diǎn)數(shù)的乘積來(lái)表示。顯示分辨率是計(jì)算機(jī)顯示控制器所能夠提供的顯示模式分辨率，實(shí)際應(yīng)用中簡(jiǎn)稱為顯示模式。對(duì)于文本顯示方式，顯示分辨率用水平和垂直方向上所能顯示的字符總數(shù)的乘積表示。對(duì)于圖形顯示方式，則用水平和垂直方向上所能顯示的象素點(diǎn)總數(shù)的乘積表示。顯示分辨率不同，它所對(duì)應(yīng)的象素點(diǎn)大小也不同。5.幀緩存大小的計(jì)算：x方向的像素點(diǎn)數(shù)×y方向的像素點(diǎn)數(shù)×log2n/8（BYTE）其中：n為顏色數(shù)或灰度等級(jí)數(shù)6.屏幕上一個(gè)象素點(diǎn)就對(duì)應(yīng)幀緩存中的一組信息。組合像素法（PackedPixelMethod）：一個(gè)圖形象素點(diǎn)的全部信息被編碼成一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)顏色位面法（ColorPlaneMethod）：幀緩存被分成若干獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域稱為一個(gè)位面7.OpenGL一個(gè)跨平臺(tái)開(kāi)放式圖形編程接口。顏色管理，使用RGB顏色模型。一種顏色用紅、綠、藍(lán)三種顏色成分混合而成，每種顏色成分使用0.0到1.0之間的任意有效浮點(diǎn)數(shù)來(lái)表示顏色值。第三章用戶接口設(shè)計(jì)特點(diǎn)：易于被用戶理解并接受；易于操作、使用；高效率、可靠性和實(shí)用性。1用戶模型2顯示屏幕的有效利用3反饋4一致性原則：按用戶認(rèn)為最正常、最合乎邏輯的方式去做。5減少記憶量：重要的原則是喚醒用戶的識(shí)別而不是記憶。6回退和出錯(cuò)處理7聯(lián)機(jī)幫助8視覺(jué)效果設(shè)計(jì)9適應(yīng)不同的用戶老師PPT上的內(nèi)容第一章提出問(wèn)題1、什么是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)？計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（ComputerGraphics）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究怎樣利用計(jì)算機(jī)來(lái)生成、處理和顯示圖形的原理、方法和技術(shù)的一門學(xué)科。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的對(duì)象是什么？計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象——圖形通常意義下的圖形：能夠在人的視覺(jué)系統(tǒng)中形成視覺(jué)印象的客觀對(duì)象都稱為圖形。從客觀世界物體中抽象出來(lái)的帶有顏色及形狀信息的圖和形。圖形的表示？點(diǎn)陣法是用具有顏色信息的點(diǎn)陣來(lái)表示圖形的一種方法，它強(qiáng)調(diào)圖形由哪些點(diǎn)組成，并具有什么灰度或色彩。參數(shù)法是以計(jì)算機(jī)中所記錄圖形的形狀參數(shù)與屬性參數(shù)來(lái)表示圖形的一種方法。通常把參數(shù)法描述的圖形叫做圖形（Graphics）把點(diǎn)陣法描述的圖形叫做圖象（Image）計(jì)算機(jī)圖形處理系統(tǒng)的構(gòu)造？計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立發(fā)展？醞釀期（50年代）陰極射線管(CRT)萌芽期（60年代）首次使用了“ComputerGraphics”發(fā)展期（70年代）普及期（80年代）光柵圖形顯示器提高增強(qiáng)期（90年代至今）總體特征：技術(shù)發(fā)展、需求驅(qū)動(dòng)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)的學(xué)科？計(jì)算機(jī)圖形學(xué)試圖從非圖象形式的數(shù)據(jù)描述來(lái)生成（逼真的）圖象。

