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1、聊城大學環境與規劃學院肖燕肖燕教學要求教學要求了解圖形系統的框架及其涉及的軟件、硬件技術；了解圖形學的基本問題，掌握圖形學的基本概念、方法與算法；對與圖形相關的應用及當前的研究熱點有一個初步認識；具有一定實踐體會和相關的編程能力。2教材：教材：計算機圖形學計算機圖形學原理、方法及應用原理、方法及應用潘云鶴潘云鶴等等高等教育出版社高等教育出版社參考書參考書：1.計算機圖形學（第二版）計算機圖形學（第二版）美美DonaldHearn/M.PaulineBaker著著蔡士杰等譯蔡士杰等譯電子工業出版社電子工業出版社2002年年5月月2.計算機圖形學計算機圖形學王汝傳王汝傳著著人民郵電出版社人民郵電出
2、版社2002年年7月月3.計算機圖形學（第三版）計算機圖形學（第三版）孫家廣孫家廣等等清華大學出版社清華大學出版社1999年年8月月4.計算機圖形學基礎教程計算機圖形學基礎教程孫正興孫正興周良周良鄭宏源鄭宏源著著清華大學出版社清華大學出版社2004年年2月月教材與參考書3n計算機圖形學是計算機科學領域中的一個重要而又年輕的學科，它隨著計算機硬件特別是圖形顯示設備的發展而逐漸產生發展起來的。計算機圖形學主要是研究圖形。它描述的圖形通常是由點、線、面、體等幾何元素幾何元素幾何元素幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何非幾何非幾何非幾何屬性屬性屬性屬性組成。計算機圖形學的簡單介紹計算機圖形學的簡單
3、介紹4n計算機圖形學中有一整套描述幾何元素和色彩的數據結構和算法模型，如Bresenham畫線、畫圓算法；反走樣算法；區域填充算法；Bezier曲線、曲面算法和NURBS曲線、曲面算法；求交算法；消隱算法；明暗效應；顏色模型；紋理、光線跟蹤等。5n計算機圖形學的任務計算機圖形學的任務首先要建立被處理圖形對象的數學模型并把該模型參數輸入、存貯在計算機中；然后再根據人們提出的各種要求，對這一模型進行種種有效的變換和加工處理；最后圖形對象被加工處理后的結果在相應設備上進行顯示、打印，也可以把圖形輸出為點陣方式描述的圖像，以供圖像處理軟件進行二次處理。6課程內容課程內容n第1章計算機圖形學基本知識（教
4、材第計算機圖形學基本知識（教材第1章和第章和第11章）章）n第2章基本圖形的生成與計算基本圖形的生成與計算n第3章圖形變換與輸出圖形變換與輸出n第4章圖形輸入與交互技術圖形輸入與交互技術n第5章真實感圖形顯示（教材第真實感圖形顯示（教材第7章）章）n第6章基本造型方法（教材第基本造型方法（教材第9章和第章和第10章）章）n第7章自由曲線曲面（教材第自由曲線曲面（教材第8章）章）7第一章第一章基本知識基本知識提出問題：n什么是計算機圖形學？n計算機圖形學研究的對象是什么？n計算機圖形學如何發展的？n計算機圖形學應用如何？81.1計算機圖形學及其相關概念計算機圖形學及其相關概念1、什么是計算機圖形
5、學？計算機圖形學？計算機圖形學計算機圖形學是研究怎樣利用計算機來顯示、生成和處理圖形的原理、方法和技術的一門學科。Computer graphicsistheartorscienceofproducinggraphicalimageswiththeaidofcomputer（IEEE定義）特點：新興學科邊緣性學科與傳統理論密切聯系9IEEE 協議的概念IEEE是Institute of Electrical and Electronics Engineers的英文縮寫，它的中文含義是“電器與電子工程師協會”，IEEE是國際工程界非常有名的一個組織。10n圖形圖形：能夠在人的視覺系統中形成視覺印
