已解决
如何在计算机中表示图形，以及如何使用计算机生成，处理和显示图形相关的原理和算法，构成了计算机图形学的主要研究内容。 从处理技术的角度来看，图形主要分为两类。 一种是由线组成的图形，例如工程图，轮廓图和曲面线框，另一种是类似于照片的阴影。 ，通常称为逼真的图形。 [2]可以说，计算机图形学的重要研究内容是利用计算机来产生令人愉悦和逼真的图形。 计算机图形学与另一种主题计算机辅助的几何设计紧密相关。 实际上，图形也将能够表示几何场景的曲线和曲面建模技术以及实体建模技术作为其重要的研究内容。 同时，以数字图像的形式提供逼真的图形计算结果，并且计算机图形与图像处理密切相关。 图形和图像这两个概念之间的差异变得越来越模糊，但是我们认为仍然存在差异：图像纯粹是在计算机中以位图的形式指的是灰色信息。 计算机图形学的研究内容非常广泛，例如图形硬件，图形标准，图形交互技术，光栅图形生成算法，曲线和曲面建模，实体建模，逼真的图形计算和显示算法以及科学计算可视化，计算机等。 动画，自然风光模拟，虚拟现实等。作为面向计算机科学的本科和非计算机专业的图形教科书，本书着重介绍与栅格图形，曲线和曲面建模以及逼真的图形生成相关的原理和算法。 一代。 [3]主要构图通常由几何元素（例如点，线，表面，实体）和非几何属性（例如灰度，颜色，线型和线宽）组成。 从构成元素的角度来看，图形主要分为两类。 一种是在构图中具有几何元素显着功能的图形，例如工程图，轮廓图和曲面线框。 另一个是合成中的非几何元素。 在游戏中具有重要作用的图形，例如阴影，阴影，逼真的图形等。计算机图形的主要目的是使用计算机来产生令人愉悦的逼真的图形。 为此，有必要建立图形描述的场景的几何表示，然后使用某个照明模型来计算假想光源，纹理和材质属性下的照明效果。 因此，计算机图形学与计算机辅助几何设计（另一个主题）密切相关。系统。 实际上，图形也将能够表示几何场景的曲线和曲面建模技术以及实体建模技术作为其主要研究内容。 同时，以数字图像的形式提供逼真的图形计算结果，并且计算机图形与图像处理密切相关。 概念上的区别图形和图像之间的区别变得越来越模糊，但是仍然存在区别：图像是计算机中位图形式的纯灰度信息，并且图形包含几何属性，或者更加强调几何 场景的表示由场景的几何模型和场景的物理属性组成。 研究范围计算机图形学的研究内容非常广泛，例如图形硬件，图形标准，图形交互技术，光栅图形生成算法，曲线和曲面建模，实体建模，逼真的图形计算和显示算法，非真实感渲染以及 科学计算可视化，计算机动画，自然风光模拟，虚拟现实等。2学科历史编辑伊凡·萨瑟兰（Ivan Sutherland）1963年，伊凡·萨瑟兰（Ivan Sutherland）在麻省理工学院发表了名为“绘图板”的博士论文，标志着计算机的正式诞生。 图形。 它有四十多年的历史。 以前的计算机主要是符号处理系统。 由于计算机图形学可以使计算机部分表达人的右脑功能，因此计算机图形学的建立具有重要意义。 计算机图形学在以下几个方面取得了长足的进步：智能CAD的发展CAD也显示出智能化的趋势。 就大多数流行的CAD软件而言，主要功能是支持产品图纸和工程图纸的后续阶段。 输出方面，产品设计功能相对薄弱。 AutoCAD最常用的功能是交互式工程图。 如果要设计产品，最基本的就是用AutoLisp语言编写程序，有时还使用其他高级语言来协助编写。 方便。 新一代的智能CAD系统可以实现从概念设计到结构设计的全过程。 例如，德国西门子公司开发的Sigraph Design软件可以实现以下功能：①从一开始，您就可以使用计算机来设计草图，而无需费时费力地输入精确的坐标点，并且可以进行修改 随便你。 