試分析計算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用與發(fā)展

章偉

摘 要：計算機(jī)圖形學(xué)作為計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展下的必然產(chǎn)物，經(jīng)過多年的發(fā)展，目前已經(jīng)形成了一門系統(tǒng)、完整的學(xué)科，并在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。而在不斷應(yīng)用的過程中，這門學(xué)科也在不斷發(fā)展和進(jìn)步。主要對計算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用與發(fā)展情況進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)圖形學(xué)；數(shù)字化；可視化；動畫領(lǐng)域

中圖分類號：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.025

計算機(jī)圖形學(xué)屬于一個比較年輕的學(xué)科，雖然發(fā)展的時間并不算長，只有三十幾年，但是在這三十幾年里，已經(jīng)在業(yè)內(nèi)被廣泛應(yīng)用。在實(shí)際的應(yīng)用中，這一學(xué)科得到了很好的發(fā)展。這樣的發(fā)展也促進(jìn)了學(xué)科技術(shù)與知識的不斷應(yīng)用，構(gòu)成了一個良性的循環(huán)過程。

1 計算機(jī)圖形學(xué)的介紹

計算機(jī)圖形學(xué)主要指的是將圖形、圖像（三維的或者二維的）利用一定的算法轉(zhuǎn)換為用計算機(jī)顯示的形式，進(jìn)行處理、應(yīng)用、分析的一門計算機(jī)分支學(xué)科。將各類圖形、圖像數(shù)字化，并在數(shù)字化圖形、圖像的基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)的基于圖形、圖像的創(chuàng)作、分析、設(shè)計、處理等，就是計算機(jī)圖形學(xué)需要探索和研究的工作。計算機(jī)圖形學(xué)中的圖形與數(shù)學(xué)幾何中的圖形一樣，都是由點(diǎn)、線、面、體等元素構(gòu)成，同時，在數(shù)字化的顯示過程中還賦予圖形以不同的顏色、灰度、明暗度等。

計算機(jī)的圖形、圖像處理技術(shù)是計算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展中的一個縮影。這類技術(shù)一般被歸納為以計算機(jī)為中心的結(jié)合多媒體、數(shù)字化、虛擬化等技術(shù)，運(yùn)用相應(yīng)的應(yīng)用軟件對數(shù)字圖像進(jìn)行各種處理，使圖片反映設(shè)計者想要表達(dá)的意圖和效果的技術(shù)。計算機(jī)圖像處理技術(shù)的中心與核心就是，將原有的圖像轉(zhuǎn)變成只擁有三原色的數(shù)字圖像，并將這樣的顏色信息轉(zhuǎn)化為各種數(shù)字代碼，然后再對這些圖像數(shù)字化的代碼解讀和處理，以實(shí)現(xiàn)對圖像加工和處理的目的。計算機(jī)圖像與圖形的處理技術(shù)起初主要被應(yīng)用于航天領(lǐng)域。人們要將航天儀器所拍攝到的圖像轉(zhuǎn)變成數(shù)字化圖像，就需要對圖像進(jìn)行細(xì)致的分析和研究。這就需要對獲得的原始圖片進(jìn)行一定的處理，才能達(dá)到預(yù)期的目的和效果。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機(jī)圖像與圖形處理技術(shù)也在廣泛的運(yùn)用中取得了長足的發(fā)展和進(jìn)步。目前，這項技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到了各行各業(yè)的設(shè)計領(lǐng)域?？梢哉f，這項技術(shù)的應(yīng)用對提高相應(yīng)產(chǎn)品的設(shè)計效率是有極大幫助的。

計算機(jī)圖形學(xué)所處理的對象就是數(shù)字化的圖形。數(shù)字化圖形可以分為以下兩大類：①明暗圖。其主要是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)?？吹降臄?shù)碼照片、有顏色灰度變化的圖形等。這類圖形是真實(shí)感圖形。②更為抽象的一些圖形，比如等高線地圖、工程圖、曲面的線框圖等基于線條信息表示的圖形。計算機(jī)圖形學(xué)研究的目的之一就是將一些抽象的信息轉(zhuǎn)化為真實(shí)感的圖形，借助計算機(jī)生成讓人賞心悅目的真實(shí)感圖形，從而解決生活中的一些現(xiàn)實(shí)問題。

