第1章：绪论第2章：图形系统与图形生成第3章：OpenGL编程基础OpenGL以及OpenGL初步编程进行介绍OpenGL中的基本几何图形的绘制第4章：图形观察与变换OpenGL中二维、三维变换等内容第5章：三维物体的表示/曲面基础知识OpenGL中曲线/曲面的内容第6章：真实感图形的生成与处理OpenGL生成光照条件下的真实感图形。

第7章：计算机动画第8章：虚拟现实技术概述：VR系统的特征和应用VR最新发展方向VR1.1计算机图形学概念及研究内容1 定义：计算机图形学（Computer Graphics）是研究怎样用计算机生成、处理和显示图形的一门学科。

生成：在计算机内表示客观世界物体的模型，即图形建模；显示：模型对象在计算机显示设备或其他输出设备上的显示；处理：利用计算机实现客观世界、对象模型和输出图形这三者之间映射的一系列操作和处理过程。

什么是图形？在计算机图形学中，构成图形的要素可以分成两类：•一类是刻画形状的点、线、面、体等几何要素；•一类是反映物体表面属性或材料的明暗、色彩等非几何要素。

图的两种表示方法1，点阵法。

枚举出图形中所有的点来表示，强调图形由点及其点的属性（颜色）构成：像素图、位图或图像。

一般地，一个图像就是一个矩阵，该矩阵的每一个元素都表示图像某行某列一个点的颜色值，矩阵的维数就是图像的宽度和高度点阵图形的特点：常用的点阵图形文件格式：JPEG,BMP, Tif, GIF, PNG2，参数法。

由图形的形状参数和属性参数来表示图形。

参数法生成的图也称为矢量图、图形。

1.形状参数：方程或分析表达式的系数，线段的端点坐标等。

2.属性参数：颜色、线型等。

常用的矢量图形文件格式：DXF,OBJ,3DS图形是指参数法表示的。

图形和图像的含义是完全不同的图像的特点和分类一个整数，其大小称为像素值。

•灰度级分辨率、颜色分辨率图像分为两色图（黑白）、灰度图、彩色图、真彩色图图形的特点色、材质、纹理等可选要素真实感图形计算的结果是以数字图象的方式提供的，计算机图形学也就和图像处理有着密切的关系。

图形软件又分为图形数据模型、图形应用软件和图形支撑软件三部分OpenGL (Open Graphics Library)是由SGI公司设计的一套底层三维图形API。

OpenGL是一个开放图形库，具有良好的可移植性，同时调用方法简洁明了，应用广泛。

OpenGL 是独立于操作系统和硬件环境的三维图形软件库。

由于其开放性和高度的可重用性，目前已成为业界标准.第二章计算机图形系统是进行图形处理的计算机系统，是计算机图形硬件和图形软件的集合。

图形硬件包括具有图形处理能力的计算机主机、图形显示器以及鼠标和键盘等基本交互工具，还有图形输入板、绘图仪、图形打印机等输入输出设备，以及磁盘、光盘等图形存储设备。

图形软件分为图形数据模型、图形应用软件和图形支撑软件三部分。

涵盖了计算机系统软件、高级语言和专业应用软件等方面。

一个计算机图形系统至少应当具有计算、存储、对话、输入、输出五个方面的基本功能。

（1）计算功能：图形系统应能实现设计过程中所需要的计算、变换和分析功能，如直线、曲线、曲面等几何因素的生成，坐标系的几何变换，线段和形体间的求交、裁剪计算以及光、色模型的建立等，都需要快速的计算能力。

（2）存储功能：在计算机的内存、外存中能存放图形数据，尤其是存放形体几何元素（点、边、面、体）之间的连接关系以及各种属性信息，并且可基于设计人员的要求对有关信息进行实时检索、修改、增加、删除等操作（3）对话功能：图形系统应能通过图形显示器及其它人-机交互设备直接进行通信。