一旦确定了结构，就可以给出正确的结构。 图纸尺寸令人满意； ②该软件具有关系数据结构。 更改工程图的一部分时，相关部分自动更改，一个视图中的修改，其他视图中的自动修改，甚至更改零件图，其他零件图和装配图的相关零件的自动修改：③在各个专业领域中，有一些共同的零件和标准件，因此 ，希望有一个参数化的库。 但是，Sigraph不需要编程，只需要画一张图就可以建立自己的库。 ④Sigraph还可以实现产品设计的动态仿真，观察设计的设备在实际操作中是否合理等。 智能CAD的另一个领域是工程图的自动输入和智能识别。 随着CAD技术的迅速推广和应用，各种工厂和设计院需要将长期积累的数千个设计图快速，准确地输入到计算机中。 新产品开发的技术信息。 多年来，CAD中常用的图形输入法是图形数字化仪交互式输入法和鼠标键盘交互式输入法。 在工程领域很难适应输入大量图纸的迫切需求。 因此，基于光电扫描仪的自动图形输入法已成为国内外CAD工作者正在努力探索的新课题。 但是，由于工程图的智能识别涉及计算机硬件，计算机图形学，模式识别和人工智能等高科技内容，因此研究工作更加困难。 工程图的自动输入和智能识别是两个不可分割的过程。 用扫描仪将手绘图输入计算机后，形成点矩阵图像。 在CAD中只能编辑矢量图形，这需要将点矩阵图像转换为矢量图形。 这些任务全部由计算机自动完成。 这带来了许多问题。 如①对图像的智能识别； ②字符的提取与识别； ③建立图形拓扑结构和对图形的理解； ④实用的后处理方法等。 国家自然科学基金会和863计划基金正在支持这一领域的研究。 该领域的一些软件已在国内外投入使用，例如美国的RVmaster，德国的VPmax以及清华大学和东北大学的产品。 但是效果不是很令人满意。 尚未达到预期的效果。 1952年艺术与设计计算机艺术的发展。美国本。 Laposke用模拟计算机制作的波浪图案“电子抽象绘画”预示了计算机艺术的开始（在计算机图形学正式建立之前）。 计算机艺术的发展可以分为三个阶段。 代表作：1960Wiuiam Ferrter为波音公司进行的人体工程学实验的动态模拟。 模拟飞行员在飞机上的各种情况； 肯尼思·恩顿（Kenneth Know Iton）的打印机作品“裸体”（Nude），1963年。日本GTG团队于1967年创作的“回到立方体”。 计算机和计算机图形技术已逐渐成熟，一些大学已开始建立相关主题，一些CAD应用系统和应用程序已经出现。 结果，产生并逐步改进了三维建模系统。 代表作：1983年，美国IBM研究院的Richerd Voss设计了分形山脉（您可以访问网站“ fractal channel hrtp：ttfracta1.126.tom以查找有关“分形”的知识）个人计算机图形系统逐渐成熟， 市场上有大量的商业艺术（设计）软件；以苹果的MAC机和图形系统软件为代表的桌面创意系统已被广泛接受，而CAD已成为艺术设计领域的重要组成部分。 1990年，杰弗里·肖（Jefrey Shaw）的互动图形作品“易读城市”。 计算机设计包括三个方面：环境设计（体系结构，汽车），视觉传达设计（包装），产品设计。 CAD。 艺术的介入分为三个应用级别。 计算机动画艺术1.历史回顾计算机动画技术的发展与许多其他学科的发展紧密相关。 计算机图形学，计算机绘画，计算机音乐，计算机辅助设计，电影技术，电视技术，计算机软件和硬件技术等许多学科的最新成果在促进计算机动画技术的研究和发展中起着非常重要的作用。 它是在打印机和绘图仪上生产的。 