2 計算機(jī)圖形學(xué)的主要應(yīng)用情況分析

2.1 幫助完成可視化的科學(xué)計算

目前，計算機(jī)圖形學(xué)中一項最主要的應(yīng)用就是支持可視化的計算，比如在流體力學(xué)、氣象分析、醫(yī)學(xué)、有限元分析等領(lǐng)域。這項需求是比較強(qiáng)的。這種可視化計算機(jī)圖形學(xué)對醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的幫助是很大的。當(dāng)下，一些重要的醫(yī)學(xué)操作通常依靠精密的機(jī)械，在實(shí)現(xiàn)之前，都必須做到可視化。在具體的手術(shù)過程中，只有基于可視化，才能判斷機(jī)械操作的準(zhǔn)確性。可視化計算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域比較成功的一個范例就是其可以將CT掃描的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像。這樣能夠直觀地顯示患者患部情況。同時，這種可視化技術(shù)在氣象、勘測等各個領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用不僅極大地推動了一些行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，還為這一領(lǐng)域的工作人員、研究人員提供了極大的便利。

2.2 平面設(shè)計與動畫領(lǐng)域

平面設(shè)計領(lǐng)域其實(shí)就是計算機(jī)圖形學(xué)與圖像學(xué)領(lǐng)域中一個重要的派生行業(yè)，基于計算機(jī)的平面設(shè)計為設(shè)計人員提供了更多的技術(shù)支持，使得很多設(shè)計思想和理念可以被更多的人看到。目前，基于平面設(shè)計的廣告設(shè)計、網(wǎng)頁設(shè)計、電腦繪畫藝術(shù)設(shè)計等已經(jīng)成為相關(guān)從業(yè)人員必須具備的專業(yè)技術(shù)。動畫技術(shù)以及與動畫技術(shù)有一定關(guān)系的視頻剪輯、包裝技術(shù)其實(shí)也是在計算機(jī)圖像技術(shù)支持下才得以發(fā)展的。這些技術(shù)從本質(zhì)上看可能屬于藝術(shù)創(chuàng)作的范疇，但可以說，如果脫離了計算機(jī)技術(shù)的支持，其也不會得到廣泛的應(yīng)用，不會取得如此大的進(jìn)步。

2.3 在工業(yè)制造及設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用

工業(yè)設(shè)計和制造也離不開計算機(jī)圖形學(xué)，比如目前在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域，基于CAD的模具設(shè)計應(yīng)用得最廣泛也最為頻繁。這樣的設(shè)計無論是在機(jī)械結(jié)構(gòu)、土建工程中，還是在產(chǎn)品設(shè)計中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)設(shè)計中得到了普遍應(yīng)用的同時，計算機(jī)圖形學(xué)還在工業(yè)制造中的一些模擬仿真、三維建模中也有所涉及，通過三維圖形的設(shè)計能夠得到精確的制作模具，促進(jìn)了工業(yè)設(shè)計與制造的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)模化發(fā)展。

3 計算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展前景

從目前的形勢上來看，計算機(jī)圖形學(xué)已經(jīng)開始逐步走向一條成為獨(dú)立學(xué)科的道路，其所涉及的領(lǐng)域也會越來越廣。因?yàn)橛辛擞嬎銠C(jī)圖形學(xué)作為支持，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)也會取得長足的進(jìn)步和發(fā)展，而我們的生活也會因技術(shù)的發(fā)展而變得越來越便利。目前，計算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展可以說是不可限量的，我們從學(xué)科發(fā)展的角度來看，其將會有以下幾個方面的發(fā)展趨勢：①與圖形硬件的發(fā)展緊密結(jié)合。也就是說，計算機(jī)圖形學(xué)將會與其相對應(yīng)的軟硬件一起發(fā)展。這一領(lǐng)域的典型范例就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、模擬仿真技術(shù)，硬件和軟件的共同作用將會給人帶來前所未有的感官體驗(yàn)。②更加精密的可視化表達(dá)技術(shù)。隨著計算機(jī)圖型學(xué)的繼續(xù)發(fā)展和進(jìn)步，可視化表達(dá)的效果將會更好、更具體，更容易被人們認(rèn)識和理解。③繼續(xù)與視頻處理技術(shù)融合，促進(jìn)視頻技術(shù)的軟硬件更新以及數(shù)碼產(chǎn)品的更新將會是視頻處理技術(shù)與計算機(jī)圖形學(xué)融合中研究的熱點(diǎn)。

4 總結(jié)

從整體上看，計算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)是一項系統(tǒng)、復(fù)雜的技術(shù)，其涉及的方面與內(nèi)容較多。要想更多地了解這一學(xué)科，需要掌握的知識必然要求綜合、系統(tǒng)。而把握其發(fā)展也并不是一件容易做到的事。本文僅僅是對這些內(nèi)容進(jìn)行了初步的探究，日后的研究工作還需要繼續(xù)深入。

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〔編輯：劉曉芳〕