人能利用定位、拾取等手段，输入或获取各种参数，同时系统应能领会人的意图，接收各种命令，实现增、删、改等操作，并且人能观察设计结果。

（4）输入功能：把图形设计和绘图过程中的有关定位、定形尺寸及必要的参数和命令输入到计算机中去。

（5）输出功能：图形系统应能在屏幕上显示出设计过程当前的状态，经过增、删、改后的结果，在得到满意的设计结果或其它输出要求时，应能通过绘图仪、打印机等设备实现硬拷贝输出，以便长期保存。

在一个基本的计算机图形系统中，图形输入设备是将用户的图形数据、各种命令转换成电信号传送给计算机，图形输出设备是将计算机处理好的结果转换成图形呈现在用户面前，如图形的显示、绘制和打印。

1) 图形输入设备图形输入设备从逻辑上分为六种图形卡在个人计算机上，将用于图形显示的处理器（DPU）、视频处理控制器、显示处理存储器以及接口电路等集成在一起，单独做成一块板卡，称为图形显示适配器（Graphic Display Adapter,简称显卡）。

工作站工作站是具有高速的科学计算、丰富的图形功能处理、灵活的窗口界面及网络管理功能的交互式计算机系统。

一般地说，工作站具有如下的特点：（1）具有32位或64位字长的CPU，广泛采用精简指令系统（RISC）；（2）配备大容量的内存和外存，运算速度很高，可达20MIPS和5MFLOPS以上；（3）一般采用UNIX及类似的操作系统，配有高性能的窗口管理系统，如Motif或OpenLook 等；（4）具有很强的图形图像处理功能，配有专用的图形图像处理器，大尺寸高分辨率的显示器，如19英寸或21英寸，1280X1024以上的分辨率，颜色深度可达100个位面以上；（5）具有网络功能，支持TCP/IP协议；（6）基本用户是工程和产品的设计师，主要用于工程和产品的设计与绘图、工业模拟和艺术设计等。

CRT主要由电子枪、聚焦系统、偏转系统、和荧光屏四部分组成。

彩色CRT和单色显示器的不同是由于荧光粉的缘故。

目前大多使用的是荫罩式彩色CRT，荫罩（shadow mask）是安装在荧光屏的内侧的上面刻有40多万个孔的薄钢板。

荫罩孔的作用在于保证三束电子共同穿过同一个荫罩孔，准确的激发荧光粉，使之发出红、绿、蓝三色光。

2.2.2 光栅扫描显示原理光栅扫描方式中，电子束总是不断地从左至右、从上到下反复扫描整个屏幕，在扫描过程中，只要在对应时刻在对应位置控制电子束的强度就能显示所要的图形。

电子束横向从左到右扫描一次称为一条扫描线，在每条扫描线末端，电子束返回到屏幕的左边，又开始显示下一条扫描线。

一帧图像是光栅显示系统执行一次全屏幕循环扫描（一次屏幕刷新）所产生的图像。

光栅扫描显示器的屏幕可分为m行扫描线，每行扫描线有n个像素。

这样整个屏幕就分为m n个像素，m n就是显示器的分辨率。

帧缓冲器帧缓冲器或刷新存储器，俗称显示存储器。

/颜色信息的能力。

帧缓冲器的单元个数至少与显示器能显示的像素总数相同，且存储单元一一对应于可寻址的屏幕像素位置。

最简单的光栅扫描系统：除了中央处理器（cpu）以外还使用一个视频控制器或显示控制器来控制显示设备的操作。

帧缓冲器可在系统存储器的任意位置，视频控制器访问帧缓冲器，以刷新屏幕。

除了视频控制器，更复杂的光栅系统运用其它处理器作协处理器和加速器，并执行各种图形操作。

计算机将要显示的图形、图像转化为位图，经过接口电路送入帧缓存，视频控制器控制电子束依照固定的扫描顺序，自上而下，从左到右扫描整个屏幕，同时，把一帧画面中的每个像素的值从帧缓存中读出。

