《计算机图形学》学习笔记（一）：初识图形学

1.初识图形学

计算机图形学概念：研究怎样利用计算机来表示、生成、处理、显示图形的一门学科。

从结构化数据——>图像信号的整个过程都属于图形学的范畴。

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）

Graphics	Image
数据量小	数据量大
结构化，便于编辑修改	无结构，不便于编辑修改
自然景物的表示很困难	不能准确表示自然景物
能准确表示3D景物，易于生成所需的不同视图	3D景物的部分信息已丢失，不能生成不同视图
国际标准：GKS、PHIGS、OpenGL、WMF、CGM等	国际标准：JPEG、JPIG、IPI/IIF、TIFF
绘图软件：AutoCAD、CorelDraw	图像处理软件：Photoshop、Photostyler

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；

图形学研究内容和目标

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

 

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

虚拟现实VR