6、象的客觀對象。（廣義的概念）n圖形的要素幾何要素：刻畫形狀的點、線、面、體等幾何要素非幾何要素：非幾何要素：反映物體表面屬性或材質的明暗、灰度、色彩等反映物體表面屬性或材質的明暗、灰度、色彩等2、計算機圖形學研究的對象是什么？、計算機圖形學研究的對象是什么？11n計算機圖形學所研究圖形的定義：從客觀世界中抽象出來的帶有顏色及形狀信息的圖和形圖和形圖和形圖和形。a11a12a13a14a15a21a22a23a24a25a31a32a33a34a35a41a42a43a44a45a51a52a53a54a55灰度或顏色信息55圖象0 xy直線的參數方程：ax+by+c=0n圖形的表示：點陣法圖象
7、參數法圖形123、與計算機圖形學相關的概念？、與計算機圖形學相關的概念？1.1.計算機圖形計算機圖形 ：用計算機表示、生成、處理和：用計算機表示、生成、處理和顯示的對象。由幾何數據和幾何模型利用計顯示的對象。由幾何數據和幾何模型利用計算機進行存儲、顯示，并修改、完善后形成。算機進行存儲、顯示，并修改、完善后形成。2.2.圖像處理圖像處理 ：將客觀世界中原來存在的物體的將客觀世界中原來存在的物體的影像處理成新的數字化圖像的相關技術。影像處理成新的數字化圖像的相關技術。13n3.3.模式識別模式識別 ：對所輸入的圖像進行分析和對所輸入的圖像進行分析和識別，找出其中蘊涵的內在聯系或抽象模識別，找出其
8、中蘊涵的內在聯系或抽象模型，如郵政分揀、地形地貌識別等。型，如郵政分揀、地形地貌識別等。n4.4.計算幾何計算幾何 ：研究幾何模型和數據處理的：研究幾何模型和數據處理的學科，探討幾何形體的計算機表示、分析學科，探討幾何形體的計算機表示、分析和綜合和綜合 。數數字字圖圖像像數數據據模模型型計算機圖形計算機圖形模式識別模式識別計算幾何計算幾何圖像處理圖像處理141.2計算機圖形學的發展計算機圖形學的發展n計算機圖形學的研究起源于美國麻省理工學院美國麻省理工學院。n1950年，在該校誕生了世界上第一臺圖形顯示器，作為旋風1號計算機的輸出設備。n1959年，美國CALCOMP公司根據打印機原理研制出世
9、界上第一臺滾筒式繪圖儀。n20世紀50年代末期，麻省理工學院在旋風1號計算機上開發了SAGE空中防御系統。15n1962年第一臺光筆交互式圖形顯示器在美國麻省理工學院林肯實驗室研制成功，Ivan E.Sutherland在博士論文中首先提出“計算機圖形學”術語。同年，雷諾汽車公司的工程師Pierre Bzier 提出Bzier曲線、曲面的理論。n1964年，孔斯(Steve Coons)在麻省理工學院提出了孔斯曲面。16Whirlwind1:earlygraphicsusingVectorScope(1951)旋風1號計算機 輸出設備SketchPad:firstinteractivegrap
10、hics(1962)第一臺光筆交互式圖形顯示器1.2計算機圖形學的發展計算機圖形學的發展第一臺圖形顯示器誕生，類似示波器的圖形顯示設備，用它可以顯示簡單的圖形第一臺圖形顯示器誕生，類似示波器的圖形顯示設備，用它可以顯示簡單的圖形 17在美國工業界，研制交互式圖形顯示器的工作也同時開展，其在美國工業界，研制交互式圖形顯示器的工作也同時開展，其中所起作用最重要的是中所起作用最重要的是IBM公司公司。1964年秋，年秋，IBM公司推出了公司推出了IBM2250顯示器。顯示器。洛克希德飛機公司利用洛克希德飛機公司利用IBM2250施行開發的施行開發的CADAM繪圖加工系繪圖加工系統，成為目前統，成為目
