《计算机图形学》学习笔记（一）

计算机图形学概念：利用计算机研究图形的表示、生成、处理、显示的学科。

图形：计算机图形学的研究对象。

1）能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观印象。

2）包括自然景物、拍摄的图片、用数学方法描述的图形等等。

构成图形的要素：

几何要素：刻画对象的轮廓、形状等

非几何要素：刻画对象的颜色、材质等。

计算机中表示图形的方法：

1）点阵法

枚举出图形中所有的点(强调图形由点构成)

简称为图像（数字图像）

2）参数法

由图形的形状参数(方程或分析表达式的系数，线段的端点坐标等)+属性参数(颜色、线型等)来表示图形

简称为图形

图像与图形的区别

图像纯指计算机内以位图(Bitmap)形式存在的灰度信息

图形含有几何属性，更强调场景的几何表示，由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成

下图简单说明了两者的区别（左边为图形，右边为图像），来自浙大PPT

图形学相关学科

1）计算机辅助几何设计（CAGD，Computer Aided Geometric Design）
几何形体在计算机中的表示与分析；
研究如何灵活地建立几何形体的数学模型，提高算法效率，以更好地存储和管理模型等；
研究曲线、曲面的表示、生成、拼接、数据拟合；
2）图像处理
如何对一幅连续图像取样、量化以产生数字图像；
对数字图像做各种变换以方便处理；
滤去图像中的无用噪声；
压缩图像数据以便于存储和传输、图像边缘提取、特征增强和提取等；
3）计算机视觉与模式识别
图形学的逆过程，分析和识别输入的图像并从中提取二维或三维的数据模型（特征）。手写体识别、机器视觉；

图形学研究内容和方法

modeling（构造实体） + Rendering（使3D物体看起来更像）+ via I/O（各种输入输出设备）

主要目标：更逼真的表达、更快捷的方法、更方便的交互

硬件发展-图形显示器的发展

60年代中期：画线显示器（矢量显示器）

较高的分辨率和对比度，良好的动态性能。闪烁，需要刷新，缓冲存储器，需要高速处理。设备昂贵，限制普及。

60年代后期：存储管式显示器

不需刷新和缓存，价格较低，缺点是不具有动态修改图形功能，不适合交互式。

70年代初：刷新式光栅扫描显示器出现，大大地推动了交互式图形技术的发展。

以点阵形式表示图形，使用专用的缓冲区存放点阵，由视频控制器负责刷新扫描

70年代中期：廉价的固体电路，随机存储器的出现。

图形输入设备的发展

第一阶段：控制开关、穿孔纸

第二阶段：键盘

第三阶段：二维定位设备，如鼠标、光笔、图形输入板、触摸屏等

第四阶段：三维输入设备（空间球、数据手套、数据衣），用户的手势、表情等

第五阶段：用户的思维

通用的、与设备无关的图形包，图形标准

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

PHIGS（Programmer's Herarchical Iuterative Fraphics system）一些非官方图形软件，广泛用于工业界，称为事实上的标准

主要含有DirectX 和 OpenGL

计算机图形学应用

图形用户界面（GUI）

计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）

科学计算可视化（数据可视化）

计算机艺术

计算机动画

真实感图形实时绘制与自然景物仿真

GIS

娱乐

多媒体

虚拟现实

图形学的若干热点

IBMG（Image-Based Modeling and Rendering） 基于图像的建模和绘制

Internet-based Graphics 

HCI （Human-Computer Interaction）

真实感图形绘制

非真实感图形绘制

虚拟手术

Volume Graphics 

非欧式几何造型，分形几何。

ps：来自于 浙江大学 计算机图形学耿建玲的第01讲和第02讲

这部分内容知识点比较少，是图形学的概述，作为图形学的基础了解