數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機圖形學(xué)中的應(yīng)用

吳洋毅

摘? 要：計算機對于數(shù)據(jù)的組織形式，以及對于數(shù)據(jù)的儲存方式被稱為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。將計算機的字符處理系統(tǒng)升級為計算機的圖像處理系統(tǒng)是計算機圖形學(xué)需要研究的重要內(nèi)容，計算機圖形學(xué)需要將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為圖像信息，并且能夠?qū)D形信息恰當(dāng)?shù)卦谟嬎銠C的顯示屏上面展示出來的一種科學(xué)技術(shù)。計算機圖形的產(chǎn)生、處理技巧以及圖形的輸出等技術(shù)都是其中的難點。計算機需要處理的圖形信息是相互之間存在著某些關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的一個集合，通過將圖形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立起來，讓計算機在生成、處理以及輸出方面的準(zhǔn)確性、完整性以及時效性得到較好的保障。該文主要以計算機圖形學(xué)作為研究的主體，針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在其中的一些重要應(yīng)用展開分析和探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)? 計算機? 圖形學(xué)? 多方面應(yīng)用

中圖分類號：TP391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2018）03（c）-0018-02

1? 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概述

計算機起源于國外，在中國的發(fā)展時間相對較晚，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在我國的不同版本的資料中的相關(guān)定義會有一定的差別。有的資料中描述稱抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的物理實現(xiàn)就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有些資料中描述稱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是數(shù)據(jù)對象，而數(shù)據(jù)對象又是由一個個的數(shù)據(jù)元素組成，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含著數(shù)據(jù)元素與數(shù)據(jù)元素之間錯綜復(fù)雜的關(guān)系。為了能夠更快、更加方便地處理信息，一般需要就外界接收到的各種信息轉(zhuǎn)換為計算機可識別的信息，簡稱為計算機的機器語言。在轉(zhuǎn)換的過程中，計算機需要將所有的圖形數(shù)據(jù)組織起來，它們由一個個元素拼接，每個元素之間存在著一定的聯(lián)系，當(dāng)然在組織數(shù)據(jù)的過程中也是必須按照計算機的規(guī)則來組織。計算機的圖形數(shù)據(jù)就是這些按照一定的規(guī)則組織在一起，相互之間關(guān)聯(lián)起來的數(shù)據(jù)元素。

2? 計算機關(guān)于圖形圖像的處理分析

計算機在對于圖像的處理過程中，會涉及到很多的技術(shù)，比如實物造型處理以及圖像的硬件處理等技術(shù)，這些技術(shù)都是計算機使用過程中比較重要的技術(shù)，對于這些技術(shù)的合理運用能夠明顯提高圖形設(shè)計和制造的真實度以及美感，給用戶提供更好的視覺感受。通過將幾何方式應(yīng)用到大概模型當(dāng)中來實現(xiàn)這樣的目標(biāo)，采用光照模型等技術(shù)來構(gòu)建出一系列的光源、敏感以及遠近的效果。對于所呈現(xiàn)出來的數(shù)字型結(jié)構(gòu)的圖形，可以對數(shù)據(jù)進行簡單的修改來實現(xiàn)對于圖形圖像的簡單調(diào)整，在對圖形的處理過程中，計算機數(shù)據(jù)的處理非常關(guān)鍵。在使用計算機對于圖形圖像的處理過程中，能夠很好地掌握圖形的概念以及幾何編輯處理的工作能力，不斷地提升自己對于圖形的操作能力。圖形處理過程中涉及的內(nèi)容主要有圖形數(shù)據(jù)化構(gòu)造模型，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整線條以及色彩，同時還能實現(xiàn)對于圖形的旋轉(zhuǎn)和平移等。

