计算机图形学复习0

由于需要准备计算机图形学的考试，开始复习计算机图形学，这里将持续为大家带来图形学的基础内容更新和一些例题讲解。希望能够更新完成吧。喜欢的小伙伴可以先关注博主，以免找不到。
重点内容，已加粗

计算机图形学的基本概念

什么是计算机图形学？Computer Graphics，简称为CG，不要说到CG你一脸懵逼。
what is CG？
计算机图形学是一门研究如何用计算机表示，生成，处理，显示图形的学科。

既然是研究图形，需要知道什么是图形？
从名字就可以知道，图形是图形学的研究对象，它是用数学方法描述的图形，比如（点，线，圆。等）
它由哪些构成呢？
图形的基本要素分为几何要素和非几何要素：
几何要素：刻画对象的轮廓，形状等。

非几何：刻画对象的颜色，纹理，材质等。

那么图形的基本要素有了，既然是计算机图形学，如何在计算机当中进行表示呢？
1.点阵法：枚举出图形的所有的点（像素点），这种简称图像。

2.参数法：用数学方法，由图形的形状参数（方程，顶点作表）和属性参数（颜色，线形）来表示图形，简称图形。

图形知道了，那么图像是什么呢？
图像：是人类视觉的基础，是对自然景物的客观反应。是人类认识世界和认识本身的重要来源。
"图"是物体反射或透射光的分布，"像"是人的视觉系统所接受的图在人脑中所形版的印象或认识

上面又说到图形用点阵法表示被成为图像，这二者有何区别呢？
一般而言，图形是用计算机生成的，而图像是用计算机来处理的。

图形和图像的比较：
主要从五个方面入手：
1.表示方法，参数法和点阵法
2.来源，一个是参数绘制的，一个是扫描，拍照得到的
3.适用对象，一个是描绘形状轮廓的，一个是显示细节的
4.成像质量，一个是数字记录，跟分辨率无关，质量好，一个是显示细节的，像素越高，成像质量越好
5.文件大小，当然是点越多的越大咯
具体如下：

计算机图形学的研究内容

计算机图形学主要研究两个问题：
一是如何在计算机中构造一个客观世界——几何(模型)的描述、创建和处理,以“几何”一词统一表述之；
二是如何将计算机中的虚拟世界用最为形象的方式,静态或动态地展现出来——几何的视觉再现,以“绘制”一词统一表述之。
即如何输入计算机和如何输出的两个问题。故也这样认为：计算机图形学 = 几何 + 绘制。

研究对象：
点、线、面、体、场的数学构造方法及其图形显示，及其随时间变化的情况。
研究方法：
CG是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。
研究目的:
利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。

研究内容：
必须建立图形所描述的场景的几何表示，再用某种光照模型，计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果，即：几何+绘制。

计算机图形学的发展

了解计算机图形学的发展有助于学习我们后面的学习，这些东西的时代背景和发明目的。

50年代(酝酿期)

1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风I号（Whirlwind I）计算机的附件诞生了。该显示器用一个类似于示波器的阴极射线管（CRT）来显示一些简单的图形。 CRT的出现为计算机生成和显示图形提供了可能。
1958年美国Calcomp公司由联机的数字记录仪发展成滚筒式绘图仪，GerBer公司把数控机床发展成为平板式绘图仪。在整个50年代，只有电子管计算机，用机器语言编程，主要应用于科学计算，为这些计算机配置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形学处于准备和酝酿时期，并称之为：“被动式”图形学。
到50年代末期，MIT的林肯实验室在“旋风”计算机上开发SAGE空中防御体系，第一次使用了具有指挥和控制功能的CRT显示器，操作者可以用笔在屏幕上指出被确定的目标。与此同时，类似的技术在设计和生产过程中也陆续得到了应用，它预示着交互式计算机图形学的诞生。

60年代(萌芽期，并得到了蓬勃发展)

