计算机图形学---学习笔记

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第一章 绪论

1.1 计算机图形学及其相关概念

计算机图形学的定义：

计算机图形学（Computer Graphics）是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。国际标准化组织（ISO）定义它为：计算机图形学是研究通过计算机将数据转换成图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术。

计算机图形学的研究对象是图形：

颜色信息及形状信息的图和形。

图形和图像的区别：

计算机中表示带有颜色及形状信息的图和形常用两种方法：点阵法和参数法。这样，可以进一步细分：把参数法描述的图形叫做图形（Graphics），而把点阵法描述的图形叫做图像（Image）。

1.2 计算机图形学的发展

图形显示设备:随机扫描显示器，存储管式显示器，光栅扫描图形显示器，液晶显示器、等离子显示器和激光显示器等，他们正向着小型化、低电压和数字化方向发展。

图形输入设备：二维图形输入设备（光笔、操纵杆和空间球），三维图形输入设备（用于虚拟现实系统的数据手套）.

1.4 计算机图形学研究动态

计算机动画：

逐帧动画/关键帧动画，一般来说，动画的播放速度要求在15帧/秒以上，电影界的标准是24帧/秒。

三维空间动画类型：刚体动画、变形动画、基于物理的动画、粒子动画、关节动画与行为动画等等。

地理信息系统

人机交互

真实感图形显示:

真实感图形的生成包括场景造型、取景变换、视域裁剪、消除隐藏面和可见面光亮度计算等步骤。

虚拟现实:

虚拟现实(Virtual-reality)系统是由计算机生成的一个实时三维空间。用户在其间可以“自由”地运动，随意观察周围的景物，并可以通过一些特殊的设备与虚拟物体进行交互操作，使用户产生一种身临其境的感觉。

科学计算可视化

并行图形处理:

图形处理技术的并行计算大致可以分为几个层次:1、多计算机的并行图形处理 2、多显卡 3、多GPU

第二章 计算机图形系统及图形硬件

2.1 计算机图形系统概述

计算机图形系统的功能

交互式计算机图形系统应具有计算、存储、交互（对话）、输入和输出等五个方面的功能

图形系统基本功能框图

计算机图形系统的结构

计算机图形系统的结构

图形应用数据结构：对应一组图形数据文件，保存着图形对象的全部描述信息。
图形应用软件：是图形系统的核心部分，包括了各种图形生成和处理技术，是图形技术在各种不同应用中的抽象。
图形支撑软件：由一组公用的图形子程序所组成，它扩展了系统中原有高级语言和操作系统的图形处理功能。

2.2 图形输入设备

键盘、鼠标、光笔、触摸屏、操纵杆、跟踪球和空间球、数据手套、数字化仪、图像扫描仪、声频输入系统和视频输入系统

2.3 图形显示设备

2.3.2 CRT图形显示器

直视存储管图形显示器

光栅扫描的图形显示器

像素（pixel或pel，是picture element的简写）：每个屏幕点称为一个像素。像素信息从应用程序转换并放入帧缓冲区的过程称之为扫描转换过程。
走样：光栅扫描的图形显示器是画点设备，绘制图形时只能用尽可能靠近图形的像素点集来近似表示图形，因而会产生失真。这种失真称为走样。

离子体显示器

液晶显示器

薄片光电显示器

激光显示器

发光二极管显示器

三维观察设备

2.4 图形显示子系统

2.5 图形硬拷贝设备

 常用的图形绘制设备有打印机和绘图仪。打印机是一种点阵设备，可以分为撞击式和非撞击式两种。笔式绘图仪是另一种常见的图形绘制设备，它是一种画线设备，支持矢量设备。笔式绘图仪可以分为平板式绘图仪和滚筒式绘图仪两种。