计算机图形学网络课程

<p align=center style='text-align:center'><span style='font-family:隶书;
color:#FF9900'>（<span lang=EN-US>c）实体图</span></span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span lang=EN-US><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1033" type="#_x0000_t75" alt="CG_Gif_1_004.gif" style='width:276.75pt;
 height:241.5pt'>
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</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=369 height=322
src="./第一章%20绪论.files/image007.gif" alt="CG_Gif_1_004.gif" v:shapes="_x0000_i1033"><![endif]></span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span style='font-family:隶书;
color:#FF9900'>（<span lang=EN-US>a）工程图</span></span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span lang=EN-US><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1034" type="#_x0000_t75" alt="CG_Gif_1_005.gif" style='width:283.5pt;
 height:261pt'>
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</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=378 height=348
src="./第一章%20绪论.files/image008.gif" alt="CG_Gif_1_005.gif" v:shapes="_x0000_i1034"><![endif]></span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span style='font-family:隶书;
color:#FF9900'>（<span lang=EN-US>b）线框图</span></span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span lang=EN-US><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1035" type="#_x0000_t75" alt="CG_Gif_1_006.gif" style='width:276.75pt;
 height:241.5pt'>
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</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=369 height=322
src="./第一章%20绪论.files/image010.gif" alt="CG_Gif_1_006.gif" v:shapes="_x0000_i1035"><![endif]></span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span style='font-family:隶书;
color:#FF9900'>（<span lang=EN-US>c）实体图</span></span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span style='font-family:隶书;
color:#FF9900'>图<span lang=EN-US>1.3.1 两个三维重建的例子</span></span></p>

<p><span lang=EN-US><![if !supportEmptyParas]>&nbsp;<![endif]><o:p></o:p></span></p>

<p><b><span lang=EN-US style='font-size:10.0pt;font-family:幼圆;color:gray'><a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter1/CG_Txt_1_009.htm"><span
style='text-decoration:none;text-underline:none'><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1036" type="#_x0000_t75" alt="" href="..\CG_Txt_1_009.htm"
 style='width:21pt;height:37.5pt' o:button="t">
 <v:imagedata src="./第一章%20绪论.files/image002.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/material/CG_Gif_pub_021.gif"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=28 height=50
src="./第一章%20绪论.files/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1036"><![endif]></span></a></span></b><b><span
lang=EN-US style='font-family:幼圆;color:gray'><a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter1/CG_Txt_1_009.htm"><span
style='color:gray'>可视化</span></a><o:p></o:p></span></b></p>

<p style='line-height:200%'>科学技术的迅猛发展，数据量的与日俱增使得人们对数据的分析和处理变得越来越困难，人们难以从数据海洋中得到最有用的数据，找到数据的变化规律，提取数据最本质的特征。但是，如果能将这些数据用图形形式表示出来，常常会使问题迎刃而解。<span
lang=EN-US>1986年，美国科学基金会（NSF）专门召开了一次研讨会，会上提出了“科学计算可视化（Visualization in
Scientific Computing，简称为VISC）”。第二年，美国计算机成像专业委员会向NSF提交了“科学计算可视化的研究报告”后，VISC就迅速发展起来了。</span></p>

<p style='line-height:200%'><span lang=EN-US>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 目前科学计算可视化广泛应用于医学、流体力学、有限元分析、气象分析当中。尤其在医学领域，可视化有着广阔的发展前途。机械人和医学专家配合做远程手术是目前医学上很热门的课题，而这些技术的实现的基础则是可视化。可视化技术将医用CT扫描的数据转化为三维图象，并通过一定的技术生成在人体内漫游的图象，使得医生能够看到并准确地判别病人的体内的患处，然后通过碰撞检测一类的技术实现手术效果的反馈，帮助医生成功地完成手术。从目前的研究状况来看，这项技术还远未成熟，离实用还有一定的距离。主要原因是生成人体内漫游图象的三维体绘制技术还没有达到实时的程度，而且现在大多数体绘制技术是基于平行投影的，而漫游则需要真实感更强的透视投影技术，然而体绘制的透视投影技术到还没有很好地解决。另外在漫游当中还要根据CT图象区分出不同的体内组织，这项技术叫Segmentation。目前的Segmentation主要是靠人机交互来完成，远未达到自动实时的地步。</span></p>

<p><span lang=EN-US><![if !supportEmptyParas]>&nbsp;<![endif]><o:p></o:p></span></p>