1962年，MIT林肯实验室的Ivan E.Sutherland 发表了一篇题为“Sketchpad：一个人机交
互通信的图形系统”的博士论文，他在论文中首次使用了计算机图形学“Computer Graphics”这个术语，证明了交互计算机图形学是一个可行的、有用的研究领域，从而确定了计算机图形学作为一个崭新的科学分支的独立地位。
1964年MIT的教授Steven A. Coons提出了被后人称为超限插值的新思想，通过插值四条任意的边界曲线来构造曲面。
同在60年代早期，法国雷诺汽车公司的工程师Pierre Bézier发展了一套被后人称为Bézier曲线、曲面的理论，成功地用于几何外形设计，并开发了用于汽车外形设计的UNISURF系统。Coons方法和Bézier方法是CAGD最早的开创性工作。

70年代(理论发展及标准化)

标准化：1974年，美国国家标准化局（ANSI）在ACM SIGGRAPH的一个与“与机器无关的图形技术”的工作会议上，提出了制定有关标准的基本规则。此后ACM专门成立了一个图形标准委员会，开始制定有关标准。该委员会于1977、1979年先后制定和修改了“核心图形系统”（Core Graphics System）。ISO随后又发布了计算机图形接口CGI(Computer Graphics Interface)、计算机图形元文件标准CGM（Computer Graphics Metafile）、计算机图形核心系统GKS(Graphics Kernel system)、面向程序员的层次交互图形标准 PHIGS（Programmer’s Hierarchical Interactive Graphics Standard）等。这些标准的制定，为计算机图形学的推广、应用、资源信息共享，起到了重要作用。
70年代，计算机图形学另外两个重要进展是真实感图形学和实体造型技术的产生。1970年Bouknight提出了第一个光反射模型，1971年Gourand提出“漫反射模型＋插值”的思想，被称为Gourand明暗处理。1975年Phong提出了著名的简单光照模型-Phong模型。这些可以算是真实感图形学最早的开创性工作。另外，从1973年开始，相继出现了英国剑桥大学CAD小组的Build系统、美国罗彻斯特大学的PADL-1系统等实体造型系统。

80年代(普适期)

出现了更完备的硬件系统，个人计算机、工作站系统。大量图形标准和应用软件也出现了。
但是,图形硬件设备十分昂贵，功能简单。因此，计算机图形学还是一个很小的学科领域。

90年代后(普及期)

标准化、集成化、智能化。
多媒体技术、人工智能、科学计算可视化、虚拟现实。
三维造型技术。
硬件集成化大幅提高。
图形显示设备的发展

#### 60年代中期：画线显示器(矢量显示器):需要刷新,较高分辨率和对比度,良好的动态性能.设备昂贵,限制普及。
#### 60年代后期：存储管式显示器:不需刷新，价格较低，缺点是不具有动态显示、修改图形功能,不适合交互式.
##### 70年代初(推广和应用)：刷新式光栅扫描显示器: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.大大地推动了交互式图形技术的发展。
##### 90年代后(彩色液晶显示器技术走向成熟)n液晶和等离子显示器。

上面这些内容你或许没看，但是学图形学，起码应该记住计算机图形学之父：伊凡·苏泽兰（Ivan Sutherland ）

计算机图形学的应用

下面再介绍一些图形学的应用领域，可能考试的时候问问你学了图形学，你知道有哪些应用领域，不要无话可说把，哈哈。

计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)

这是计算机图形学最广泛、最重要的应用领域。它使工程设计的方法发生了巨大的改变，利用交互式计算机图形生成技术进行土建工程、机械结构和产品的设计正在迅速取代绘图板加工字尺的传统手工设计方法，担负起繁重的日常出图任务以及总体方案的优化和细节设计工作。事实上，一个复杂的大规模或超大规模集成电路板图根本不可能手工设计和绘制，用计算机图形系统不仅能设计和画图，而且可以在较短的时间内完成，将结果直接送至后续工艺进行加工处理。

计算机辅助教学(CAI)

在这个领域中，图形是一个重要的表达手段，它可以使教学过程形象、直观、生动，激发学生的学习兴趣，极大地提高了教学效果。随着微机的不断普及，计算机辅助教学系统已深入到家庭。

计算机动画

传统的动画片都是手工绘制的。由于动画放映一秒钟需要24幅画面，故手工绘制的工作量相当大。而通过计算机制作动画，只需生成几幅被称作“关键帧”的画面，然后由计算机对两幅关键帧进行插值生成若干“中间帧”，连续播放时两个关键帧被有机地结合起来。这样可以大大节省时间，提高动画制作的效率。