直到1960年代后期，才出现了使用计算机显示点矩阵的特性和通过精心设计图案来创建计算机艺术的现象。 从1970年代开始，计算机艺术变得繁荣和成熟。 1973年，于1980年代在东京索尼举行了“首届国际计算机艺术展览会”迄今为止，计算机艺术的发展速度已经远远超出了人们的想象。 在以前的SIGGRAPH年度会议上，代表了计算机图形学的最高水平，精彩的计算机艺术作品层出不穷。 另外，在这段时期的奥斯卡获奖名单上，利用计算机特效制作电影经常出现在名单上，我觉得我与众不同。 在中国，第一届计算机艺术研讨会和作品展览于1995年在北京举行。它概述了计算机艺术在中国的发展，并在促进未来的工作中发挥了重要作用。 玩具总动员2。电影特效计算机动画的重要应用是制作电影特效。 可以说，电影特效的发展与计算机动画的发展是相辅相成的。 1987年，由著名的计算机动画专家Tahlman和他的妻子领导的MIRA实验室制作了一部长达7分钟的计算机动画“ Meet in Montreal”，再现了国际电影明星玛丽莲·梦露的风格。 1988年，在美国电影《谁陷害了罗杰·兔子》中，二维动画人物和真实演员完美结合。 令人叹为观止，令人叹为观止。 使用了大量的计算机动画。 1991年的美国电影《终结者II：世界尽头》展示了出色的计算机技术。 此外，还有“侏罗纪公园”（Jurassic Park），“狮子王”，“玩具总动员”（Toy Story）等。 3.国内形势中国的计算机动画技术起步较晚。 在1990年第11届亚洲运动会上，计算机三维动画技术首次用于制作相关的电视节目名称。 从那时起，计算机动画技术在国内影视制作中得到了飞速发展，随后普及了以3D Studio为代表的三维动画微型计算机软件和以Photostyler，Photoshop等为代表的二维二维图形设计软件。应用 计算机动画技术的兴起在中国掀起了一股浪潮。 2006年，GDC制作了中国第一部3D动画电影《白鲸之戒》。 计算机动画的应用领域非常广泛。 除了制作影视作品外，它在科研，视觉模拟，视频游戏，工业设计，教学培训，照片模拟，过程控制，图形绘画和建筑设计等许多方面都有重要的应用。 军事战术模拟科学计算的可视化是1980年代末期在发达国家提出和开发的新兴技术。 它将科学计算过程中的数据和计算结果转换为几何图形和图像信息，并将其显示在屏幕上。 交互式处理已成为发现和理解科学计算中各种现象的强大工具。 1987年2月，英国国家科学基金会在华盛顿举行了有关科学计算可视化的第一次会议。 会议一致认为，“图形和图像技术在科学计算中的应用是一个全新的领域。” 科学家不仅需要分析计算机获得的计算数据，还需要了解计算机过程中数据的变化。 会议将该技术命名为“科学计算中的可视化”。 科学计算可以看作是图形生成技术和图像理解技术的结合，可以理解发送到计算机的图像数据。 它还可以从复杂的多维数据生成图形。 它涉及以下独立领域：计算机图形学，图像处理，计算机视觉，计算机辅助设计和交互式技术。 科学计算根据其实现的功能可分为三个级别：（1）结果数据的后处理； （2）实时跟踪处理和结果数据显示； （3）实时显示和结果数据的交互处理。 可视化现状这是美国国家航空航天局（Ames）研究中心的一项研究项目，其中包括连接到超级计算机的两个虚拟屏幕。 该共享的分布式虚拟环境用于实现三维不稳定流场。 两个人一起工作，以在一个环境中从不同的视角和方向获得相同的流场数据。 这是国家超级计算机应用中心（NCSA）的一项研究项目。 它是用于在交互式分布式环境中研究大气流体的软件。 PHTHFINDER使用多个连接的模型来研究风暴。 