關(guān)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)探究的論文(2)
關(guān)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)探究的論文篇二
《關(guān)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用探究》
【摘要】計(jì)算機(jī)圖形學(xué)經(jīng)過三十多年的發(fā)展，在計(jì)算機(jī)藝術(shù)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、自然景物仿真、圖形實(shí)時(shí)繪制的方面都有很大程度的成就。圖形學(xué)發(fā)展速度很快，并且已經(jīng)成為一門獨(dú)立的學(xué)科，應(yīng)用前景非常廣闊，本文就計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用研究探討，希望能幫助有所需要的人。
【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)圖形學(xué);發(fā)展?fàn)顩r;應(yīng)用
什么是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)?簡單地說，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容就是研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)又稱CG，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的是如何在計(jì)算機(jī)環(huán)境下生成圖形、處理圖形、顯示生成圖形的一門學(xué)科，其基本構(gòu)成是逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的處理和設(shè)計(jì)工作。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的內(nèi)容極其繁多，如曲線曲面建模、圖像制作指標(biāo)、人機(jī)交換系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)、風(fēng)景渲染、電子動(dòng)畫、圖形交換技術(shù)、真實(shí)感圖形顯示算法、虛擬現(xiàn)實(shí)、圖形硬件等。隨著該項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展，它在計(jì)算機(jī)科學(xué)中最為活躍的分支之一，并得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容、發(fā)展歷史、應(yīng)用和圖形學(xué)前沿的方向。
一、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展史
20世紀(jì)50年代，第一臺(tái)擁有圖形顯示技術(shù)的計(jì)算機(jī)在美國麻省理工學(xué)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(jì)算機(jī)，用機(jī)器語言編程，主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算，為這些計(jì)算機(jī)配置的圖形設(shè)備僅具有輸出功能。1962年，MIT林肯實(shí)驗(yàn)室的I-van.E.Sutherland發(fā)表一篇博士論文，他在論文中首次使用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)“ComputerGraphics”這個(gè)術(shù)語，確定了計(jì)算機(jī)交互圖形學(xué)作為一個(gè)嶄新的科學(xué)分支的獨(dú)立地位。
到20世紀(jì)70年代，光柵圖形學(xué)迅速發(fā)展，區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形的概念及其相應(yīng)算法紛紛誕生，使得圖形學(xué)得到了廣泛的應(yīng)用。
進(jìn)入80年代以來，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在理論研究和實(shí)際應(yīng)用的深度和廣度方面，都取得了令人驕傲的成績。中國的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展最早可以追溯到二十世紀(jì)80年代末期，在清華大學(xué)、浙江大學(xué)等國家重點(diǎn)大學(xué)中的計(jì)算機(jī)研究所中開始了對(duì)計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的研究。我國計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的學(xué)者們吸收了一批國外圖形學(xué)的研究成果，主要有計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本理論與算法、真實(shí)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(xué)計(jì)算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)和不規(guī)則物體的造就等研究方向發(fā)表了許多具有國際先進(jìn)水平的論文。
同時(shí)由于中國的對(duì)外開放，一批批海外計(jì)算機(jī)方面的專家開始進(jìn)入中國，為中國計(jì)算機(jī)事業(yè)的發(fā)展奠定了最基本的人才基礎(chǔ)。到目前為止，由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度的加快，使得圖形學(xué)的各個(gè)研究方向得到充分發(fā)展，圖形學(xué)已廣泛應(yīng)用于動(dòng)畫、CAD/CAM、科學(xué)計(jì)算可視化、影視娛樂等各個(gè)領(lǐng)域。
二、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用
(1)科學(xué)計(jì)算可視化