11、前IBM主機上應用最廣的主機上應用最廣的CAD/CAM軟件。軟件。IBM2250在在1978年前后改型為年前后改型為IBM3250，1984年又改型為年又改型為IBM5080，采用，采用光柵掃描技術光柵掃描技術。20世紀世紀60年代末和年代末和70年代初，美國年代初，美國Tektronix公司發展了存儲管技術。公司發展了存儲管技術。由于大規模集成電路技術的發展和專用圖形處理芯片的出現，光柵掃描由于大規模集成電路技術的發展和專用圖形處理芯片的出現，光柵掃描型顯示器的質量越來越好，價格越來越低，已成為圖形顯示器的常規型顯示器的質量越來越好，價格越來越低，已成為圖形顯示器的常規形式。形式。1.2計算
12、機圖形學的發展計算機圖形學的發展181.2計算機圖形學的發展計算機圖形學的發展firstCADsystem(IBM1959)191.2計算機圖形學的發展計算機圖形學的發展n20世紀世紀70年代年代光柵圖形學迅速發展光柵圖形學迅速發展區域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應算法紛紛誕生。區域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應算法紛紛誕生。圖形軟件標準化圖形軟件標準化1974年，年，ACMSIGGRAPH的與的與“與機器無關的圖形技術與機器無關的圖形技術”的工作會議。的工作會議。ACM成立圖形標準化委員會，制定成立圖形標準化委員會，制定“核心圖形系統核心圖形系統”（CoreGraphic
13、sSystem）。）。ISO發布發布GKS、PHIGS等。等。真實感圖形學真實感圖形學1970年，年，Bouknight提出了第一個光反射模型。提出了第一個光反射模型。1971年年Gourand提出提出“漫反射模型插值漫反射模型插值”的思想，被稱為的思想，被稱為Gourand明明暗處理。暗處理。1975年，年，Phong提出了著名的簡單光照模型提出了著名的簡單光照模型-Phong模型。模型。201.2計算機圖形學的發展計算機圖形學的發展n20世紀世紀80年代年代n1980年年Whitted提出了一個光透視模型提出了一個光透視模型-Whitted模型，并第一次給出光線跟蹤算法的范例，實現模型，并
14、第一次給出光線跟蹤算法的范例，實現Whitted模型。模型。n1984年，美國年，美國Cornell大學和日本廣島大學的學者分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方法引入到計算機圖形學別將熱輻射工程中的輻射度方法引入到計算機圖形學中。中。n圖形硬件和各個分支均在這個時期飛速發展。圖形硬件和各個分支均在這個時期飛速發展。211.2計算機圖形學的發展計算機圖形學的發展-在中國在中國從從20世紀世紀60年代中后期，我國開始了計算機圖形設備和年代中后期，我國開始了計算機圖形設備和計算機輔助幾何設計方面的研究工作。計算機輔助幾何設計方面的研究工作。（1）1970年我國研制成功了黑白光筆圖形
15、顯示器。年我國研制成功了黑白光筆圖形顯示器。（2）1976年研制成功了彩色光筆圖形顯示器。年研制成功了彩色光筆圖形顯示器。（3）計算機圖形學在我國應用從）計算機圖形學在我國應用從20世紀世紀70年代起步，年代起步，經過多年的發展，已在電子、機械、航空航天、建筑、經過多年的發展，已在電子、機械、航空航天、建筑、造船、輕紡和影視等多個領域中得到了廣泛的應用。造船、輕紡和影視等多個領域中得到了廣泛的應用。221.3計算機圖形學的應用及研究前沿計算機圖形學的應用及研究前沿圖形用戶界面n介于人與計算機之間，人與機器的通信，人機界面（HCI）：軟件硬件n發展：由指示燈和機械開關組成的操縱界面由終端和鍵盤組