數(shù)字圖象處理旨在對(duì)圖象進(jìn)行各種加工以改善圖象的視覺(jué)效果。

計(jì)算機(jī)視覺(jué)是研究用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬生物外顯或宏觀視覺(jué)功能的科學(xué)和技術(shù)。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、計(jì)算機(jī)輔助繪圖3、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）4、辦公自動(dòng)化和電子出版技術(shù)(ElectronicPublication)5、計(jì)算機(jī)藝術(shù)6、在工業(yè)控制及交通方面的應(yīng)用7、在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應(yīng)用8、圖形用戶界面人機(jī)交互是讓計(jì)算機(jī)服務(wù)并適應(yīng)于人類的需要，而不是強(qiáng)迫人類去適應(yīng)計(jì)算機(jī)。按著用戶認(rèn)為最正常、最合乎邏輯的方式去做-一致性虛擬現(xiàn)實(shí)由計(jì)算機(jī)生成的一個(gè)實(shí)時(shí)三維空間。使用戶產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)。習(xí)題1.名詞解釋：圖形、圖象、點(diǎn)陣法、參數(shù)法、2.圖形包括哪兩方面的要素，在計(jì)算機(jī)中如何表示它們？3.什么叫計(jì)算機(jī)圖形學(xué)？分析計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字圖象處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)學(xué)科間的關(guān)系。4.有關(guān)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的軟件標(biāo)準(zhǔn)有哪些？核心圖形系統(tǒng)CGS(CoreGraphicsSystem)計(jì)算機(jī)圖形接口CGI(ComputerGraphicsInterface)；計(jì)算機(jī)圖形元標(biāo)準(zhǔn)CGM(ComputerGraphicsMetafile);5.一個(gè)交互性計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)必須具有哪幾種功能？其結(jié)構(gòu)如何？6.試列舉你所知道的圖形輸入與輸出設(shè)備。7.你用過(guò)哪些圖形軟件包？對(duì)比它們的功能和特點(diǎn)。第三章如何在指定的輸出設(shè)備上根據(jù)坐標(biāo)描述構(gòu)造基本二維幾何圖形（點(diǎn)、直線、圓、橢圓、多邊形域、字符串及其相關(guān)屬性等）。圖形的生成：是在指定的輸出設(shè)備上，根據(jù)坐標(biāo)描述構(gòu)造二維幾何圖形。圖形的掃描轉(zhuǎn)換：在光柵顯示器等數(shù)字設(shè)備上確定一個(gè)最佳逼近于圖形的象素集的過(guò)程。區(qū)域填充實(shí)面積圖形:封閉圖形（或有界表面），在其封閉的面積上（輪廓內(nèi)）具有相同的亮度或色彩，這意味著要讓計(jì)算機(jī)填充光柵掃描圖形顯示器（點(diǎn)陣圖形顯示器）中封閉面積上的每一個(gè)顯示點(diǎn)（像素點(diǎn)）。實(shí)面積圖形的生成可分為兩大類：

(1)多邊的填充：即實(shí)面積圖形的輪廓用其封閉多邊形的頂點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)描述定義（簡(jiǎn)稱實(shí)面積圖形的圖形表示法），在其封閉的多邊形內(nèi)部填充用戶指定的顏色；

