剖析计算机图形学的发展及应用

计算机图形学经过近四十年发展，在不同领域和行业都得到了非常广泛的应用，成为计算机科学中非常活跃的分支。计算机图形学主要是利用计算机生成图形并显示或者表示，本文将探讨计算机图形学的发展历程及其应用，并展望计算机图形学的未来发展趋势。

1 计算机图形学简介

计算机图形学主要是运用算法将图形或者图像转化为计算机能够显示的形式，对图形进行处理、分析和应用的科学。将图形图像数字化并以此为基础进行基于图形图像的分析、创作和设计等。计算机图形学中的图像与数学中的图形一样，都由点线面体等元素组成，计算机在图形数字化的过程中还赋予了图形不同的灰度、颜色和明暗度等。计算机图形图像处理技术是计算机技术发展的代表技术，这类技术一般被归类于以计算机为中心的、结合数字化技术、多媒体技术等，利用相关应用软件对数字图形进行处理，让图形图像反映设计者想要表达的效果和意图的技术。计算机图形学的核心就是将图形图像转换为只有三原色的数字图像，将图像颜色信息转化为数字代码，解读数字代码并处理，实现对图形加工和处理的目的。计算机图形学最初被应用于航空航天领域，技术人员要将航天设备拍摄到的图像转换为数字图像，对图像进行深入分析和研究，而这就需要对原始图像进行处理，才能达到想要的效果。近年来计算机技术高速发展，计算机图形学也在广泛应用中取得了长足发展，利用计算机图形学对提高产品设计质量有重要帮助。

按：二“範”字，涵芬楼、三家本原作“范”。古代作姓氏时，二字有别，范雎、范仲淹不能写作“範”2 详见《王力古汉语字典》，中华书局，2000年版，第873页。，道经中的二神姓氏之“范”，故不宜径改作“範”。同类错误《中华道藏》尚有一例，兹一并罗列如下：

计算机图形学处理的对象是数字化图形，数字化图形主要有两类，第一类是明暗图，我们在日常生活中常见到的有灰度变化的图像、数码照片等都是真实感图形；第二类是抽象图形，比如工程图、等高线图等，这些图像用线条来表示信息。计算机图形学的研究目的就是将抽象信息转化为真实感图形，以此解决生活中的一些现实问题。

2 计算机图形学的发展

上世纪五十年代，麻省理工大学出现了第一台能够处理图形的计算机，这台计算机的主要作用是在阴极射线原理作用下对图像进行处理。当时人们的认知限制和科学发展程度不高等因素，大部分人都认为以电子编程为核心的计算机只能被应用在科学计算中，不能被应用在图像处理等领域。在这个阶段，计算机的应用也是被动应用，直到上世纪五十年代末期，科学技术水平的提高，催生出计算机防御系统等新型计算机技术，人们对计算机的认识更加深入，开始不断挖掘计算机的强大功能，计算机技术开始被应用于图像处理。上世纪七十年代，美国研制出计算机图形造型系统，八十年代研制出光透视模型，随着社会发展和计算机水平的提升，计算机图形学也开始逐步发展和完善。

3 计算机图形学的主要应用

3.1 科学计算可视化

计算机图形学的发展非常迅速并开始逐渐脱离计算机，成为一门独立的学科，成为近年来计算机技术的研究重点。在计算机动画、计算机辅助制造和自然景物仿真等领域，计算机图形学得到了广泛应用并取得了良好的效果，我们在日常生活中也能够看到计算机图形学的实际应用，我们的生活也因此变得更加丰富多彩。而在地质勘探方面运用计算可视化，能够帮助地质学家发现新的地质资源。同时，计算机图形学还能够用于天气预报和医学手术等方面。计算机图形学的发展趋势有：(1)与图形硬件结合，提高图像的真实感，实现高分辨率渲染，低功耗渲染技术是计算机图形学的发展方向之一；(2)利用不断提高的计算机性能实现实时动态仿真，如水流、火焰、爆炸、燃烧等物理现象的模拟；(3)研究高精度数据获取和处理技术，增强画面的真实感与动态效果。