<p><b><span lang=EN-US style='font-size:10.0pt;font-family:幼圆;color:gray'><a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter1/CG_Txt_1_010.htm"><span
style='text-decoration:none;text-underline:none'><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1037" type="#_x0000_t75" alt="" href="..\CG_Txt_1_010.htm"
 style='width:21pt;height:37.5pt' o:button="t">
 <v:imagedata src="./第一章%20绪论.files/image002.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/material/CG_Gif_pub_021.gif"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=28 height=50
src="./第一章%20绪论.files/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1037"><![endif]></span></a></span></b><b><span
lang=EN-US style='font-family:幼圆;color:gray'><a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter1/CG_Txt_1_010.htm"><span
style='color:gray'>图形实时绘制与自然景物仿真</span></a><o:p></o:p></span></b></p>

<p style='line-height:200%'>在计算机中重现真实世界场景的过程叫做真实感绘制。真实感绘制的主要任务是要模拟真实物体的物理属性，即物体的形状、光学性质、表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置、遮挡关系等等。其中，光照和表面属性是最难模拟的。为了模拟光照，已有各种各样的光照模型。从简单到复杂排列分别是：<span
lang=EN-US><a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_011.htm"><span
style='color:red'>简单光照模型</span></a>、<a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_028.htm"><span
style='color:red'>局部光照模型</span></a>和<a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_043.htm"><span
style='color:red'>整体光照模型</span></a>。从绘制方法上看有模拟光的实际传播过程的光线跟踪法，也有模拟能量交换的辐射度方法。除了在计算机中实现逼真物理模型外，真实感绘制技术的另一个研究重点是加速算法，力求能在最短时间内绘制出最真实的场景。例如求交算法的加速、光线跟踪的加速等等，象包围体树、自适应八叉树都是著名的加速算法。实时的真实感绘制已经成为当前真实感绘制的研究热点，而当前真实感图形实时绘制的两个热点问题则是物体网格模型的面片简化和基于图象的绘制（IBR
Image Based Rendering）。网格模型的面片简化，就是指对网格面片表示的模型，在一定的误差范围内，删除部分点、边、面，从而简化所绘制场景的复杂层度，加快图形绘制速度。IBR完全摒弃传统的先建模，然后确定光源的绘制方法，它直接从一系列已知的图象中生成未知视角的图象。这种方法省去了建立场景的几何模型和光照模型的过程，也不用进行如光线跟踪等极费时的计算。该方法尤其适用于野外极其复杂场景的生成和漫游。</span></p>

<p style='line-height:200%'><span lang=EN-US>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 另外，真实感绘制已经从最初绘制简单的室内场景发展到现在模拟野外自然景物，比如绘制山、水、云、树、火等等。人们提出了多种方法来绘制这些自然景物，比如绘制火和草的粒子系统（Particle
System），基于生理模型的绘制植物的方法，绘制云的细胞自动机方法等。也出现了一些自然景物仿真绘制的综合平台，如德国Lintermann和Deussen的绘制植物的平台Xforg，以及清华大学自主开发的自然景物设计平台。</span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span lang=EN-US><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1038" type="#_x0000_t75" alt="CG_Jpg_1_003.jpg" style='width:419.25pt;
 height:292.5pt'>
 <v:imagedata src="./第一章%20绪论.files/image011.jpg" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter1/CG_Jpg_1_003.jpg"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=559 height=390
src="./第一章%20绪论.files/image012.jpg" alt="CG_Jpg_1_003.jpg" v:shapes="_x0000_i1038"><![endif]></span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span style='font-family:隶书;
color:#FF9900'>图<span lang=EN-US>1.3.2由清华大学自然景物平台生成的野外场景</span></span></p>