計算機圖形圖像處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用到生活和工作的多個領(lǐng)域中，比如工農(nóng)生產(chǎn)以及設(shè)計等領(lǐng)域。在建筑的設(shè)計以及室內(nèi)平面設(shè)計中，CAD以及CAM技術(shù)有著非常重要的作用。而在汽車零件的外形設(shè)計中，網(wǎng)絡(luò)分析以及電子領(lǐng)域等的應(yīng)用也是非常的廣泛。CAD技術(shù)可能是工程建筑設(shè)計師必備的一項技能，該技術(shù)能夠很好地實現(xiàn)工程建筑圖紙的平面化管理，構(gòu)建三維的框架，對于相關(guān)的信息進行分類以及編輯。在實現(xiàn)了良好的用戶界面之后，能夠帶來好的視覺感受以及提升計算機用戶的滿意度。例如著名的Apple公司對于用戶界面就是非常的講究，有著非常強大的圖形工作軟件，在計算機和移動端都有著非常廣泛的應(yīng)用。

3? 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在圖形學(xué)中的應(yīng)用

下面我們主要介紹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機圖形學(xué)中的幾何造型以及消隱技術(shù)中的合理應(yīng)用，讓計算機對于圖形圖像的處理更加方便快捷，達到意想不到的效果。

3.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在幾何造型中的應(yīng)用

幾何造型技術(shù)在計算機的輔助設(shè)計技術(shù)中是非常重要的組成部分，幾何造型技術(shù)主要的功能就是構(gòu)建目標(biāo)物體模型，將圖形圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息，能夠更好地實現(xiàn)對于圖形圖像的微調(diào)，更好地被用戶所掌握和使用。幾何造型技術(shù)主要包括以下內(nèi)容：計算機中幾何形體的呈現(xiàn)、對幾何形體的運算以及幾何形體的構(gòu)建。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)不斷地創(chuàng)新，人們對于計算機圖形圖像處理技術(shù)的需求越來越大，這就導(dǎo)致計算機圖形圖像處理技術(shù)的發(fā)展更快，并且該技術(shù)的應(yīng)用也更加的廣泛來滿足社會群體的需要，如今在建筑設(shè)計、數(shù)控、機械設(shè)計、室內(nèi)設(shè)計、服裝設(shè)計等工作和生活的各個方面都有著很好的應(yīng)用，并且發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

3.1.1 三維形體基礎(chǔ)信息

首先，利用計算機構(gòu)建三維形體的演示模型，如果計算機需要對于三維形體的信息進行讀取，就需要能夠識別出該三維形體，因此需要將三維形體以計算機規(guī)定的方式進行定義以及運算，這樣就可以方便地對該數(shù)據(jù)形式進行讀取以及修改，可以在圖形的處理過程中進行各種不同的處理，實現(xiàn)形體的描述完整性以及準(zhǔn)確性。同時在這個過程中還需要提供一些重要的非圖片信息以便更好地實現(xiàn)控制。

（1）三維形體的幾何信息。

圖形信息由幾何信息和拓撲信息組成，該節(jié)將主要介紹幾何信息，下節(jié)主要介紹拓撲信息。幾何信息指的是三維形體的點線面在歐氏空間三維形體中所呈現(xiàn)出來的點線面的大小和坐標(biāo)相關(guān)的幾何數(shù)據(jù)信息。通常的做法就是利用數(shù)學(xué)的方式將三維形體的幾何信息在指定的坐標(biāo)系中標(biāo)注展示出來，使用坐標(biāo)值來表示各個點，點之間形成不同的直線，直線之間聯(lián)系起來形成不同的平面。三維形體被定義之后，三維形體的旋轉(zhuǎn)以及三維形體的縮放比例、三維形體的移動、三維形體的各種變換都可以很方便地通過集合數(shù)據(jù)的變動來進行描述，這樣就可以很直觀地對三維形體進行掌握，能夠更好地對于三維形體進行控制。