读出的值控制电子束能量的大小，决定像素的亮度。

具有显示处理器的光栅扫描系统：显示处理器的用途是使cpu从图形杂务中解脱出来。

除了系统存储器外，还提供独立的显示处理器存储区域。

上图表示了建立包含独立显示处理器的光栅扫描系统的结构。

显示处理器的主要任务是将应用程序给出的图形定义数字化为一组像素强度值，存放在帧缓冲器，这个过程称扫描转换显示配置是指显示器和显示卡这两方面的内容。

显示器又叫监视器。

最简单显示卡将显示器控制适配器，它将显示处理器、存储器、显示控制器制作在一块板卡或者芯片上，它与显示器一起构成一个显示系统。

显示器从显示标准的角度说，每一种标准都包含有一种或多种显示模式，每一种显示模式都规定了模式的类型、字符尺寸、字符格式、屏幕分辨率、色彩等指标。

显示卡又名显示适配器，当前显示卡主要由显示芯片、显示内存、RAMDAC芯片、输入输出系统接口、显示器插座、连接主板总线的接口等组成。

显卡的主要部件显示主芯片图形处理器，显卡的核心，俗称GPU（类似DPU），它的主要任务是对系统输入的视频信息进行构建和渲染视频控制器，建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应，负责刷新屏幕显示缓存用来存储将要显示的图形信息以及保存图形运算的中间数据显存的大小和速度直接影响着主芯片性能的发挥数字模拟转换器（RAMDAC）它的作用就是把二进制的数字转换成为和显示器相适应的模拟信号显示卡的性能决定一块显示卡的性能高低主要是由显示内存、显示芯片、接口和RAMDAC(数模转换芯片)几部分来决定。

直接影响显示的分辨率及其色彩位数，容量越大，所能显示的分辨率及其色彩位数越高。

RAMDAC：此芯片决定显示器所表现出的分辨率以及图像的显示速度。

芯片：此芯片是决定显示卡性能的重要依据，这种芯片具有二维图像或三维图像的处理功能。

三维模型和三维建模用计算机建立的三维图形称为三维模型。

其建立过程称为三维模型的建立，简称三维建模或者三维造型。

线框模型线框模型是三维形体的框架，是一种较直观和简单的三维表达方式，由描述对象的线段和曲线组成。

表面模型表面模型，也称曲面模型。

曲面模型用来描述曲面的形状，一般是对线框模型经过进一步处理得到的。

实体模型实体模型不仅具有线、面的特征，而且还具有体的特征世界坐标系（World Coordinate System，WCS）是一种固定的坐标系，即原点和各坐标轴的方向固定不变。

当用户以世界坐标的形式输入一个点时，可以采用直角坐标、柱面坐标和球面坐标的方式来实现1、三维笛卡尔坐标：通过使用三个坐标值来指定精确的位置：X、Y 和Z。

2、三维柱坐标：通过XY 平面中与UCS 原点之间的距离、XY 平面中与X 轴的角度以及Z 值来描述精确的位置。

3、三维球坐标：通过指定某个位置距当前UCS 原点的距离、在XY 平面中与X 轴所成的角度以及与XY 平面所成的角度来指定该位置。

模型渲染是将线框模型或者曲面模型加工为真实感图形的过程。

GDI是Windows平台下生成、显示图形、图像的命令库，是应用程序开发的调用接口；OpenGL主要包括三个函数库OpenGL核心库：其中包含了OpenGL最基本的命令函数。

这些函数都以`gl`为前缀。

（115个）OpenGL实用库：它是比OpenGL核心库更高一层的函数库，实用程序库中的所有函数都是由OpenGL的核心库函数编写。

函数都以`glu`为前缀。

（43个）OpenGL辅助库：提供了一些基本的窗口管理函数、事件处理函数和简单的事件函数。

函数都以`aux`为前缀。