16、成的字符界面（80年代）由多種輸入設備和光柵圖形顯示設備構成的圖形用戶界面（GUI）（90年代）PC，工作站，WIMP(W-windows、I-icons、M-menu、P-pointingdevices)界面，所見即所得VR技術（發展方向）23計算機輔助設計與制造計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）-CAD/CAM是計算機圖形學在工業界最廣泛、最活躍的應用領域n飛機、汽車、船舶的外形的設計n發電廠、化工廠等的布局n土木工程、建筑物的設計n電子線路、電子器件的設計n設計結果直接送至后續工藝進行加工處理，如波音777飛機的設計和加工過程24奧迪效果圖和線框圖奧迪汽車奧迪汽車的效果圖和線框圖的效
17、果圖和線框圖25美國波音公司用有關的美國波音公司用有關的CAD系統實現波音系統實現波音777飛機的整體設計和模擬，包括飛機飛機的整體設計和模擬，包括飛機外形、內部零部件的安裝和檢驗。外形、內部零部件的安裝和檢驗。26計算機輔助設計與制造計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）n基于工程圖紙的三維形體重建n定義：定義：從二維信息中提取三維信息，通過對這些信息進行分類、綜合等一系列處理，在三維空間中重新構造出二維信息所對應的三維形體，恢復形體的點、線、面及其拓撲關系，從而實現形體的重建。n優勢：可以做裝配件的干涉檢查、以及有限元分析、仿真、加工等后續操作，代表CAD技術的發展方向.27工程圖及其三維
18、重建結果128工程圖及其三維重建結果229用用AutoCAD軟件制作軟件制作三維模型三維模型30可視化可視化n科學計算可視化(ScientificVisualization)n海量的數據使得人們對數據的分析和處理變得越來越難，用圖形來表示數據的迫切性與日俱增n1986年，美國科學基金會（NSF）專門召開了一次研討會，會上提出了“科學計算可視化（VisualizationinScientificComputing）”n科學計算可視化廣泛應用于醫學、流體力學、有限元分析、氣象分析當中3132可視化可視化n在醫學領域，可視化有著廣闊的發展前途n是機械手術和遠程手術的基礎n將醫用CT掃描的數據轉化為三
19、維圖象，幫助醫生判別病人體內的患處n由CT數據產生在人體內漫游的圖象n可視化的前沿與難點n可視化硬件的研究n實時的三維體繪制n體內組織的識別分割Segmentation33真實感圖形實時繪制與自然景物仿真真實感圖形實時繪制與自然景物仿真n計算機中重現真實世界的場景叫做真實感繪制.n真實感繪制的主要任務是模擬真實物體的物理屬性，簡單的說就是物體的形狀，光學性質，表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對位置，遮擋關系等等.34真實感圖形實時繪制與自然景物仿真真實感圖形實時繪制與自然景物仿真n光照模型:簡單光照模型;局部光照模型;整體光照模型n繪制方法:光線跟蹤;輻射度n加速算法:包圍體樹、自適應八叉
20、樹等等35地理信息系統（地理信息系統（GIS）n建立在地理圖形之上的關于各種資源的綜合信息管理系統n數數字字地地球球，地形數據作為載體，（70）全球信息化.n軍事，政府決策，旅游，資源調查。36地形地貌和自然源圖地形地貌和自然源圖 37娛樂娛樂電腦游戲n實時性n逼實性n蘊含了先進的圖形處理技術電視廣告，節目片頭，科教演示（CAI）“古墓麗影”，“侏羅紀公園”、“皇帝的新衣”、“完美風暴”38圖形學在電影中的應用（圖形學在電影中的應用（1/41/4）n1977nStarWars因其特殊效果獲得了oscar.1978Superman因其特殊效果獲得了因其特殊效果獲得了oscar.39圖形學在電影中
