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1964年，孔斯(S.Coons)提出了用小块曲面片组 合表示自由曲面，使曲面片边界上达到任意高阶连 续的理论方法，称孔斯曲面。此方法受到工业界和 学术界极大重视。法国雷诺公司贝赛尔(P.Bezier) 也提出了Bezier曲线和曲面，并将其成功地用于几 何外形设计，开发了用于汽车外形设计的UNISURF系 统。他们被称为计算机辅助几何设计的奠基人。 1964年，IBM公司推出了第一台交互式光笔输入 显示器设计方案，后经改进，成为IBM 2250显示器， 如图7.1所示。它预示着交互式计算机图形学的诞生。
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输出功能 可显示过程中的状态，修改后的结果，并可硬拷 贝及输出。 对话功能 通过图形显示器及相应人—机交互设备直接进行 人—机通信。用户通过显示器观察设计结果和图 形，通过选择拾取设备，对不满意部分作修改。 系统还可追溯以前的工作步骤，对用户操作执行 的错误给予必要的提示和跟踪。 以上五种功能是一个图形系统所具备的最基 本功能，至于每种功能中有哪些能力，则因不同 系统而异。
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最常用的图形输入设备是键盘和鼠标。人们 一般通过一些图形软件由键盘和鼠标直接在屏幕 上定位和输入图形，如CAD系统就是用鼠标和键盘 命令制作各种工程图的。此外还有跟踪球、空间 球、数据手套、光笔、触摸屏等输入设备。跟踪 球和空间球是根据球在不同方向受到的推或拉的 压力来实现定位和选择。数据手套则是通过传感 器和天线来发送手指的位置和方向的信息。这几 种输入设备在虚拟现实场景的构造和漫游中特别 有用。光笔是一种检测光的装置，它直接在屏幕 上操作，拾取位置。
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计算机图形学的研究内容非常广泛，如图形 硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成 算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计 算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动 画、自然景物仿真、虚拟现实等。 计算机图形学一个主要的目的就是利用计算 机产生令人赏心悦目的真实感图形。为此，必须 建立图形所描述的场景的几何表示，再用某种光 照模型计算在假想的光源、纹理、材质属性下的 光照明效果，所以，计算机图形学与计算机辅助 设计有着密切联系。
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图形处理技术主要应用在计算机辅助设计CAD、 计算机辅助制造CAM、计算机辅助教育CAI、计算机 艺术、计算机模拟、计算可视化、计算机动画和虚 拟现实等领域。CAD是主要应用领域之一。
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7.1.3
计算机图形系统的组成与功能
1.计算机图形系统的组成 计算机图形系统由硬件设备和相应的图形 软件系统两部分组成。 高质量的计算机图形离不开高性能的计算 机图形硬件设备。 图形系统硬件通常由图形处理器，图形输 出设备和输入设备构成。图形处理器是图形系 统结构的重要部件，是连接计算机和显示终端 的纽带。图形处理器具有存储和处理图形的功 能，而且能完成大部分图形函数计算，这大大 减轻了CPU负担，提高了系统显示能力和速度。
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2. 图形系统的功能
图形系统的设计和研制是计算机科学和工程 领域的重要内容。作为一个图形系统，至少应具 有计算、存储、输入、输出、对话等五个方面的 基本功能。
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计算功能
实现设计过程中所需的计算、变换、分析等。 如：图元生成、坐标变换； 存储功能 存放(形体的)几何数据、形体间的关系，并可 对数据实时检索、维护； 输入功能 输入形体的几何参数及各种命令。
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图形输出设备是指可以快速生成和处理图形的显 示系统以及输出到某种介质上永久保存图形的绘图系 统，主要包括显示器、绘图仪、打印机等。 随着计算机系统、图形输入/输出设备的发展， 计算机图形软件也不断更新和完善，目前有许多支持 计算机图形技术的软件系统。如各种子程序包、图形 函数库、甚至是专用的图形系统。随着图形系统的发 展，提出了图形软件标准化的问题。为实现程序的可 移植性，开发出了面向设备的驱动程序包或面向用户 的图形生成及管理程序包。
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7.2
计算机图形学的发展与应用
计算机图形学的发展
7.2.1
计算机图形学的研究起源于美国麻省理工学院 (MIT,Massachusettes Institute of Technology)，20 世纪50年代初到60年代中期，麻省理工学院积极从 事计算机辅助设计/制造技术研究。计算机图形 (Computer Graphics)一词在1962年美国麻省理工学 院林肯实验室的Ivan E.sutherland发表的一篇题为 “Sketchpad:一个人—机通信的图形系统”的博士 论文中首次使用。它证明了交互式计算机图形学是 一个可行的、有用的研究领域，从而确立了计算机 图形学作为一个崭新的学科分支的独立地位。
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7.1.2
计算机图形处理的基本概念
计算机图形处理是指把由概念或数学描述所表 示物体的几何数据或几何模型，用计算机进行显示、 存储、修改、完善及有关操作的过程。 图形处理包括的主要内容有: 几何变换，如平移、旋转、缩放、透视和投影等 曲线和曲面拟合 建模或造型 隐线、隐面消除 阴暗处理 纹理产生 着色
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7.1
计算机图形学概论
计算机图形学研究的主要内容
7.1.1
在计算机中表示图形以及利用计算机进来自图形 的计算、处理和显示的相关原理与算法，构成了计 算机图形学的主要研究内容。 图形通常有点、线、面、体等几何元素和灰度、 色彩、线形线宽等非几何属性组成。
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从处理技术上看，图形主要分为两类： 1.基于线条信息表示的，用于刻划物体形状 的点、线、面、体等几何要素。如工程图、等高 线地图等。 2.反映物体表面属性或材质的灰度颜色等非 几何要素。它侧重于根据给定的物体描述模型、 光照来生成真实感图形。如通过摄像机来生成的 真实感图形。
第7章 计算机图形学与图形处理技术
计算机图形学(Computer Graphics)是利用计算 机研究图形表示、生成、处理、显示的学科。 经过30多年的发展，计算机图形学已成为计算 机科学中最活跃的分支之一，并得到广泛的应用。 本章介绍计算机图形学的研究内容、发展历史、应 用领域和真实感图形的实现技术，对图形学的基本 内容进行介绍。