计算机图形学课本

《计算机图形学：发展历程与关键技术》 计算机图形学是一门涉及多学科的综合性科学，它研究如何使用数字计算机生成、处理和显示图形。这门学科不仅涵盖了基础的数学原理，如几何学，还融合了物理、心理学、艺术等多个领域的知识。计算机图形学的应用范围广泛，从工程设计、游戏开发到电影特效、虚拟现实等领域都有其身影。 ### 计算机图形学的概念 计算机图形学的核心任务是处理两种类型的图形：线条图形和明暗图形。线条图形包括工程图、地图、曲线图表等，而明暗图形则更接近于照片，能够表现出丰富的光影效果。这些图形的生成往往基于原始数据或数学模型，通过计算机的处理，实现从概念到可视化结果的转变。 ### 图形学的基本概念 - **计算机图形**：指用计算机生成、处理和显示图形的过程，涉及到几何数据和模型的创建、显示、存储及后续的修改和完善。 - **图像处理**：侧重于将真实世界的图像转化为数字化图像的技术，例如CT扫描、X射线探伤等。 - **模式识别**：涉及对输入图像的分析与识别，提取图像中的特征，进行分类或识别，如邮政分拣设备、地形地貌识别等。 - **计算几何**：探讨几何模型和数据处理的学科，关注如何在计算机中高效、准确地表示、分析和综合几何形体，以及如何管理和存储这些模型数据。 ### 计算机图形学的发展历程 计算机图形学的起源可追溯至麻省理工学院在上世纪50年代至60年代的研究。该时期，MIT在现代计算机辅助设计与制造技术方面进行了开创性探索，包括第一台数控铣床的诞生、APT数控加工自动编程语言的开发，以及孔斯曲面理论的提出，后者对自由型曲面的表达产生了深远影响，被誉为现代计算机辅助几何设计技术的基石。 #### 显示器技术的演进 - **光笔交互式图形显示器**：1962年在MIT林肯实验室首次研发成功，由Van Sutherland博士论文形式完成，标志着交互式图形界面的开端。 - **IBM 2250显示器**：1964年IBM推出的第一代随机扫描图形终端，配备了光笔和32个功能键，支持程序模块调用，广泛应用于CAD/CAM领域。 - **Tektronix公司**：60年代末至70年代初，该公司发展了存贮管技术，推出的Tektronix 4014显示器在CAD和工程分析中得到广泛应用，以其高分辨率和成本优势著称。 - **光栅扫描型显示器**：80年代初，随着个人计算机的普及，光栅扫描技术得到了广泛应用，不仅提高了显示质量，还降低了成本。这种显示器能够同时呈现高质量的线型图和彩色明暗图，成为了主流的图形显示方式。 ### 结语 计算机图形学的不断发展推动了多个行业的革新，从早期的工程设计到如今的数字娱乐、虚拟现实体验，其影响无处不在。随着技术的不断进步，未来的计算机图形学将在更高维度、更细腻的视觉效果、更真实的互动体验上继续突破，引领新一轮的技术革命。