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。
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。
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。 它预示着交互式计算机图形学的诞生。
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。
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。
1.2
计算机图形学的发展与应用
计算机图形学的发展
1.2.1
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 (puter 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。
1.1.2
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
1.1
计算机图形学概论
计算机图形学研究的主要内容
1.1.1
在计算机中表示图形以及利用计算机进行图形 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。
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。


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。
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。
第1章 计算机图形学与图形处理技术
计算机图形学(puter 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。
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。
1.1.3计算机图形系统的 Nhomakorabea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。