计算机图像学导论(一)

一.计算机图形学概念：

1.1什么是计算机图形学？（Computer Graphics）

关于计算机图形学的定义众说纷纭。

IEEE 对计算机图形学的定义为：Computer graphicsis the art or science of producing graphical images with the aid of computer。

国际标准化组织 ISO 将计算机图形学定义为：计算机图形学是一门研究通过计算机将数据转换成图形，并在专门显示设备上显示的原理方法和技术的学科。它是建立在传统的图学理论、应用数学及计算机科学基础上的一门边缘学科。

总而言之计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科，这里的图形是指三维图形的处理。

1.2图形和图像

图形和图像辨析

计算机图形学（computer graphics）的基本含义是使用计算机通过算法和程序在显示设备上构造图形。图形是人们通过计算机设计和构造出来的，不是通过摄像机、扫描仪等设备输入的图像。这里的图形可以是现实中存在的图形，也可以是完全虚拟构造的图形。以矢量图的形式呈现，更强调场景的几何表示，记录图形的形状参数与属性参数。例如，工程图纸，其最基本的图形单元是点、线、圆/弧等，其信息包含图元的几何信息与属性信息(颜色、线型、线宽等显式属性和层次等隐式属性)。

图像处理（image processing）则是研究图像的分析处理过程，图像处理研究的是图像增加、模式识别、景物分析等，研究对象一般为二维图像。图像以点阵图形式呈现，并记录每个点的灰度或色彩。例如，照片、扫描图片和由计算机产生的真实感和非真实感图·形等， 最基本的图像单元（pels，picture elements）是点—像素（pixel），其信息实际上是点与它的属性信息(颜色、灰度、亮度等)。

 

1.3计算机图形学发展

20 世纪 50 年代：1946 年 2 月 14 日，世界上第一台电子计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学问世，1950 年第一台图形显示器诞生于麻省理工学院，从此计算机具有了图象显示功能，也开启了图形显示与计算机技术联系的桥梁。

20 世纪 60 年代：1962 年美国 MIT 林肯实验室的 Ivan E.Sutherland 发表了一篇题为“sketchpad：一个人机交互通信的图形系统”的博士论文，首次使用了“Computer Graphics” 这一概念，证明了交互式计算机图形学是一个可行的、有应用价值的研究领域，从而确立了计算机图形学正式成为一个独立学科的分支。随着光栅显示器的诞生，对光栅图形学算法的研究迅速地发展壮大起来，大量基本概念以及相应的算法应运而生。

20 世纪 70 年代：图形学在这一时期进入了兴盛期，光栅图形学算法迅速发展，区域填充、裁剪、消隐等概念及其相应算法纷纷被提出，实用的 CAD 图形系统也开始出现。除此之外，真实感图形学和实体造型技术的产生也是 70 年代计算机图形学的两个重要进展。

20 世纪 80 年代以后：出现了带有光栅扫描显示器的微型计算机和图形工作站，极大的推动了计算机图形学的发展，如 Machintosh、IBM 公司的 PC 及其兼容机，Apollp、Sun 工作站等。随着奔腾 III 和奔腾 IV 系列 CPU 的出现，计算机图形软件功能一开始部分地由硬件实现。高性能显卡和液晶显示屏的使用，高传输率大容量硬盘的出现，特别是 Internet 的普及使得微型计算机和图形工作站在运算速度、图形显示细节上的差距越来越小，这些都为图形学的飞速发展奠定了物质基础。