3.2 计算机动画

在工业领域的计算机图形应用中，CAD和CAU是应用最为广泛的，不论是机械工程、建筑工程还是产品设计，CAD和CAU都是非常常见的应用软件。虽然工业看重生产，但是更为常用的是人机交互设计等，而我们可以不断迭代设计，利用数据结构输出材料单、零件表等，加上加工流程、数据代码等指令。电子工业领域中，计算机图形学的应用主要是电路板印刷、集成电路设计和电子线路设计等。而以工程设计图为寄出的三维形体重建是CAD软件的另一重要应用，在二维信息中提取三维信息，将信息分类后再进行综合处理，在三维空间在重现三维信息对应的三维物体，恢复形体的深浅、拓扑等因素，重建形体，这就是我们所说的三维形体重建技术。

3.3 计算机辅助制造和设计

随着计算机硬件水平的不断改善，计算机图形技术不断发展，催生出计算机动画。实际上动画是多个静态图像的组合，但是需要对图像进行修改，而计算机动画研究的对象就是如何修改这些内容，达到将修改过的图形连续播放就会产生动画效果的目的。传统动画是早期计算机动画的源头，生成若干个关键帧，在连续播放静态图片时能够有机结合两个关键帧。运用计算机动画技术，能够采用多种多样的方式来生成动画，动画的内容也是丰富多彩的。近年来的研究热点是以物理模型为基础的计算机动画生成技术，这项技术力求让动画能够展现真实世界的运动规律，需要运用弹性力学方程和流体力学方程进行计算。例如通过动画体现人行走的效果，要实现非常自然的行走动画，需要的计算量是很大的，需要利用非常复杂的计算机方程，这项技术的发展时间不长，因此还有很多研究和发展空间。

3.4 计算机艺术

计算机在艺术品制造领域也有广泛应用，如花纹设计、传统油画展示等。计算机图形学在动画片制作、电影和广告制作等领域的应用同样取得了成功，其中一些作品还获得了知名奖项，这些奖项对计算机图形学的发展有一定的推动作用。目前国内外有很多专家学者着力于研究人体模拟系统，相信不久以后我们就能在大屏幕上看到去世已久的著名人物，对于传统艺术形式来说，这是不可能实现的。

3.5 图形实时绘制

真实感绘制目的就是模拟真实物体的物理属性，也就是物体的光学性质、物体形状、表面纹理以及物体之间的位置关系等，真实感绘制还能够重现真实世界的场景。对于自然景物的方针技术，需要模拟真实景物的光照辐射、明暗效应、颜色模型和光线追踪等，为了实现用不同色彩灰度来增强模拟图像的真实感，还需要处理物体表面的明暗程度。自然景物仿真技术在科学计算、影视广告、几何图形等方面得到了广泛应用。

4 计算机图形学的发展前景

在医学、气象、流体力学、有限元分析等领域，科学计算可视化得到了广泛应用，特别是医学领域的科学计算可视化有着良好的发展前景。目前医学上的热门课题之一就是使用精密机械进行脑部手术，而要实现这些目标就要依靠可视化技术。医生在手术时，借助可视化技术能够对患者患处进行准确的、清晰的判断，将CT扫描得到的数据转化为图像，而利用碰撞检测技术能够得到关于手术效果的反馈，在医学各个领域的发展中，科学计算可视化都将成为必不可少的技术之一。

一是着力加强供应环节管理。建立科学有效的比价采购机制，力求质优价廉；建立农资品质监控体系，对采购农用物资的名称、产地、商标、数量等进行验证，并委托相关部门检验合格后，方可大面积使用；加强采购合同管理和大队库存农资的管理。

5 结语

综上，计算机图形学的发展给我们的生产生活带来了很大帮助，通过合理利用计算机图形学和其衍生技术，推动高科技进一步发展，促进生产力进一步提高。

森林认证是推动可持续林业管理的市场性手段，为此，全国志愿性马来西亚木材认证体系得以建立，对森林管理实践进行独立审核、对可持续森林管理的完成度进行评估、对林产公司林产品木材来源进行审核。

参考文献

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