心脏CT数据的动态显示也是NCSA的一项研究项目，该项目利用远程并行计算资源。 使用体绘制技术实现CT扫描三维数据字段的动态显示。 具体内容是显示狗心跳周期的动态图像。 动态模型的可视化这是西北大学的一项研究项目。 它可以显示在非加热气体燃烧中发生的复杂的空间瞬态图像。 火焰位于两个同心圆柱之间。 从内缸喷入可燃气体混合物，燃烧产生的物质通过外筒排出。 芝加哥的伊利诺伊大学开发了在工作站和超级计算机上实现的可视化应用程序软件。 内容是一个七周大的人类胚胎的交互式三维展示，该展示是根据国家健康与医学博物馆获得的数据重建的。 该项目表示可以远程访问人形数据和网络资源中的分布式计算。 美国还将可视化整个人体。 他们将两名志愿者（男性和女性）切成薄片。 将雄性切成1780片，厚度约为1毫米，雌性切成5400片，厚度约为外径。 3mm，数据量非常大。 总之，有以下几点：空气动力学，数学，医学影像学和其他领域。 科学计算可视化的技术水平正在从后处理发展到实时跟踪和交互式控制。 虚拟现实Gibson“虚拟现实”（Virtual Reality）-该术语最初由喷气推进实验室（VPL）的创始人Jaron Lanier在1970年代初期的Myren Kruege实验中提出。 这就是所谓的人工现实。 在威廉·吉布森（William Gibson）于1984年出版的科幻小说《 Neuremanccr》中，它也被称为“ Cyberspaee”。 虚拟现实也称为虚拟现实。 虚拟环境是国家航空航天局和军事部门为模拟而开发的高科技。 它使用计算机图形生成器，位置跟踪器，多功能传感器和控制器来有效地模拟实际场景和情况。 这使观察者能够产生真实而身临其境的感觉。 虚拟环境由硬件和软件组成。 硬件部分主要包括：传感器，Efeeter以及传感器与压印的连接以产生模拟物理环境的特殊硬件。 使用虚拟现实技术生成虚拟现实环境的软件需要完成以下三个功能：建立Actor以及物体的形状和动态模型：建立物体与周围环境之间的牛顿运动定律确定相互作用； 描述周围环境的内容特征。 虚拟现实是指实时生成的计算机。虚拟的三维空间。 这个空间可以像分子和原子的微观世界一样小，也可以像天体的宏观世界一样大，或者它可以是类似于现实社会的生活空间。 它可以是真实的，因此也称为虚拟现实。 用户可以在此三维空间中“自由”走动，随意观察并通过某些设备与虚拟风景进行交互。 互动是多渠道的，自然的。 它可以是手势，眼睛的表情或表达信息的表情。 在这种环境中，用户看到的是计算机生成的逼真的图像，他听到的是虚拟环境中的声音，而人体感觉到的是虚拟环境反馈的力，从而产生了身临其境的感觉。 虚拟现实技术主要研究使用计算机来模拟（构造）三维图形空间并使用户能够自然地与该空间进行交互。 它涉及许多科学知识，并且对3D图形处理技术的要求特别高。 早在1970年代，一个简单的虚拟现实系统就已用于军事领域，以培训驾驶员。 1980年代后，随着计算机软件和硬件技术的进步，它也受到关注并迅速发展。 它最初已应用于航空航天，医学，教育，艺术，建筑和其他领域。 例如，1997年7月，美国国家航空航天局（NASA）的“旅居者”漫游者降落在距地球约1.9亿公里的火星上。 在这辆小型汽车中，没有驾驶员在火星表面缓慢爬行。 它是由地球上的工程师通过虚拟现实系统操纵的。 虚拟现实应用程序1.用于脑部手术计划的双手操作空间界面工具弗尼亚大学根据脑外科医生的工作环境，推出了一种名为Netra的双手操作空间界面工具，可用于脑部手术计划。 通常，系统使用看起来像人头的控制器。 