李谷偉

摘 要：隨著早期的圖形圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，而逐步形成了集二維和三維一體的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，經(jīng)過這么多年的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已成為一門獨(dú)立的學(xué)科，并在科學(xué)研究中占據(jù)了非常重要的地位。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 圖形學(xué) 應(yīng)用

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0020-01

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（Computer Graphics，通常簡稱為CG）是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(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。一般的圖形可以由點(diǎn)、線、面、體等元素組成，還可以通過對圖形的飽和度、色相、明暗對比度進(jìn)行調(diào)整；如果把三維圖形看成是由二維圖形在多維空間中變換而來的，那么計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的就是這個(gè)變換過程是如何進(jìn)行的；本文主要從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域以及前景兩方面進(jìn)行簡要的分析。

1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域

1.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）領(lǐng)域

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)最為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域之一，它包括了土木工程、機(jī)械工業(yè)以及制造加工業(yè)等方面。概括起來總體分為以下幾個(gè)方面。

（1）人機(jī)交互系統(tǒng)方面的應(yīng)用；通過精確的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)，最終通過反復(fù)的修改設(shè)計(jì)，從而輸出材質(zhì)單以及加工流程和數(shù)據(jù)加工代碼。

（2）電子工業(yè)方面的應(yīng)用；在這個(gè)方面，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)具備了很大的優(yōu)勢，因?yàn)榇笮偷碾娮与娐钒宀豢赡苡珊唵蔚娜斯な掷L去完成，而計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)不僅能完成這項(xiàng)任務(wù)，還可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成。

（3）航天工業(yè)方面的應(yīng)用；美國波音公司的777飛機(jī)利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)對機(jī)身進(jìn)行整體設(shè)計(jì)以及建立模型，最后包括機(jī)身各零部件的組裝和模擬。

（4）三維建模方面的應(yīng)用；通過計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)可以很簡單的對二維信息向三維立體轉(zhuǎn)變，不過對三維圖形的重建主要是以多面體為主，任意曲面體的重建至今還是個(gè)難題。

1.2 科學(xué)計(jì)算的可視化應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對復(fù)雜數(shù)據(jù)的理解和研究變得更加困難，在傳統(tǒng)不可見的方式下，很難對一些數(shù)據(jù)進(jìn)行透徹的分析，在這個(gè)時(shí)候，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的可視化。目前科學(xué)計(jì)算的可視化在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用很廣，尤其是在醫(yī)學(xué)方面最為廣泛；可視化技術(shù)讓醫(yī)用CT在掃描的時(shí)候，將對象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為三維立體的效果，讓醫(yī)生更加直觀的看到患者的問題所在，還可以提供各項(xiàng)碰撞反饋，不過這項(xiàng)研究目前來講還很不成熟。

1.3 圖形的繪制與實(shí)物仿真

圖形的繪制與實(shí)物仿真最主要體現(xiàn)在仿真兩個(gè)字上，簡單的來說，就是把周圍事物、景觀、人等等真實(shí)的模擬出來，但是難點(diǎn)在于如何形象真實(shí)的體現(xiàn)這些對象，因此真實(shí)感很重要。對一個(gè)物體的模擬，包括了對物體的形狀，表面材質(zhì)和紋理，光滑和粗糙程度等，這其中最難的是光照和材質(zhì)紋理的模擬。經(jīng)過計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的模擬，可以奇妙的讓原本毫無生機(jī)的對象瞬間變得栩栩如生，這方面的應(yīng)用其未來可預(yù)見性的發(fā)展前景很好。

1.4 二維和三維動(dòng)畫

我們生活中的很多對象都在無時(shí)無刻的運(yùn)動(dòng)著，所以動(dòng)畫的制作可以給我們帶來很多生活上的樂趣。而傳統(tǒng)的二維動(dòng)畫似乎已經(jīng)不能讓人們?yōu)橹徽瘢咭曈X沖擊的三維動(dòng)畫在目前對我們來說，更加讓人期待。不僅僅是工業(yè)的需要，還是3D人工智能系統(tǒng)，都需要三維動(dòng)畫的支持；如今的3D電影能夠給人帶來非常強(qiáng)烈的視覺沖擊，它的技術(shù)核心就是我們的計(jì)算機(jī)圖形軟件，例如3ds max、maya等，在一部3D電影里大量的使用了計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)中的各種特效。除了電影還有電腦游戲里也大規(guī)模的采用了3D技術(shù)渲染，應(yīng)用非常廣泛。

2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展前景

由于圖形硬件的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)也伴隨著同步發(fā)展，如今不管是工業(yè)還是民用行業(yè)對圖形系統(tǒng)的需求都非常高，而計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)不僅能夠渲染出非常逼真的模擬對象，還能夠與高精度的圖形處理緊密結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)更加豐富的3D渲染世界。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)還可以跟視頻處理軟件結(jié)合，增加真實(shí)感，例如應(yīng)用在虛擬博物館中等。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在其不同的應(yīng)用領(lǐng)域中都表現(xiàn)的非常出色，未來的發(fā)展前景一片光明。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)如今已經(jīng)成為演變成獨(dú)立的一門學(xué)科，它的應(yīng)用方面之廣讓人驚嘆，例如：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與工業(yè)制造；實(shí)物仿真以及3D動(dòng)畫。它在我們的身邊處處可見，讓我們因?yàn)樗畹母咏k麗多彩；除了這些，它還把可視化應(yīng)用于天氣預(yù)報(bào)，更加準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)了天氣氣象；它還用于地質(zhì)勘探，讓我們能夠挖掘更多的新能源；它還用于醫(yī)學(xué)方面，給人類的身體健康創(chuàng)造了新的時(shí)代；總而言之，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在應(yīng)用方面給大家?guī)淼暮锰帞?shù)不勝數(shù)。它不僅促進(jìn)了人類物質(zhì)水平提高，還給人類帶來了精神上的滿足。不過，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在一些方面的發(fā)展還并不成熟，更加迫切的需要圖形學(xué)工作者繼續(xù)努力，不斷的改善它的不足。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展前景非常廣泛，并且將在人類的生活中起到不可忽視的作用。同時(shí)，如果深入研究圖形學(xué)，需要很深?yuàn)W的數(shù)學(xué)知識來輔助，而且每個(gè)細(xì)化的方向所需的知識也不一樣。我相信圖形學(xué)將來有非常好的前景。我曾經(jīng)對第九屆中國計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的大會(huì)做了些資料整理，觀賞了大師發(fā)表的題目，例如，幾何與工業(yè)建模、三維仿真與顯示技術(shù)、可視化與交互技術(shù)，他們都研究的很深入，這些方向前景也非常好，同時(shí)還發(fā)掘了圖形學(xué)某些方面算法的優(yōu)化和研究，將更加利于圖形學(xué)發(fā)展，新時(shí)代的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)將作為一門代表著核心科技的學(xué)科展示在我們眼前，它的發(fā)展不僅值得專業(yè)大師們的關(guān)注，更加值得我們所有圖形學(xué)愛好者們關(guān)注，我作為其中一員，將一如既往的關(guān)注計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展。

3 結(jié)語

通過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)所涉及的方方面面都有了初步的了解，深入研究計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其所蘊(yùn)含的知識點(diǎn)非常豐富，也很有深度，本文簡要的探討了下計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一些應(yīng)用范圍以及發(fā)展前景，關(guān)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的未來發(fā)展，應(yīng)該是值得所有計(jì)算機(jī)研究者重視的一個(gè)重要研究方向。

參考文獻(xiàn)

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[2] 徐文鵬.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.endprint