21、的應用（圖形學在電影中的應用（2/42/4）1995nQuakeReleasedbyIdSoftwarenToyStory成為第一部全三維計算機動畫特點的電影；40圖形學在電影中的應用（圖形學在電影中的應用（3/43/4）2000nSonyPlaystationIInWalkingwithDinosaursnDreamworkssShrek與恐龍同行怪物史萊克41計算機動畫（計算機動畫（4/44/4）42多媒體在計算機控制下，對多種媒體信息進行生成、操作、表現、存儲、通信、或集成的信息系統，其中媒體至少應包括一種“連續媒體”及一種“離散媒體”n計算機處理的常見媒體：文本、圖形、圖像、語音、音頻
22、、視頻、動畫n特點：媒體的多樣性、操作的交互性、系統的集成性nCAI，教學娛樂。43VirtualReality（虛擬現實、靈境）虛擬現實、靈境）VirtualReality或稱虛擬環境（VirtualEnvironment)n是用計算機技術來生成一個逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點出發，利用自然的技能和某些設備對這一生成的虛擬世界客體進行瀏覽和交互考察。n輸入輸出設備44虛擬現實（Virtual Reality簡稱VR）虛擬現實是指用立體眼鏡、傳感手套等一系列傳感輔助設施來實現的一種三維現實，人們通過這些設施以自然的方式（如頭的轉動、手的運動等）向計算機送入
23、各種動作信息，并且通過視覺、聽覺以及觸覺設施使人們得到三維的視覺、聽覺等感覺世界。隨著人們不同的動作，這些感覺也隨之改變。45QuickTime技術簡介QuickTime是蘋果公司開發的新一代虛擬現實技術。它是一種基于靜態圖像處理的，在微機平臺上能夠實現的初級虛擬現實技術。它的出現使得以往專業實驗室中成本昂貴的虛擬現實技術的應用普及有了廣闊的前景。假定我們在一室空間進行觀察，室內空間一般有六個面，如果我們獲取了這六個面的許多不同距離，不同方位的實景照片并將它們按照相互的關系有機連接起來，就可以在視覺上形成這個房間整個空間的整體認識，這就是全景概念。視頻文件播放程序46n真實感圖形實時繪制n物體
24、網格模型的面片簡化：對網格面片表示的模型，在一定誤差的精度范圍內，刪除點、邊、面，從而簡化所繪制場景的復雜層度，加快圖形繪制速度。n基于圖象的繪制(IBR，ImageBasedRendering)：完全摒棄傳統的先建模，然后確定光源的繪制的方法。它直接從一系列已知的圖象中生成未知視角的圖象，適用于野外極其復雜場景的生成和漫游。n當前研究熱點47n野外自然景物的模擬n野外場景遠遠復雜于室內場景，繪制難度更大，方法更趨多樣化n主要繪制山、水、云、樹、草、火等等n繪制火的粒子系統（ParticleSystem），基于生理模型的繪制植物的方法，繪制云的細胞自動機方法等48由清華大學自然景物平臺生成的野
25、外場景49日本YoshinoriDobashi等人繪制的真實感云50Xfrog3.0生成的挪威云杉Vb6.0編程生成的樹形圖案51與計算機網絡技術的緊密結合與計算機網絡技術的緊密結合n遠程醫療與診斷n遠程導航與維修n遠程教育52計算機動畫計算機動畫n計算機動畫n計算機動畫近十多年來取得了很大的發展，已滲透到人們生活的各個角落n商業廣告、影視特技/片頭、動畫片n教育、軍事、飛行模擬等n分類n二維動畫n圖象變形n形狀混合53n三維動畫n關鍵幀動畫n變形物體的動畫n過程動畫n關節動畫與人體動畫54基于特征的圖像變形（貓變老虎）計算機動畫也只是生成一幅幅靜態的圖象，但是每一幅都是對前一幅做一小部分修改