<p class=MsoNormal><!--[if gte vml 1]><v:shape id="_x0000_s1026" type="#_x0000_t75"
 alt="CG_Gif_1_007.gif" style='position:absolute;left:0;text-align:left;
 margin-left:0;margin-top:20.4pt;width:198.75pt;height:173.25pt;z-index:1;
 mso-wrap-edited:f;mso-position-horizontal:left' wrapcoords="-82 0 -82 21506 21600 21506 21600 0 -82 0">
 <v:imagedata src="./第一章%20绪论.files/image013.png" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter1/CG_Gif_1_007.gif"/>
 <w:wrap type="square"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img width=265 height=231
src="./第一章%20绪论.files/image014.jpg" align=left hspace=12 alt="CG_Gif_1_007.gif"
v:shapes="_x0000_s1026"><![endif]><span lang=EN-US><span style="mso-spacerun:
yes">&nbsp;&nbsp; </span><!--[if gte vml 1]><v:shape id="_x0000_i1039" type="#_x0000_t75"
 alt="CG_Gif_1_008.gif" style='width:222.75pt;height:173.25pt'>
 <v:imagedata src="./第一章%20绪论.files/image015.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter1/CG_Gif_1_008.gif"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=297 height=231
src="./第一章%20绪论.files/image015.gif" alt="CG_Gif_1_008.gif" v:shapes="_x0000_i1039"><![endif]></span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span lang=EN-US><![if !supportEmptyParas]>&nbsp;<![endif]><o:p></o:p></span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span style='font-family:隶书;
color:#FF9900'>图<span lang=EN-US>1.3.3 日本Yoshinori Dobashi等人绘制的真实感云（Siggraph</span></span><span
lang=EN-US style='mso-ascii-font-family:隶书;mso-fareast-font-family:隶书;
color:#FF9900'>’</span><span lang=EN-US style='font-family:隶书;color:#FF9900'>2000）</span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span lang=EN-US><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1040" type="#_x0000_t75" alt="CG_Gif_1_009.gif" style='width:187.5pt;
 height:290.25pt'>
 <v:imagedata src="./第一章%20绪论.files/image016.png" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter1/CG_Gif_1_009.gif"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=250 height=387
src="./第一章%20绪论.files/image017.gif" alt="CG_Gif_1_009.gif" v:shapes="_x0000_i1040"><![endif]></span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span style='font-family:隶书;
color:#FF9900'>图<span lang=EN-US>1.3.4 Xfrog3.0 生成的挪威云杉</span></span></p>

<p><span lang=EN-US><![if !supportEmptyParas]>&nbsp;<![endif]><o:p></o:p></span></p>

<p><b><span lang=EN-US style='font-size:10.0pt;font-family:幼圆;color:gray'><a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter1/CG_Txt_1_011.htm"><span
style='text-decoration:none;text-underline:none'><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1041" type="#_x0000_t75" alt="" href="..\CG_Txt_1_011.htm"
 style='width:21pt;height:37.5pt' o:button="t">
 <v:imagedata src="./第一章%20绪论.files/image002.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/material/CG_Gif_pub_021.gif"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=28 height=50
src="./第一章%20绪论.files/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1041"><![endif]></span></a></span></b><b><span
lang=EN-US style='font-family:幼圆;color:gray'><a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter1/CG_Txt_1_011.htm"><span
style='color:gray'>计算机动画</span></a><o:p></o:p></span></b></p>

<p style='line-height:200%'>随着计算机图形学和计算机硬件的不断发展，人们已经不满足于仅仅生成 高质量的静态场景，于是计算机动画就应运而生。事实上计算机动画也只是生成一幅幅静态的图象，但是每一幅都是对前一幅做一小部分修改（如何修改便是计算机动画的研究内容），这样，当这些画面连续播放时，整个场景就动起来了。</p>

<p style='line-height:200%'><span lang=EN-US>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 早期的计算机动画灵感来源于传统的卡通片，在生成几幅被称做“关键帧”的画面后，由计算机对两幅关键帧进行插值生成若干“中间帧”，连续播放时两个关键帧就被有机地结合起来了。计算机动画内容丰富多彩，生成动画的方法也多种多样，比如基于特征的图象变形、二维形状混合、轴变形方法、三维自由形体变形(FFD,
Free-Form Deformation)等。</span></p>

<p style='line-height:200%'><span lang=EN-US>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 近年来人们普遍将注意力转向基于物理模型的计算机动画生成方法。这是一种崭新的方法，该方法大量运用弹性力学和流体力学的方程进行计算，力求使动画过程体现出最适合真实世界的运动规律。然而要真正达到真实运动是很难的，比如人的行走或跑步是全身的各个关节协调的结果，要实现很自然的人走路动画，计算方程非常复杂、计算量极大，基于物理模型的计算机动画还有许多内容需要进一步研究。</span></p>

<p style='line-height:200%'><span lang=EN-US>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 20世纪90年代是计算机动画应用辉煌的十年。Disney公司每年都要出一部制作精美的卡通动画片，好莱坞的大片屡屡大量运用计算机生成各种各样精彩绝伦的动画特技效果，广告设计、电脑游戏也频频运用计算机动画。计算机动画也因这些商业应用的大力推动而有了极大的发展。</span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span lang=EN-US><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1042" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:391.5pt;height:209.25pt'>
 <v:imagedata src="./第一章%20绪论.files/image018.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter1/CG_Gif_1_010.gif"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=522 height=279
src="./第一章%20绪论.files/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1042"><![endif]></span></p>

<p align=center style='text-align:center'><span style='font-family:隶书;
color:#FF9900'>图<span lang=EN-US>1.3.5 基于特征的图象变形（猫变虎）</span></span></p>