《圖形學(xué)和可視化》PPT課件

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1、第9章圖形學(xué)和可視化本章學(xué)習(xí)目標(biāo)◆掌握圖形學(xué)基本概念◆了解圖形系統(tǒng)◆掌握計算機視覺和可視化◆了解圖形用戶界面的程序設(shè)計◆了解人機交互◆了解虛擬現(xiàn)實9.1圖形學(xué)基本概念9.1.1計算機圖形信息的處理計算機圖形學(xué)(ComputerGraphics)：是研究怎樣用計算機構(gòu)造(生成)圖形，并把圖形的描述數(shù)據(jù)(數(shù)學(xué)模型)通過指定的算法轉(zhuǎn)換(處理)成圖形顯示的一門學(xué)科。圖像處理(ImageProcessing)：是將客觀世界中原來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)。模式識別：是當(dāng)圖像信息輸入計算機后，先對它進(jìn)行預(yù)處理和特征抽取等處理；然后對圖像進(jìn)行分析和識別，

2、找出其中蘊涵的內(nèi)在聯(lián)系或抽象模型；最后由計算機按照要求得到該圖像的分類與描述。計算機圖形學(xué)、圖像處理和模式識別三者之間有千絲萬縷的聯(lián)系，彼此相互融合、相互促進(jìn)數(shù)字成像的一般處理過程(1)建立模擬對象的幾何模型。(2)將單個物體進(jìn)行組裝。(3)確定觀察點位置。(4)確定顯示范圍。(5)確定圖形顯示器屏面上的顯示范圍。(6)計算各單元三角形的法向矢量，根據(jù)光照模型確定可見三角形表面的亮度和色彩。(7)顯示所有可見的三角形單元。9.1.2計算機圖形學(xué)的起源從20世紀(jì)50年代初到60年代中，麻省理工學(xué)院開始從事現(xiàn)代計算機輔助設(shè)計/制造技術(shù)的開拓性研究。1963年，麻

3、省理工學(xué)院的LvanE.Sutherland發(fā)表了“畫板(Sketckpad)。1964年孔斯(SteveCoons)提出了用小塊曲面片組合表示自由型曲面時使曲面片邊界上達(dá)到任意高次連續(xù)階的理論方法。20世紀(jì)60年代中期開始，麻省理工學(xué)院、通用汽車公司、洛克西德飛機制造公司、貝爾電話實驗室等都展開了計算機圖形顯示的工作。20世紀(jì)70年代后，相繼出臺了許多圖形標(biāo)準(zhǔn)，圖形軟件的開發(fā)也更加方便，計算機圖形學(xué)發(fā)展趨于成熟。9.1.3計算機圖形學(xué)主要研究的內(nèi)容計算機圖形學(xué)的主要研究對象是點、線、面、體、場的數(shù)學(xué)構(gòu)造方法與其圖形顯示，以及它們隨時間變化的情況。(1)描述

4、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。(4)物體圖形數(shù)據(jù)的運算處理(5)物體圖形數(shù)據(jù)的輸出顯示。(6)實時動畫和多媒體技術(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計算機圖形學(xué)的應(yīng)用1．計算機輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM)2．用戶可視化接口3．地理信息系統(tǒng)與制圖4．過程控制和指揮系統(tǒng)5．計算機動畫和藝術(shù)9.1.5計算機圖形的標(biāo)準(zhǔn)化國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和其他一些機構(gòu)相繼提出了許多計算機圖形學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)都遵循與計算機硬件無關(guān)，能實現(xiàn)程序的可移植性的原則。1．計算機圖形接口(ComputerGraphic

5、sInterface：CGI)2．計算機圖形元文件標(biāo)準(zhǔn)(ComputerGraphicsMetafile：CGM)3．計算機圖形核心系統(tǒng)(GraphicsKernelSystem：GKS)4．初始圖形交換規(guī)范(InitialGraphicsExchangeSpecification：IGES)5．圖形庫(GraphicsLibrary：GL)6．程序員層次交互式圖形系統(tǒng)(Programmer’sHierarchicalInteractiveGraphicsSystem：PHIGS)7．計算機圖形參考模型(ComputerGraphicsReferenceMo

6、del：CGRM)9.1.6常見的圖形圖像格式1．BMP格式2．GIF格式：圖形交換格式(GraphicsInterchangeFormat：GIF)3．JPEG格式：JointPhotographicExpertsGroup4．TIFF格式：TagImageFileFormat5．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9.2圖形系統(tǒng)1．圖形系統(tǒng)的處理器(1)圖形形成(2)圖形顯示2．圖形系統(tǒng)的存儲器3．圖形系統(tǒng)的輸入設(shè)備(1)向量型圖形輸入設(shè)備(2)光柵掃描型圖形輸入

7、設(shè)備4．圖形系統(tǒng)的輸出設(shè)備(1)顯示器(2)打印機(3)繪圖儀9.3計算機視覺和可視化9.3.1人的視覺視覺是人最重要的感覺，它是人的主要感覺來源，因為人認(rèn)識外界信息中70%來自視覺。視覺是一個復(fù)雜的感知和思維過程，視覺器官(眼睛)接受外界的刺激信息，而大腦對這些信息通過復(fù)雜的機理進(jìn)行處理和解釋，使這些刺激具有明確的物理意義。9.3.2計算機視覺計算機視覺(ComputationalVision)就是用各種成像系統(tǒng)代替視覺器官作為輸入敏感手段，由計算機來代替大腦完成處理和解釋。計算機視覺的最終研究目標(biāo)就是使計算機能象人那樣通過視覺觀察和理解世界，具有自主適應(yīng)

8、環(huán)境的能力，這是要經(jīng)過長期努力才能達(dá)到的目標(biāo)。計算機