26、（如何修改便是計算機動畫的研究內容），這樣，當這些畫面連續播放時，整個場景就動起來了。55我國第一部利用計算機輔助攝制的動畫片是咪咪釣魚，1991年由北方工業大學和北京電視臺合作制作，以二維動畫為主。用386微機和C語言編程，利用數字化儀和攝象機產生關鍵幀，再由計算機在相鄰兩幅關鍵幀之間內插生成中間幀，并自動跟蹤上色。多層畫面疊加在一起，形成完整的畫面。10分鐘的片子，5人小組花了10個月時間。小插曲小插曲56用戶接口用戶接口n用戶接口n用戶接口是人們使用計算機的第一觀感。一個友好的圖形化的用戶界面能夠大大提高軟件的易用性n圖形學已經全面融入計算機的方方面面，很多軟件幾乎可以不看任何說明書，而
27、根據它的圖形、或動畫界面的指示進行操作57n目前幾個大的軟件公司都在研究下一代用戶界面，開發面向主流應用的、自然、高效多通道的用戶界面。研究多通道語義模型、多通道整合算法及其軟件結構和界面范式是當前用戶界面和接口方面研究的主流方向，而圖形學在其中起主導作用。58計算機藝術計算機藝術n計算機藝術n用計算機軟件從事藝術創作n二維平面的畫筆程序（如CorelDraw，Photoshop，PaintShop）n圖表繪制軟件（如Visio:微軟出品的流程圖制作軟件）n三維建模和渲染軟件包（如3DMAX，Maya:TheLordoftheRings）、以及一些專門生成動畫的軟件（如Softimage）見1
28、1章59n優點：優點：n提供多種風格的畫筆畫刷n提供多種多樣的紋理貼圖，甚至能對圖象進行霧化，變形等操作n可以任意修改，取消敗筆n不足：不足：n無法達到傳統繪畫中風格化的藝術效果n很難得到有素描效果、油畫效果的藝術品6061n用于模擬藝術效果，研究方法有別于真實感圖形學n鋼筆素描的生成n鋼筆素描產生于中世紀，從19世紀開始成為一門藝術20世紀90年代開始研究用計算機模擬n中國國畫與書法的生成n非真實感繪制非真實感繪制 （NPR，Non-Photorealistic Rendering）62 Georges Winkenblach繪制的壺和碗（Siggraph96）Salisbury繪制的茶壺（
29、Siggraph97）Oliver Deussen繪制的素描樹分形圖63科學計算可視化科學計算可視化 既可用二維曲線圖表和三維模型，也有彩色高維幾何表示既可用二維曲線圖表和三維模型，也有彩色高維幾何表示 64謝謝大家，下課了，謝謝大家，下課了，出去散散心吧出去散散心吧65CTCT掃描的工作原理是什么？掃描的工作原理是什么？nX射線圍繞著人體掃描，在穿過人體之后，X線投射在隨X線球管一起運動或靜止不動的一系列探測器上，對掃描的體積斷面所采集X線信息，通過先進的計算技術（Fourier轉換，反投射法）轉換成二維的圖像。盡管CT技術較X線平片復雜，基本原理是一樣的，即高密度的物質阻擋X射線的穿透。6
30、6數字地球：數字地球：1998年年1月月31日美國副總統戈爾在洛杉機加利福尼亞科學中心日美國副總統戈爾在洛杉機加利福尼亞科學中心召開的地理信息系統年會上提出了這一設想。召開的地理信息系統年會上提出了這一設想。比如，可以設想一個小孩來到地方博物館的一個數字地球陳列室，比如，可以設想一個小孩來到地方博物館的一個數字地球陳列室，當她戴上頭盔顯示器，她將看到就象是出現在空中的地球。使用當她戴上頭盔顯示器，她將看到就象是出現在空中的地球。使用“數據數據手套手套”，她開始放大景物，伴隨越來越高的分辨率，她會看到大洲，隨，她開始放大景物，伴隨越來越高的分辨率，她會看到大洲，隨之是區域、國家、城市、最后是房屋
31、、樹木以及其它各種自然和人造物之是區域、國家、城市、最后是房屋、樹木以及其它各種自然和人造物體。在發現自己特別感興趣的某地塊時，她可乘上體。在發現自己特別感興趣的某地塊時，她可乘上“魔毯魔毯”，即通過地，即通過地面三維圖象顯示去深入查看。當然，地塊信息只是她可以了解的多種信面三維圖象顯示去深入查看。當然，地塊信息只是她可以了解的多種信息中的一種。使用數字地球系統的聲音識別裝置，小孩還可以詢問有關息中的一種。使用數字地球系統的聲音識別裝置，小孩還可以詢問有關的土地覆蓋、植物和動物種類的分布、實時的氣候、道路、行政區線，的土地覆蓋、植物和動物種類的分布、實時的氣候、道路、行政區線，以及人口等方面的