（2）三維形體的拓撲信息。

只有幾何信息描述的三維形體是不夠完整和準(zhǔn)確的，托普信息是非常重要的三維形體信息，也是必不可少的。托普信息其實就是三維形體點線面之間聯(lián)系的描述信息，其中的信息主要包括相互連接、邊界關(guān)系以及相互鄰近等信息。三維形體的點線面就是三維形體的基礎(chǔ)拓撲信息，三維形體的三種基礎(chǔ)拓撲信息的連接，從屬的拓撲關(guān)系共有9種，可以算是包括了各種所需要的拓撲關(guān)系，在實際的應(yīng)用中根據(jù)需要選擇恰當(dāng)?shù)耐負潢P(guān)系來進行描述。通常情況下，一個完整的三維形體所包括的拓撲關(guān)系信息至少2種或者2種以上。從中不難發(fā)現(xiàn)，三維形體的拓撲信息和幾何信息的關(guān)系是非常密切的，其中的一種信息不存在，另外一種信息的存在是沒有任何意義的，而在拓撲關(guān)系不一樣的情況下，所需要的幾何信息也是存在著差別的。

3.1.2 計算機三維形體中的幾何模型

（1）線框模型。只有三維形體的頂點和邊所構(gòu)建的形體被稱為線框模型。計算機在構(gòu)建立方體時就是使用的這種模型，這種相對而言比較簡單，只需要在計算機中錄入立方體的頂點和邊就可以構(gòu)建出線框模型狀態(tài)的立方體，通過這種方式構(gòu)建的三維形體可以很方便地輸出線框圖，其中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也是非常的簡單，但是對于大部分的復(fù)雜問題就無能為力了，例如解決求交和消隱方面問題時，就達不到需求。

（2）表面模型。以線框模型作為基礎(chǔ)，在此之上增加面的信息就會形成表面模型。通常來說，建立表面模型的方式有2種，其中一種就是頂點+邊+面的方式，即在線框模型之上加上面的信息;另外一種就是通過添加的指針把線有序的連接起來，從而呈現(xiàn)出面的相關(guān)信息，這一種方式相對而言比較復(fù)雜，可以表示為頂點+面+環(huán)表單鏈三表結(jié)構(gòu)。

（3）實體模型。實體模型主要就是在表面模型的基礎(chǔ)上增加實心部分。實體模型主要就是定義實體存在于表面的哪個位置。

3.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在消隱技術(shù)中的恰當(dāng)應(yīng)用

為了讓計算機圖形不會產(chǎn)生多種意義，并且能夠充分地展現(xiàn)出真實感，在三維形體的立體圖中需要消除那些看不見的線和面，這樣的繪制和顯示更加準(zhǔn)確，這樣的計算機繪圖方式就是消隱技術(shù)。消隱技術(shù)主要包括：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、圖形繪制以及消隱算法。

消隱算法：對于三維形體表面指向體外法矢的分量計算，然后通過對于計算值進行比對，可以知道該面為朝前面還是朝后面，朝前面就需要畫出各個邊，而朝后面是不可見的，不需要畫出這個面的邊。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：消隱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要有面表、面環(huán)表以及頂點表。三維形體的各個面的棱邊數(shù)存儲在面表，如果從體內(nèi)看，組成形體各個面順時針方向排列的頂點編號存儲在面環(huán)表中，頂點表中儲存的是形體模型各個頂點在三維坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。

圖形繪制：在完成了消隱算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之后就是編制程序完成消隱操作。

4? 結(jié)語

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機組織數(shù)據(jù)以及存儲數(shù)據(jù)的形式，數(shù)據(jù)元素與數(shù)據(jù)元素之間存在著各種不同的聯(lián)系。在計算機圖形圖像技術(shù)之前，處理系統(tǒng)主要以符號為主，計算機圖形圖像技術(shù)出現(xiàn)之后，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在其中起著至關(guān)重要的作用，對于計算機圖形學(xué)的出現(xiàn)有著重要的意義。

計算機圖形圖像技術(shù)還會不斷的發(fā)展，在社會的各個領(lǐng)域應(yīng)用也會越來越多，那么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機圖形學(xué)中的應(yīng)用也會越來越豐富，不斷地解決其中的各種復(fù)雜的問題，促進計算機圖形學(xué)的發(fā)展。

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