文档介绍：puter Graphics
基本技术
及在生物医学工程中的应用
清华大学生物医学工程研究所
王广志
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第一章:绪论
计算机图形学的发展与应用
一、计算机图形学:
计算机图形学是一门研究利用计算机对物体的模型及对应的图像进行生成、存取和管理的计算机应用学科。
计算机图形学已经渗透到人们生产、生活、娱乐、消费的各个方面,没有那个领域可以声称无法从计算机图形的应用中获益!
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计算机图形学与计算机图像 处理、模式识别的关系:
计算机处理图像信息的三大学科:
Computer Image Processing (IP)
Pattern Recognition (PR)
Computer Graphics (CG)
共同特征:
辅助或代替人脑进行工作和决策
IP
PR
CG
描述
图像
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其它相关学科:
Digital Video puter puter Drawing
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二、计算机图形学的发展:
50年代:第一台图形显示器,MIT 旋风一号计算机,类似示波器。
50年代末:SAGE空中防御系统,具有指挥和控制功能的 CRT。
1962:MIT, Ivan, E. Sutherland 博士论文, “Sketchpad: 一个人-机通信的图形系统” puter graphics 术语。
60年代中期:随机扫描CRT
60年代末期:存储管式CRT
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70年代:廉价的集成电路使基于电视技术的光柵图形成为可能,软件算法随之产生。提出了真实感图形学和实体造型技术的概念
1971年Gourand提出“漫反射模型+插值”的思想,被称为Gourand明暗处理。
1975年Phong提出了著名的简单光照模型- Phong 模型。
80年代:高分辨率,大尺寸,彩色显示设备,各种输入设备,软件标准化趋势;与设备无关的驱动程序,各种图形软件包。
Whitted光透视模型,第一次给出光线跟踪算法的范例
1984年,辐射度方法引入计算机图形学中,成功模拟理想漫反射表面间的多重漫反射效果;
光线跟踪算法和辐射度算法的提出,标志着真实感图形的显示算法已逐渐成熟。
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90年代:应用急速膨胀,刺激CG的发展。
功能强大的图形软件
基于图形的设备
图形工作站
3 D真实场景,准确性,真实性,和实时性
与IP和PR的结合
虚拟现实技术:虚拟内窥镜,虚拟演播室
2000-: ??
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三、计算机图形学的应用:
(1)计算机用户接口,图形界面
(2)CAD / CAM / CAPP / CIMS / EDA
(3)科技和管理中的交互绘图(图示图形学)
(4)勘探、测量、地理信息系统,数字化地球
(5)过程控制与系统环境模拟
(6)电子印刷、办公自动化
(7)艺术创作,娱乐,传媒
(8)科学计算可视化
(9)辅助教学与培训
(10)其它
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生物医学工程中计算机图形学的应用:
图形与图像结合,可视化技术的应用为准确的诊断、治疗提供了形象直观的手段,极大地促进了临床医学的发展!
医学成像:超声、CT、MRI等,图像的测量,标注,3D显示等
生理信号的可视化:脑电地形图,体表电位像,红外热像
生理系统模拟:心脏搏动模拟,手术模拟,结合物理建模
图像信息的融合:融合信息的可视化
手术计划系统:X刀,g刀,外科手术导航
人体模型:可视化人体
教学与培训:……
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计算机图形学的研究内容与现状
计算机图形学研究的主要内容:
(1)图形设备的研究:输入、显示、拷贝。
- 彩色、大尺寸、高精度、高速度、低成本
(2)标准化:图形支撑环境的研究。
- 硬件:即插即用,良好的互换性
- 软件:接口标准,功能集定义,与设备无关,
加速算法标准化
(3)交互技术的研究:几乎所有应用都有交互要求,主
要考虑精确度,易用性,效率等方面。
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