计算机图形学

计算机图形学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

计算机图形学的研究内容

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，构成了计算机图形学的主要研究内容。
图形硬件：研究图形要有基本的支撑硬件，包括图形加速卡，显示器、图形输出设备等等。

在计算机上生成图形的三个步骤：

造型技术
光照模型
绘制（渲染）技术

计算机屏幕是由像素构成的，像素作为构成图形的基本单碰为了在屏幕上显示一幅图形，就必须研究在哪些像素上生成图形，就必须有一套针对光栅显示器生成图形的算法

如何画有很多方法，如光线跟踪、辐射度算法、纹理映射、阴影等

算法研究：物体图形的准确性、真实性、实时性

一个图形系统通常由图形处理器、图形输入设备和输出设备构成

分辨率三种：屏幕分辨率、显示分辨率、显卡分辨率

电脑的最高分辨率取决于显卡和显示器最低的哪一个

显示器的点距：相邻像素点的距离，越小越好

图形主要分为两类：

线框图
明暗图（真实感图形）

图形图像的区别

—种说法：图形是由计算机绘制而成的，而图像则是人为的用外部设备所捕捉到的外部的景象
另外一种说法：图形是矢量图，而图像是位图（点阵）

构成属性：几何属性（轮廓、形状等），非几何属性（明暗、纹理等）

图形：含有几何属性，或者说更强调场景的几何表示
图像：计算机内以位图形式存在的灰度信息

计算机图形学发展的历史回顾

第一台图形显示器旋风I号类似于示波器的阴极射线管（CRT）

ACM委员会”核心图形系统CGS“

计算机图形学的两个重要进展：真实感图形学实体造型技术
Bounknight提出第一个光反射模型，Gourand提出”漫反射模型+插值“思想（Gourand明暗处理），著名的简单光照模型——Phong模型，Whitted提出一个光透视模型——Whitted模型

ACM SIGGRAPH——计算机图形学最权威的国际会议

计算机图形学的应用及研究前沿

计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）

三维形体重建
可视化（VISC）
真实感图形实时绘制与自然景物仿真
- 光照模型：简单光照模型、局部光照模型、整体光照模型（简→复）
- 绘制方法：光线跟踪法、辐射度方法
计算机动画
用户接口

DOS时代→图形化操作系统
计算机艺术

图形设备

图形显示设备
1. 彩色CRT显示器
  
  电子束
2. LCD液晶显示器
  - 基本原理
    
    液晶是一种介于液体与固体之间的特殊物质，它具有液体的流态性质和固体的光学性质。当液晶受到电压的影响时，就会改变它的物理性质而发生形变，此时通过它的光的折射角度就会发生变化，而产生色彩。
    
    液晶显示：主动式、被动式（背光源和偏光板的设计和方向有所不同）
  - 基本技术指标
    1. 可视角度
      
      视线与屏幕中心法向的角度，左右两边的最大角度相加
    2. 点距和分辨率
      
      点距：两个液晶颗粒之间的距离
      
      分辨率为1024768个即该液晶显示器含有1024768个液晶颗粒（光点）
    3. 展望
      
      外观小巧精致，没有闪烁现象，工作电压低、功耗小、节约能源，没有电磁辐射
图形处理器

连接计算机于显示终端的纽带
显卡核心（GPU），对系统输入的视频信息进行构建和渲染，各图形函数基本都集成在这里
显卡，用于存储将要显示的图形信息及保存图形运算的中间数据，与显示主芯片的关系就像计算机的内存与CPU一样密不可分。大小和速度直接影响着主芯片的性能的发挥，越大越好、越快越好。
图形输入设备

键盘和鼠标，跟踪球、空间球、数据手套、光笔、触摸屏、数字化仪、图形扫描仪

习题1

计算机图形学的主要研究内容是什么？

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，构成了计算机图形学的主要研究内容。
列举三个以上图形学的应用领域。

动画、工程、医学
一个图形系统通常由哪些图形设备组成？

图形显示设备、图形处理器、图形输入设备
图形和图像的区别是什么？

图形：含有几何属性，或者说更强调场景的几何表示

图像：计算机内以位图形式存在的灰度信息
CRT显示器的原理是什么？

用电子束激发屏幕内表面的荧光粉来显示图像的，由于荧光粉被点亮后很快会熄灭，所以电子枪必须循环地不断激发这些点。
LCD有哪些技术指标？
1. 可视角度
  
  视线与屏幕中心法向的角度，左右两边的最大角度相加
2. 点距和分辨率
  
  点距：两个液晶颗粒之间的距离
  
  分辨率为1024768个即该液晶显示器含有1024768个液晶颗粒（光点）
3. 展望
  
  外观小巧精致，没有闪烁现象，工作电压低、功耗小、节约能源，没有电磁辐射
有哪些常用的图形输入设备？

键盘和鼠标，跟踪球、空间球、数据手套、光笔、触摸屏、数字化仪、图形扫描仪

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