關于計算機圖形學探究的論文(2)
關于計算機圖形學探究的論文篇二
《關于計算機圖形學的發展及應用探究》
【摘要】計算機圖形學經過三十多年的發展，在計算機藝術、計算機動畫、自然景物仿真、圖形實時繪制的方面都有很大程度的成就。圖形學發展速度很快，并且已經成為一門獨立的學科，應用前景非常廣闊，本文就計算機圖形學的發展及應用研究探討，希望能幫助有所需要的人。
【關鍵詞】計算機圖形學;發展狀況;應用
什么是計算機圖形學?簡單地說，計算機圖形學的主要研究內容就是研究如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理與算法。計算機圖形學又稱CG，計算機圖形學研究的是如何在計算機環境下生成圖形、處理圖形、顯示生成圖形的一門學科，其基本構成是逐步實現對圖形的處理和設計工作。計算機圖形學研究的內容極其繁多，如曲線曲面建模、圖像制作指標、人機交換系統、計算機的硬件系統、風景渲染、電子動畫、圖形交換技術、真實感圖形顯示算法、虛擬現實、圖形硬件等。隨著該項技術的不斷發展，它在計算機科學中最為活躍的分支之一，并得到廣泛的應用。現在介紹計算機圖形學的研究內容、發展歷史、應用和圖形學前沿的方向。
一、計算機圖形學的發展史
20世紀50年代，第一臺擁有圖形顯示技術的計算機在美國麻省理工學院誕生，該顯示器只能顯示一些簡單的圖形。在50年代，只有電子管計算機，用機器語言編程，主要應用于科學計算，為這些計算機配置的圖形設備僅具有輸出功能。1962年，MIT林肯實驗室的I-van.E.Sutherland發表一篇博士論文，他在論文中首次使用了計算機圖形學“ComputerGraphics”這個術語，確定了計算機交互圖形學作為一個嶄新的科學分支的獨立地位。
到20世紀70年代，光柵圖形學迅速發展，區域填充、裁剪、消隱等基本圖形的概念及其相應算法紛紛誕生，使得圖形學得到了廣泛的應用。
進入80年代以來，計算機圖形學在理論研究和實際應用的深度和廣度方面，都取得了令人驕傲的成績。中國的計算機圖形學發展最早可以追溯到二十世紀80年代末期，在清華大學、浙江大學等國家重點大學中的計算機研究所中開始了對計算機圖形技術的研究。我國計算機圖形學的學者們吸收了一批國外圖形學的研究成果，主要有計算機圖形學的基本理論與算法、真實感圖形生成的理論與算法、幾何造就的基本理論與算法，并在科學計算可視化、虛擬現實和不規則物體的造就等研究方向發表了許多具有國際先進水平的論文。
同時由于中國的對外開放，一批批海外計算機方面的專家開始進入中國，為中國計算機事業的發展奠定了最基本的人才基礎。到目前為止，由于計算機的運算速度的加快，使得圖形學的各個研究方向得到充分發展，圖形學已廣泛應用于動畫、CAD/CAM、科學計算可視化、影視娛樂等各個領域。
二、計算機圖形學的應用
(1)科學計算可視化
目前在氣象分析、流體力學、有限元分析及醫學當中，科學計算可視化得到廣泛的應用。特別是在醫學領域，科學計算可視化的發展前途不可限量。目前在醫學上依靠精密機械做腦部手術是一個熱門的話題，而這項技術實施的前提是以可視化為基礎?？梢暬卺t生進行手術時，可以將醫用CT所掃描的數據轉化為圖像，幫助醫生判斷患者體內患處的準確位置，之后通過碰撞一類的技術實現手術效果的反饋?？梢?，未來醫學的各個領域發展中，可視化不可缺少。天氣氣象站利用可視化技術，將大量數據轉化成形象逼真的圖形后，經過仔細分析后可清晰預報幾天之內的天氣情況，得我們的生活和工作帶來極大的方便。
(2)計算機動畫
動畫片是靜態的動態藝術，每一幅圖像之間都存在著一定的局部變化，單純依靠人工識別，工程量太大，而計算機圖像學和計算機硬件恰恰能夠對圖形中不變動和需要變動的圖形進行快速、合理的修改，在一定程度上減少了人力操作。計算機動畫的設計靈感來源于傳統的卡通片，它的制作環節簡單，也就是保持“關鍵幀”的不變，再將連續幀進行組合。計算機動畫內容豐富多彩，生成動畫的方法也多種多樣，如三維自由形體變形，軸變形方法，二維形狀混合等等。隨著信息技術的發展，計算機動畫產業的發展將更加順利。
(3)計算機輔助制造及設計
在工業界計算機圖形學的廣泛應用中，CAU/CAD是最活躍的。土建工程、產品設計及機械結構，包括設計設計船舶的外形、飛機和化工廠、發電廠等布局機電子器件、電子線路等，都離不開計算機圖形學。我們不但要重視生產工程的精確圖形及產品的相應結構，更要重視常用的進行人機修改機交互設計對所涉產品、工程、系統的相關圖形，經過不斷選代設計，利用數據結構輸出零件表、工藝卡、材料表、加工流程、加工數據代碼等指令。計算機圖形學主要應用到電子工業中的集成電路、電子線路、網絡分析及印刷電路板等方面，其優勢十分明顯。
(4)計算機藝術
計算機圖形學在藝術領域中也積極發揮著作用，并利用其優勢在藝術品制造，如中國國畫、各種圖案、花紋及傳統油畫等，積極發揮作用。還廣泛應用于廣告制造、電影及動畫片，其中不乏一些獲得獎項的作品。一些美術設計相關人員通過圖形學對圖像進行熟練處理，從而實現相應的藝術價值和商業要求。
(5)圖形實時繪制與自然景物仿真
重現真實世界的場景即真實感繪制。真實感繪制主要是模擬真實物體的物理屬性，簡單地說，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。在自然景物仿真這項技術中，我們需要過行消除隱藏線及面、明暗效應、紋理、輻射度、顏色模型、光線跟蹤等工作。其中，光照和表面屬性是最難模擬的，而且還必須處理物體表面的明暗效應，以便用不同的色彩灰度來增加圖形的真實感。自然景物仿真在幾何圖形、指揮控制、廣告影視、科學計算等方面應用范圍很廣，單從廣告的精美制造就可以看出來了。
三、計算機圖形學的發展趨勢
計算機圖形學經過三十多年的發展，傲立在科學的前端。經過多年的發展，計算機圖形學不僅已經形成了一門獨立的學科，還廣泛應用于多個領域。通過上文的敘述，我們可以發現計算機圖形學在計算機輔助制造及設計，計算機動畫，計算機動畫等方面的應用，在我們生活中隨處可見，使我們的生活變得豐富多彩?？傊?，計算機圖形學在各個領域的廣泛應用，給人們帶來了很多益處，促進人類文明的進步。
參考文獻
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