根据他们的专业习惯，脑外科医师可以通过转动人头外部图像的控制器来轻松观察人脑的不同部分。 同时，右侧控制面板的平面可以根据CT或CT来控制人脑的扫描。强磁共振图像生成的人体大脑模型显示了需要通过彩色图像进行着色的真实图像。 观察观点。 2.虚拟环境用于治疗恐惧症。 英国开发的虚拟现实系统可以产生以下虚拟环境：①透明玻璃电梯，②高层建筑阳台。 @焦酒上方的电缆桥架。 为了增强现实感，除了佩戴可以显示三维视图的头盔显示器外，患者还必须站立在专门构建的框架内。 调整电梯。 阳台和电缆桥架的高度会产生不同程度的刺激。 3.虚拟风洞德国国家信息技术研究中心的Kruger等人建立了所谓的“虚拟风洞”来代替风洞实验（由于风洞实验的成本高且难以控制实验） 。 在洞穴中，模拟数据来自运行在高性能工作站上的超级计算机或有限元程序。 使用虚拟风洞，观察者可以戴着LCD开关眼镜轻松观察给定的点和线，并且还可以通过。进行了更详细的研究，极大地促进了人们对物体动力学特性的研究。 4.封闭式战斗训练器封闭式战斗训练器（CCTT）是由Mastagli等人为美军开发的。 它是用于坦克和机械化步兵在真实地形上进行练习的模拟设备。 它不同于通常的虚拟环境和模拟器，它需要建立适合军事训练的大规模，复杂的虚拟环境。 5.虚拟现实技术在建筑中的应用虚拟现实技术在设计中的应用也广泛应用于建筑设计中。 克鲁格和其他人展示了他们在自己发明的虚拟工作平台上设计的未来建筑物。 建筑师通过佩戴的LCD眼镜聚集在一起，看到设计好的三维建筑物，可以方便地添加或移除建筑物的一部分或其他物体。 同时，可以通过数据手套设置不同的光源。 模拟不同时间的阳光和月光。 观察建筑物在不同光线下的设计美感，并与整个环境协调一致。 地理信息系统（GIS：Geographical Information System）是基于地理图形的有关人口，矿产，森林，旅游业和其他资源的综合信息管理系统。 它在发达国家已经在中国被广泛使用，并且中国也进行了广泛的研究和应用。 在地理信息系统中，计算机图形技术用于生成各种资源的高精度图形，包括地理地图，地形图和森林分布。 地图，人口分布图，矿床分布图，天气图，水资源分布图等。地理信息系统为管理和决策者提供了非常有效的支持。 简而言之，虚拟现实技术是一种新的多学科和集成的新技术。 因此，其发展将取决于相关科学技术的发展与进步。 虚拟现实技术的最基本要求是反映场景的实时性质和场景的真实性。实质性。 但总的来说，实时性和真实性常常是矛盾的。 用户界面用户界面是计算机系统中人与计算机之间通信的重要组成部分。 在1980年代，基于WIMP（窗口，图标，菜单和鼠标）的图形用户界面（GUD）大大提高了计算机的可用性，易学性和有效性，并迅速替换了以命令行表示的字符界面，成为当今的 计算机用户界面的主流。 以用户为中心的系统设计思想。 提高人机交互的自然性，提高人机交互的效率和带宽是用户界面的研究方向。 因此提出了多通道用户界面的思想，包括语言，手势输入，头部跟踪，视觉跟踪，立体显示，三维交互技术，感官反馈和自然语言界面等。可以说 人体表面是人机界面。 人体的任何部分都应该成为人机对话的通道。虚拟现实显示是关键，它不仅需要软件来实现，而且更重要的是，硬件实现。 综上所述，虚拟现实的人机交互通道可以分为两个方面：主要的感官通道和主要的功能通道。 虚拟化现实的开发需求将不可避免地推动计算机图形学各个学科的发展。 同样，虚拟现实的发展也将取决于其他学科的发展。 计算机图形学的前景诱人。 形势紧迫（中国仍然相对落后），但仍然可以通过努力来实现。 缩小差距。