（2）種子填充：即用點(diǎn)陣方式描述定義實(shí)面積圖形，這個(gè)圖形的實(shí)面積由用戶指定的點(diǎn)陣顏色包圍或組成（簡(jiǎn)稱實(shí)面積圖形的圖像表示法），在圖形的實(shí)面積上填充用戶指定的顏色，其中這個(gè)指定的第一個(gè)填充點(diǎn)又稱為種子。由于種子填充算法原則上屬圖像處理方法，故不在此討論。第五章圖形的幾何變換是指對(duì)圖形的幾何信息經(jīng)過(guò)平移、比例、旋轉(zhuǎn)等變換后產(chǎn)生新的圖形，是圖形在方向、尺寸和形狀方面的變換。圖形幾何變換的目的：是用已有的簡(jiǎn)單圖形構(gòu)造復(fù)雜圖形如何對(duì)二維圖形進(jìn)行方向、尺寸和形狀方面的變換齊次坐標(biāo)齊次坐標(biāo)表示就是用n+1維向量表示一個(gè)n維向量。規(guī)范化齊次坐標(biāo)表示就是w=1的齊次坐標(biāo)表示。1平移變換平移是指將p點(diǎn)沿直線路徑從一個(gè)坐標(biāo)位置移到另一個(gè)坐標(biāo)位置的重定位過(guò)程。平移是一種不產(chǎn)生變形而移動(dòng)物體的剛體變換（rigid-bodytransformation）2比例變換比例變換是指對(duì)p點(diǎn)相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)沿x方向放縮Sx倍，沿y方向放縮Sy倍。其中Sx和Sy稱為比例系數(shù)。3旋轉(zhuǎn)變換二維旋轉(zhuǎn)是指將p點(diǎn)繞坐標(biāo)原點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)某個(gè)角度（逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)）得到新的點(diǎn)p’的重定位過(guò)程。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ角4對(duì)稱變換(1)關(guān)于x軸對(duì)稱(2)關(guān)于y軸對(duì)稱(3)關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱(4)關(guān)于y=x軸對(duì)稱(5)關(guān)于y=-x軸對(duì)稱5錯(cuò)切變換錯(cuò)切變換（主要用于三維圖形變換），也稱為剪切、錯(cuò)位變換，用于產(chǎn)生彈性物體的變形處理。錯(cuò)切變換是指圖形沿某坐標(biāo)方向產(chǎn)生不等量的移動(dòng)而引起圖形變形的一種變換。錯(cuò)切變換（主要用于三維圖形變換），也稱為剪切、錯(cuò)位變換，用于產(chǎn)生彈性物體的變形處理。如何方便地實(shí)現(xiàn)在顯示設(shè)備上對(duì)二維圖形進(jìn)行觀察如何輸出二維圖元及其輸出屬性例題結(jié)論圖形在坐標(biāo)系中的放大等效于圖形保持不變而讓坐標(biāo)系刻度尺寸縮?。粓D形在坐標(biāo)系中沿坐標(biāo)軸正向移動(dòng)等效于圖形保持不變而讓坐標(biāo)系沿坐標(biāo)軸負(fù)向移動(dòng)；圖形在坐標(biāo)系的正向旋轉(zhuǎn)等效于圖形保持不變而讓坐標(biāo)系負(fù)向旋轉(zhuǎn)；圖形相對(duì)X軸進(jìn)行反射變換等效于該圖形保持不變而讓Y軸自身發(fā)生反射變換等。這一結(jié)論對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)分析非常有用。由此結(jié)論可知，表示坐標(biāo)系變換所需要的矩陣就是在坐標(biāo)系中反向變換這些點(diǎn)所需要的矩陣。第六章第七章OpenGL（全寫OpenGraphicsLibrary）是指定義了一個(gè)跨編程語(yǔ)言、跨平臺(tái)的編程接口規(guī)格的專業(yè)的圖形程序接口。它用于三維圖像（二維的亦可），是一個(gè)功能強(qiáng)大，調(diào)用方便的底層圖形庫(kù)。第八章提出問(wèn)題如何設(shè)計(jì)一個(gè)好的用戶接口為什么要定義邏輯輸入設(shè)備交互式繪圖技術(shù)有哪些？1、用戶接口最重要的就是高效率和對(duì)用戶的友好性顯示屏幕的有效利用信息顯示的布局合理性。充分而又正確地使用圖符恰當(dāng)?shù)厥褂酶鞣N表示方法進(jìn)行選擇性信息顯示。一致性原則1.按用戶認(rèn)為最正常、最合乎邏輯的方式去做重要的點(diǎn)：1、插值：求給定型值點(diǎn)之間曲線上的點(diǎn)稱為曲線的插值2、曲線曲面的擬合：當(dāng)用一組型值點(diǎn)來(lái)指定曲線曲面的形狀時(shí)，形狀完全通過(guò)給定的型值點(diǎn)列。3、錯(cuò)切變換（主要用于三維圖形變換），也稱為剪切、錯(cuò)位變換，用于產(chǎn)生彈性物體的變形處理。4、三次樣條曲線定義：已知n個(gè)型值點(diǎn)Pi(xi,yi),i=1,2,..,n,且x1<x2<…<xn。若y=S(x)滿足下列條件:(1)型值點(diǎn)在函數(shù)y=S(x)上;(2)S(x)在整個(gè)區(qū)間[x1,xn]上二次連續(xù)可導(dǎo);(3)在每個(gè)子區(qū)間[xi,xi+1](i=1,2,…,n-1)上,S(x)都是x的三次多項(xiàng)式.則稱S(x)是過(guò)型值點(diǎn)的三次樣條函數(shù),由三次樣條函數(shù)構(gòu)成的曲線稱為三次樣條曲線。5、齊次坐標(biāo)、由n+1維向量表示一個(gè)n維向量。如n維向量(P1,P2,

?

,Pn)表示為（hP1,hP2,hPn,h），其中h稱為啞坐標(biāo)。

1、h可以取不同的值，所以同一點(diǎn)的齊次坐標(biāo)不是唯一的。

如普通坐標(biāo)系下的點(diǎn)（2,3）變換為齊次坐標(biāo)

可以是(1,1.5,0.5)(4,6,2)