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計算機圖形學研究報告 計算機實訓報告( 二 )

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20世紀50年代:1950年，美國麻省理工學院的旋風I型計算機配備了世界上第一臺顯示器——陰極射線管(CRT)來顯示一些簡單的圖形，使計算機擺脫了單純數值計算的單一用途，能夠顯示簡單的圖形 。此后，計算機有了圖像顯示功能，但不能與圖形交互操作 。此時，計算機圖形學正處于準備和醞釀期，故稱之為” 。
20世紀50年代末，麻省理工學院林肯實驗室在Cyclone計算機上開發了SAGE(半自動地面環境系統)空防御系統 。SAGE于1957年投入試運行 。它已經能夠將雷達信號轉換成顯示器上的圖形，并具有簡單的人機交互功能 。操作人員用光筆點擊屏幕上的目標，就可以獲取敵機的飛行信息 。這是人類第一次用光筆在屏幕上選擇圖形 。1959年，麻省理工學院林肯實驗室首次使用具有指揮控制功能的CRT，“被動”圖形開始走向交互式計算機圖形 。
20世紀60年代:1962年，麻省理工林肯實驗室的Ivan E.Sutherland發表了題為《畫板:人機交互交流的圖形系統》的博士論文，首次使用了“計算機圖形學”的概念，證明了交互計算機圖形學是一個可行且有價值的研究領域，從而確立了計算機圖形學已經正式成為一門獨立學科的分支 。1968年，伊萬·薩瑟蘭發表了一篇題為《頭戴式3D顯示器》的論文 。在頭盔的封閉環境中，利用計算機成像的左右視圖進行匹配，生成立體場景，將人置于虛擬現實中 。伊萬·薩瑟蘭對計算機圖形學技術做出了巨大貢獻，被稱為計算機圖形學的先驅 。1988年，伊萬·薩瑟蘭被授予上午圖靈獎 。而在這期間，光柵圖形算法開始萌芽 。

計算機圖形學研究報告 計算機實訓報告

文章插圖

圖2伊萬·薩瑟蘭
20世紀70年代:這一時期圖形進入繁榮期 。光柵圖形算法發展迅速 。區域填充、裁剪和消隱等概念及其相應算法相繼提出，實用的CAD圖形系統開始出現 。此外，真實感圖形和實體建模技術是20世紀70年代計算機圖形學的兩個重要發展 。1970年，J. Bouknight發表了一篇關于ACM的論文，提出了第一個光反射模型，指出物面的方位是決定物面上某一點光強的主要因素，并利用Lambert漫反射定律計算出物面上各多邊形的光強，用環境光代替光線無法到達的地方 。1971年，Henri Gouraud在IEEE trans.calculator上提出了“漫反射模型+插值”的思想，稱為Gouraud著色，對于多面體模型，先用漫反射模型計算多邊形頂點的亮度，再用增量插值法計算多邊形的其他內部點 。1975年，Phong發表了一篇關于ACM的論文，提出了著名的簡單照明模型“Phong Model” 。Phone模型雖然只是一個經驗模型，但其真實度達到了很好的展示效果 。這些都是最早的寫實圖形的開創性作品 。自1973年以來，出現了英國劍橋大學CAD團隊的Build系統和美國羅徹斯特大學的PADL-1系統等實體建模系統，為CAD領域的發展做出了重要貢獻 。
20世紀70年代，圖形軟件的標準化程度得到提高 。1974年，ACM SIGGRAPH“機器無關圖形技術”工作會議提出了圖形軟件的標準化 。ACM成立了圖形標準化委員會，制定了“核心圖形系統”，ISO發布了CGI、CGM、GKS、PHIGS等一系列圖形標準 。其中，1977年的CKS是國際標準化組織批準的第一個圖形軟件標準，這是一個二維圖形軟件標準 。1986年，ISO發布了程序員級分層交互圖形系統PHIGS，這是一個在工業上廣泛使用的非官方圖形軟件，已經成為事實上的標準 。PHIGS是CKS的延伸，增加了對象建模、色彩企業色彩設置、曲面繪制、圖形管理等功能 。服務于PHIGS向phigs+的擴展；1988年發布的CKS3D是ISO批準的第二個圖形軟件標準，是一個三維圖形軟件標準 。
20世紀80年代以后，出現了具有光柵掃描顯示的微型計算機和圖形工作站，極大地促進了計算機圖形學的發展，如Machintosh、IBM PC及其兼容計算機、Apollp、Sun工作站等 。隨著奔騰III和奔騰IV CPU系列的出現，計算機圖形軟件的功能最初是部分由硬件實現的 。高性能顯卡和液晶屏的使用，高傳輸大容量硬盤的出現，尤其是互聯網的普及，使得微機和圖形工作站在計算速度和圖形顯示細節上的差距越來越小，為圖形的快速發展奠定了物質基礎 。1980年，特納·惠特提出了光學透視模型，并首次給出了光線追蹤算法的實例，實現了惠特模型 。1984年，美國康奈爾大學和日本廣島大學的學者分別將熱輻射工程中的輻射度算法引入計算機圖形學，用輻射度方法成功模擬了理想漫反射表面之間的多重漫反射效應 。以上兩個方案表明，真實感圖形的顯示算法已經逐漸成熟 。20世紀80年代中期以后，隨著超大規模集成電路的發展、計算機計算能力的提高和圖形處理速度的加快，圖形的各個研究方向都得到了充分的發展和廣泛的應用 。

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