管理和办公自动化

计算机图形学在管理和办公自动化领域中应用最多的是绘制各种图形，如统计数据的二维和三维图形、饼图、折线图、直分图等，还可绘制工作进程图、生产调度图、库存图等。所有这些图形均以简明形式呈现出数据的模型和趋势，加快了决策的制定和执行。

国土信息和自然资源显示与绘制

国土信息和自然资源系统将过去分散的表册、照片、图纸等资料整理成统一的数据库，记录全国的大地和重力测量数据、高山和平原地形、河流和湖泊水系、道路桥梁、城镇乡村、农田林地植被、国界和地区界以及地名等。利用这些存储的信息不仅可以绘制平面地图，而且可以生成三维地形地貌图，为高层次的国土整治预测和决策、综合治理和资源开发研究提供科学依据。

科学计算可视化

在信息时代，大量数据需要处理。科学计算可视化是利用计算机图形学方法将科学计算的中间或最后结果以及通过测量得到的数据以图形形式直观地表示出来。科学计算可视化广泛应用于气象、地震、天体物理、分子生物学、医学等诸多领域。

计算机游戏

计算机游戏目前已成为促进计算机图形学研究特别是图形硬件发展的一大动力源泉。计算机图形学为计算机游戏开发提供了技术支持，如三维引擎的创建。建模和渲染这两大图形学主要问题在游戏开发中的地位十分重要。

虚拟现实

虚拟现实技术的应用非常广泛，可以应用于军事、医学、教育和娱乐等领域。虚拟现实是要使人们通过带上具有立体感觉的眼睛、头盔或数据手套，通过视觉、听觉、嗅觉、触觉以及形体或手势，整个融进计算机所创造的虚拟氛围中，从而取得身临其境的体验。例如走进分子结构的微观世界里猎奇，在新设计的建筑大厦图形里漫游等。这也成为近年计算机图形学的研究热点之一。

下面再给大家提供一些本章的练习题，看看你对于本次学习的掌握程度：

1.【单选题】
计算机图形学与计算几何之间的关系是(      )。
A、学术上的同义词
B、计算机图形学以计算几何为理论基础
C、计算几何是计算机图形学的前身
D、两门毫不相干的学科
正确答案：B

2【单选题】
计算机图形学与计算机图像学的关系是(      )。
A、计算机图形学是基础，计算机图像学是其发展
B、同一学科在不同场合的不同称呼而已
C、不同的学科，研究对象和数学基础都不同，但它们之间也有可转换部分
D、完全不同的学科，两者毫不相干
正确答案：C

3【单选题】
下列不属于图形的几何要素的是（     ）。
A、点
B、线
C、体
D、纹理
正确答案：D


4【单选题】
用计算机中用具有灰度或颜色信息的点阵来表示图形的一种方法是（  ），它强调图形由哪些点组成，并具有什么灰度或色彩，一般把它描述的图形叫做（   ）。
A、参数法、图像
B、参数法、图形
C、点阵法、图形
D、点阵法、图像
正确答案：D

5【填空题】
图形学之父是（           ）。
正确答案:伊凡·苏泽兰

6【填空题】
图形的基本要素有（）和（）。
正确答案：几何要素和非几何要素

7【简答题】
什么是计算机图形学？
答案： 计算机图形学就是研究怎样应用计算机表示、生成、处理和显示图形的一门学科。

8【简答题】
简述计算机图形学和图像处理有何联系，有何区别。
答案：
联系：二者都是用计算机来处理图形和图像的，结合紧密且相互渗透。
区别：两者属于不同的技术领域，计算机图形学是通过算法和程序在显示设备上构造图形，是从数据得到图像的过程。
而图像处理是对景物成像后的图形进行处理分析的技术，是从图像到数据的处理过程。

9.简述图形与图像的区别？
主要区别：（1）图形以矢量形式存储，图像以点阵方式存储；
（2）图形存储量小，图像的存储量大；
（3）图形容易编辑修改且不失真，图像不易编辑修改；
（4）图形表示复杂的视图很难，图像较易表示复杂的视图。

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