32、信息。在這里，她還可以看到自己以及世界各地的學以及人口等方面的信息。在這里，她還可以看到自己以及世界各地的學生們為生們為“全球項目全球項目”收集的環境信息。這些信息可以無縫地融入數字地收集的環境信息。這些信息可以無縫地融入數字地圖或地面數據里。用數據手套向超連接部分敲擊，她還可以獲得更多的圖或地面數據里。用數據手套向超連接部分敲擊，她還可以獲得更多的有關她所見物體的信息。比如，為了準備全家去國家黃石公園渡假，她有關她所見物體的信息。比如，為了準備全家去國家黃石公園渡假，她策劃一個完美的步行旅游，去觀看剛從書中讀到的噴泉、北美野牛和巨策劃一個完美的步行旅游，去觀看剛從書中讀到的噴泉、北美野牛和巨
33、角巖羊。甚至在離開她家鄉的地方博物館之前，她就可以把要去步行旅角巖羊。甚至在離開她家鄉的地方博物館之前，她就可以把要去步行旅游的地方從頭到尾地瀏覽一遍。游的地方從頭到尾地瀏覽一遍。http:/6768n數字地球數字地球數字地球，實際上就是信息化的地球一個完整的地球虛擬對照體。數字地球將有關地球上每一點的全部信息，按地球的地理坐標加以整理，然后構成一個全球的信息模型。這樣，人們就可以快速、形象、完整地了解地球上的任何點、任何方面的信息，從而實現“信息就在指尖上”的夢想。數字地球的核心思想有兩點，一是用數字化手段統一性地處理地球問題，另一點是最大限度地利用信息資源。它可從兩個層次進行構建：1將地球
34、表面每一點上的固有信息（即與空間位置直接有關的相對固定的信息，如地形、地貌、植被、建筑、水文等）數字化，按地理坐標組織一個三維的數字地球，全面、詳盡地描述我們居住的這個星球。2在三維數字地球的基礎上再嵌入與空間位置有關的相對變動的信息，如人文、經濟、政治、軍事、科技乃至歷史等組成一個意義更加廣泛的多維的數字地球，全方位地為人類服務。69n數字地球是一個龐大而復雜的系統，其建立需要一系列高超的技術：數字地球是一個龐大而復雜的系統，其建立需要一系列高超的技術：衛星遙感技術衛星遙感技術通過大地資源衛星的遙感遙測，對整個地球進行完整的掃描，將地球上任何地點的自然、人造景觀都“疏而不漏”地拍攝下來。超強
35、計算技術超強計算技術對整個地球的數據進行加工處理，并通過虛擬現實技術將其形象地表現出來。當前，超級計算機的運算水平已達每秒數萬億次，2004年時可達100萬億次，因此將地球數字視像化已不成問題。巨量存儲技術巨量存儲技術要將數字地球上所有信息都存儲起來，需要存儲器容量達到1000萬億字節級。目前，硬盤、光盤等的存儲容量為10億字節級，利用納米技術可使硬盤容量達到1萬億字節級，而且激光全息存儲、蛋白質存儲等方面的研究已獲得巨大進展。要存儲數字地球的所有信息，可采用分布存儲的方式，把大量的數據分散在成千上萬個的數據庫里。高速網絡技術高速網絡技術數字地球上的數據分散在成千上萬個機構的數據庫里，就要求當
36、某一個服務器要利用這些數據時，能迅速地把所要數據從四面八方調來。因此需要用高速網絡把各個節點連接起來。當前正在試驗每秒能傳輸10億比特的寬帶網絡，未來的信息高速公路其傳輸速率可達每秒1萬億1000萬億比特。70n數字地球中包含有高分辨率的衛星圖像、數字化地圖以及社會、經濟和人口方面的信息，因而具有極高的應用價值。例如，利用數字地球的數據，可掌握各地的治安狀況，有助于恰當部署警力打擊犯罪；可模擬環境變化對瀕危物種的影響，以便于采取有效措施保護生態多樣性；掌握作物病蟲害及其生長情況，可以科學施藥、施肥、灌水，可以提高作物產量。另外，學者們可以利用數字地球開展學術研究，包括了解人類和環境之間的相互依賴的關系等。71
第一章-計算機圖形學基本知識
