计算机图形学实验报告及代码.doc

第 1 章 概述 一、教学目标 通过本章的学习，使学生能够了解计算机图形学的基本概念、研究内容；当前的发展 概况；本门课程的特点和应用。 二、教学要求 1. 了解计算机图形学的概念和研究内容； 2. 了解本门课程的发展概况。 三、教学内容提要 1. 计算机图形学的研究内容 2. 计算机图形学发展概况 3. 计算机图形学特点和应用 4. 计算机图形学当前研究的课题 5. 计算机图形生成和输出的流水线 四、教学重点、难点及解决方法 本章将主要围绕计算机图形学的基本概念进行介绍，介绍研究内容；当前的发展概况； 本门课程的特点和应用等等。 五、课时安排2学时 六、教学设备多媒体 七、检测教学目标实现程度的具体措施和要求通过课堂提问的方式来检测学生对基本概念的掌握程度。 八、教学内容 1.1 计算机图形学的研究内容 计算机图形学(Computer Graphics): 研究通过计算机将数据转换为图形，并在专用显 示设备上显示的原理、方法和技术的学科 。 计算机图形表现形式 (1).线条式(线框架图) 用线段来表现图形，容易反映客观实体的内部结构，如各类工程技术中结构图的表示， 机械设计中零件结构图及电路设计中的电路原理图等。具有面模型、色彩、浓淡和明暗层 次效应，适合表现客观实体的外形或外貌，如汽车、飞机、轮船等的外形设计以及各种艺 术品造型设计等。 (2).真实感面模型图形 跑车靓照 计算机图形分类（空间） (1).二维图形（2D） ：在平面坐标系中定义的图形 (2).三维图形（3D） ：在三维坐标系中定义的图形 计算机图形产生方法 (1).矢量法(短折线法) 任何形状的曲线都用许多首尾相连的短直线（矢量）逼近。 (2).描点法(像素点串接法) 每一曲线都是由一定大小的像素点组成 计算机绘图方式： (1)交互式绘图允许操作者以某种方式（对话方式或命令方式）来控制和操纵图形生成过程，使得图形 可以边生成、边显示、边修改，直至符合要求为止。如 AUTOCAD 等 (2)被动式绘图 图形在生成过程中，操作者无法对图形进行操作和控制。如 C 语言绘图 图形的操作与处理方法（Picture Manipulation）如图形的开窗、裁剪、平移、旋转、放大、缩小、投影等各种几何变换操作的方法及其软件或硬件实现技术。 图形信息的存储，检索与交换技术：如图形信息的各种表示方法、组织形式、存取技 术、图形数据库的管理、图形信息通信等。 人机交互及用户接口技术：如新型定位设备、选择设备的研究；各种交互技术，如构 造技术、命令技术、选择技术、响应技术等的研究，以及用户模型、命令语言、反馈方法、 窗口系统等用户接口技术的研究。 1.2 计算机图形学发展概况 1962年美国麻省理工学院林肯实验室的 Ivan E·Suthland,首先提出了“计算机图形学” （Computer Graphics）这一术语，引入了分层存储符号的数据结构，开发出了交互技术； 可用键盘和光笔实现定位、选项和绘图。奠定了计算机图形学基础。 60年代中期美国、英国、法国的一些汽车、飞机制造业大公司对计算机图形学开展大 规模研究。 60年代后期出现了存储管式显示器，可以进行简单交互。 1.3 计算机图形学特点和应用 特点： 1.计算机产生的图形有规律、光滑。它是按数学方法产生的，规矩整齐，有着像数学 一样的严格性。 2.计算机产生的图形纯净美观、无噪声干扰。 3.通过计算机产生的图形不仅能描绘客观世界的各种对象，也能描绘纯粹是想像的主 观世界中的各种对象。 4.交互式计算机图形显示可由用户控制，产生的图形可修改性强，且速度快、差错少。 应用领域： 1.计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)计算机图形学被用来进行土建工程、 机械结构和产品的设计，包括设计飞机、汽车、船舶的外形和发电厂、化工厂等的布局， 也能够对电子线路或电子器件进行设计。 2.事务管理中交互式绘图 绘制事务管理中的各种图形，如统计数据的二维及三维图形、直方图、线条图、表示 百分比的扇形图等等，还可绘制工作进程图，库存和生产进程图以及大量的其他图形。所 有这些都以简明的形式呈现出数据的模型和趋势以增加对复杂现象的理解并促进决策的制 定。 3.地理信息系统（GIS）地理信息系统是建立在地理图形基础上的信息管理系统，是图形技术、数据库技术以 及管理信息的结合。 4.办公自动化和电子出版技术图形显示技术在办公自动化和事务处理中的使用，有助于数据及其相互关系的有效表 达，因而有利于人们进行正确的决策。利用交互式图形显示技术的支持可以进行资料、文 稿、书刊、手册的编写、修改。制图、制表、分页、排版。 5.计算机辅助教学（CAI）计算机辅助教学系统利用图形显示设备或电视终端，可以有声有色生动地演示物理、 化学、生物、外语等教学内容，让学生（用户）使用人机交互手段，进行学习和研究，绘 图或仿真操作，使整个教学过程直观形象，有利于加深理解所学知识。 6.过程控制 在过程控制中，常常将计算机与现实世界中的其他设备连成一个系统。计算机图形显 示设备常用来显示系统中关键部位的状态，如炼油厂、发电厂的状态显示器可显示出由传 感器送来的压力、温度、电压、电流等数据，从而使操作人员可对异常情况作出反应。 1.4 计算机图形学当前研究的课题 1.造型技术 研究的是如何在计算机中构造出二维、三维物件模 型的基本方法和手段。 2.三维信息重建技术研究一些算法，使得计算机图形系统能自动地将三视图转换成相应的立体图。 3.图形数据库研究如何以基本的图形为数据项而建立起一个能快速查找各个图形的图形库。 4.动态绘图在交互式绘图中，不仅可以在屏幕上对图形进行修改、删除、编辑等，还可以进行动 态分析。 5.CG、CAD、CAM 三者一体化 计算机图形学（CG） 、计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）有机结合 在一起，形成所谓一体化软件。 6.应用软件开发环境的通用化和标准化 用户界面管理系统 UIMS、窗口管理系统、网络文件格式等，并使之通用化和标准化。 7.虚拟现实环境的生成（Virtual Reality 简称 VR） 利用计算机生成一种模拟环境（如飞机驾驶舱、操作现场等） ，通过多种传感、设备使 用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。 8.科学计算可视化 通过对空间数据场构造中间几何图素或用图形绘制技术在屏幕上产生二维图像。 1.5 计算机图形学生成和输出的流水线 再谈矢量法和描点法矢量法-向量图形-简单图形-计算机绘图命令-向量图描点法-点阵图形-复杂图形-文件存储大小-位图 比较：几条自由曲线构成的图形和一幅有炫彩动物的卡通图形 (1) 点阵图形点的信息； (2) 向量图形的尺寸变化； 九、作业课后习题 十、本章小结 在本章中，对计算机图形学的基本概念和研究内容进行了概述，对发展概况和应用领 域进行了说明。第2章 计算机图形系统 一、教学目标 通过对本章的学习，要求熟悉计算机图形系统的组成/各种图形显示器、图形输入/输 出设备。 二、教学要求 1、了解计算机图形系统的组成； 2、了解计算机图形输入/