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ComputerGraphics计算机图形学ForUndergraduateStudentsintheDepartmentofBiomedicalEngineeringSpringof2013第一章绪论计算机图形学是一门研究如何利用计算机生成、处理和显示图形的一门科学模型数据输入计算机分析图形输出计算机图形学分形几何学数字图像处理C++C语言数据结构计算机图形学医学成像技术1.1.1图形的分类一类是基于线条表示的几何图形，如线框图、工程制图、等高线地图等另一类是基于光照、材质和纹理映射表示的真实感图形，如平面静态渲染图，三维动画效果图等1.1计算机图形学的基本概念1.1.2图形的表示方法一、参数法参数法是在设计阶段采用几何方法建立数学模型时，用形状参数和属性参数描述图形的一种方法形状参数可为直线的起点、终点等相关几何参数属性参数则包括线段的颜色、线型、宽度等非几何参数二、点阵法点阵法是在实现阶段用具有颜色信息的像素点阵表示图形的一种方法，描述的图形常称为图像计算机图形学就是研究将图形的表示法从参数法转换到点阵法的一门学科用直线y=kx+b表示的图形用直线y=kx+b表示的图像1.2计算机图形学的确立和发展1946年2月14日，世界上第一台计算机ENIAC在美国问世。1950年，美国麻省理工学院的旋风一号计算机配备了世界上第一台显示器—阴极射线管1963年美国麻省理工学院的IvanE.Sutherland完成了《Sketchpad：一个人机通讯的图形系统》博士学位论文。CRT（CathodeRayTube），是光栅扫描显示器的显示部件，其功能与电视机的显像管类似，主要是由电子枪、聚焦系统、偏转系统、荧光粉层和玻璃外壳五大部分组成1.3.1阴极射线管CRT电子枪聚焦系统偏转系统荫罩电子束荧光屏1.3图形显示器的发展和工作原理1.3.2随机扫描显示器20世纪60年代中期出现并得到推广使用的图形显示器是随机扫描（RandomScan，RS）显示器。随机扫描显示器的电子束的定位和偏转具有随机性，电子束不进行全屏扫描，其轨迹随图像的定义而变化，只在需要的地方轰击荧光屏。图像的定义是存放在文件存储器中的一组画线命令。随机扫描显示器周期性地读取画线命令，依次在屏幕上画出线条，当所有的画线命令都执行完毕后，图像就显示出来。这时随机扫描显示器又返回到第一条命令行进行屏幕刷新。随机扫描显示器可以直接按指定路径画线，所画直线光滑没有锯齿，因而图像清晰，主要用于显示高质量的图像。70年代后期发展了利用CRT本身来存储信息，而且不再需要刷新屏幕的显示器，这就是直视存储管显示器（DirectViewStorageTube，DVST）。DVST使用紧贴在荧光层后的存储栅的电荷分布来存储图形。DVST使用两支电子枪，一支是写电子枪，用来存储图形；另一支是读电子枪，用来图形显示。从表面上看DVST极象是一个长余辉的CRT，一条线一旦画在屏幕上，在长时间内都将是可见的这种显示器的电子束不是直接打在荧光屏上，而是先用写入电子枪将图像信息以正电荷“写”在一个每英寸有250条细丝的存储栅上。读电子枪发出的电子流再把存储栅上的图像“重写”在屏幕上。紧靠着存储栅后面的是收集栅，主要作用是使读出的电子流均匀，并以垂直方向射向屏幕。读电子枪发出的电子流以低速流经收集栅，并被吸引到存储栅上存有图像信息的正电荷上去，而存储栅上的非正电荷部分被排斥。被吸引过去的电子通过存储栅并轰击荧光粉形成图像。1.3.3直视存储显示器由于光栅扫描显示器电子束的强度可以不断变化，所以容易生成颜色连续变化的真实感图像。光栅扫描显示器是画点设备，可看作是一个点阵单元发生器，并可控制每个点阵单元的亮度，这些点阵单元被称为像素（PictureElement，Pixel）1.3.4光栅扫描显示器1、CRT显示器(CathodeRayTube，CRT)2、液晶显示器(liquidcrystaldisplay,LCD)3、等离子显示器(plasmadisplaypanel,PDP)1.3.5显示器的种类CRT显示器LCD显示器PDP显示器1.3.6三维显示器1、二维看三维方法坐标变换方法2、三维立体显示方法立体眼镜方法立体摄影方法三维立体画方法三维显示器1.4计算机图形学的应用计算机图形学是计算机技术与电视技术及图形图像处理技术相互融合的结果近年来，计算机图形学已经在科学、艺术、电影、商业、广告、教学和培训等领域获得广泛的应用计算机辅助设计...