目前在氣象分析、流體力學(xué)、有限元分析及醫(yī)學(xué)當(dāng)中，科學(xué)計(jì)算可視化得到廣泛的應(yīng)用。特別是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)計(jì)算可視化的發(fā)展前途不可限量。目前在醫(yī)學(xué)上依靠精密機(jī)械做腦部手術(shù)是一個(gè)熱門的話題，而這項(xiàng)技術(shù)實(shí)施的前提是以可視化為基礎(chǔ)?？梢暬卺t(yī)生進(jìn)行手術(shù)時(shí)，可以將醫(yī)用CT所掃描的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像，幫助醫(yī)生判斷患者體內(nèi)患處的準(zhǔn)確位置，之后通過碰撞一類的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手術(shù)效果的反饋。可見，未來醫(yī)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展中，可視化不可缺少。天氣氣象站利用可視化技術(shù)，將大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成形象逼真的圖形后，經(jīng)過仔細(xì)分析后可清晰預(yù)報(bào)幾天之內(nèi)的天氣情況，得我們的生活和工作帶來極大的方便。
(2)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫
動(dòng)畫片是靜態(tài)的動(dòng)態(tài)藝術(shù)，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(shí)別，工程量太大，而計(jì)算機(jī)圖像學(xué)和計(jì)算機(jī)硬件恰恰能夠?qū)D形中不變動(dòng)和需要變動(dòng)的圖形進(jìn)行快速、合理的修改，在一定程度上減少了人力操作。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的設(shè)計(jì)靈感來源于傳統(tǒng)的卡通片，它的制作環(huán)節(jié)簡單，也就是保持“關(guān)鍵幀”的不變，再將連續(xù)幀進(jìn)行組合。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫內(nèi)容豐富多彩，生成動(dòng)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(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將更加順利。
(3)計(jì)算機(jī)輔助制造及設(shè)計(jì)
在工業(yè)界計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的廣泛應(yīng)用中，CAU/CAD是最活躍的。土建工程、產(chǎn)品設(shè)計(jì)及機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)船舶的外形、飛機(jī)和化工廠、發(fā)電廠等布局機(jī)電子器件、電子線路等，都離不開計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。我們不但要重視生產(chǎn)工程的精確圖形及產(chǎn)品的相應(yīng)結(jié)構(gòu)，更要重視常用的進(jìn)行人機(jī)修改機(jī)交互設(shè)計(jì)對(duì)所涉產(chǎn)品、工程、系統(tǒng)的相關(guān)圖形，經(jīng)過不斷選代設(shè)計(jì)，利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)輸出零件表、工藝卡、材料表、加工流程、加工數(shù)據(jù)代碼等指令。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主要應(yīng)用到電子工業(yè)中的集成電路、電子線路、網(wǎng)絡(luò)分析及印刷電路板等方面，其優(yōu)勢十分明顯。
(4)計(jì)算機(jī)藝術(shù)
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在藝術(shù)領(lǐng)域中也積極發(fā)揮著作用，并利用其優(yōu)勢在藝術(shù)品制造，如中國國畫、各種圖案、花紋及傳統(tǒng)油畫等，積極發(fā)揮作用。還廣泛應(yīng)用于廣告制造、電影及動(dòng)畫片，其中不乏一些獲得獎(jiǎng)項(xiàng)的作品。一些美術(shù)設(shè)計(jì)相關(guān)人員通過圖形學(xué)對(duì)圖像進(jìn)行熟練處理，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的藝術(shù)價(jià)值和商業(yè)要求。
(5)圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真
重現(xiàn)真實(shí)世界的場景即真實(shí)感繪制。真實(shí)感繪制主要是模擬真實(shí)物體的物理屬性，簡單地說，就是物體的形狀，光學(xué)性質(zhì)，表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對(duì)位置，遮擋關(guān)系等等。在自然景物仿真這項(xiàng)技術(shù)中，我們需要過行消除隱藏線及面、明暗效應(yīng)、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(yīng)，以便用不同的色彩灰度來增加圖形的真實(shí)感。自然景物仿真在幾何圖形、指揮控制、廣告影視、科學(xué)計(jì)算等方面應(yīng)用范圍很廣，單從廣告的精美制造就可以看出來了。
三、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展趨勢
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)經(jīng)過三十多年的發(fā)展，傲立在科學(xué)的前端。經(jīng)過多年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)不僅已經(jīng)形成了一門獨(dú)立的學(xué)科，還廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。通過上文的敘述，我們可以發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在計(jì)算機(jī)輔助制造及設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫等方面的應(yīng)用，在我們生活中隨處可見，使我們的生活變得豐富多彩?？傊?jì)算機(jī)圖形學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，給人們帶來了很多益處，促進(jìn)人類文明的進(jìn)步。
參考文獻(xiàn)
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