計算機圖形學的應(yīng)用論文(2)
計算機圖形學的應(yīng)用論文
計算機圖形學的應(yīng)用論文篇二
《分析計算機圖形學的發(fā)展及應(yīng)用》
摘要：經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展，在科學計算可視化、自然景物仿真、計算機藝術(shù)、計算機制造、圖形實時繪制、計算機動畫以及計算機輔助設(shè)計等方面計算機圖形學都有了很大程度的就，應(yīng)用前景非常廣闊。
關(guān)鍵詞：計算機動畫;計算機圖形學;計算機輔助設(shè)計;可視化
計算機圖形學經(jīng)過三十多年的發(fā)展，在各個領(lǐng)域都得到了較為廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為一項計算機科學中非?；钴S的分支，其主要是利用計算機對圖形的生成、顯示、表示、處理進行研究的一門學科。本文主要對計算機圖形學的定義、應(yīng)用范圍以及發(fā)展前景進行了簡要介紹。
1計算機圖形學的定義
將三維圖形或者是二維圖形使用數(shù)學算法轉(zhuǎn)換為用計算機顯示器的柵格形式的一種科學，這就是計算機圖形學。計算機圖形學主要研究的內(nèi)容是，利用計算機如何進行圖形的處理、圖形的計算、圖形的顯示以及圖形計算的相關(guān)算法和原理在計算機中如何進行等。圖形都構(gòu)成通常是由，面、線寬、線、灰度、體等幾何元素、點、線型、色彩等非幾何屬性組成。如果從處理技術(shù)上來分析，圖形可以分為兩類：一類是明暗圖，就是我們所說的真實感圖形;另一類是如等高線地圖、工程圖、曲面的線框圖等基于線條信息表示的。而計算機圖形學的一個主要目的就是利用計算機生成讓人賞心悅目的真實感圖形。所以，圖形所描述場景的幾何表示必須要建立，然后在利用每一種光照模型，計算在假象下的光照明效果。此外，真實感圖形的計算結(jié)果是以數(shù)字圖像的方式來提供的，因此，可以說計算機圖形學和圖形處理之間有著極為密切的關(guān)系。計算機圖形學有著非常廣泛的研究內(nèi)容，如：實體造型、非真實感繪制、圖形標準、光柵圖形生成算法、真實感圖形顯示算法、圖形硬件、計算機動畫、虛擬現(xiàn)實、自然景物仿真、圖形交互技術(shù)、曲線曲面造型、真實感圖形計算、科學計算可視化等等。
2計算機圖形學的主要應(yīng)用范圍
2.1科學計算可視化。目前在流體力學、氣象分析、醫(yī)學、有限元分析當中科學計算可視化得到了廣泛的應(yīng)用?？梢暬貏e是在醫(yī)學領(lǐng)域有著極為廣闊的發(fā)展前景。當前醫(yī)學上比較熱門的一個課題就是依靠精密機械做腦部手術(shù)，而要想實現(xiàn)這些技術(shù)就必須要以可視化為基礎(chǔ)?？梢暬夹g(shù)在我們進行腦部手術(shù)時，能夠幫助醫(yī)生對患者體內(nèi)的患處準確并清晰的進行判斷，可以將醫(yī)用CT所掃描的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像，手術(shù)效果的反饋則可以通過碰撞檢測等相關(guān)技術(shù)手段來實現(xiàn)，能夠幫助醫(yī)生順利完成手術(shù)，在醫(yī)學各個領(lǐng)域的未來發(fā)展中都離不開可視化技術(shù)。
2.2計算機動畫。計算機動畫隨著計算機硬件以及計算機圖形的不斷發(fā)展應(yīng)運而生。動畫實際上也只不過是生成多個靜態(tài)的圖像，不過每一幅圖像都有一定程度的修改，而計算機動畫所研究的內(nèi)容便是如何修改這一部分內(nèi)容，而整個場景將這些做過修改的圖形進行連續(xù)播放就會動起來形成動畫效果。傳統(tǒng)的卡通片是早期計算機動畫的靈感來源，在生成幾個關(guān)鍵幀之后，在進行連續(xù)播放時，對兩個關(guān)鍵幀進行了有機的結(jié)合。計算機動畫有多種多樣生成動畫的方法，內(nèi)容也是豐富多彩的，比如說，三維自由行體變形，二維軸變形方法，形狀混合等基于特征的圖像變形。最近幾年人們普遍將注意力轉(zhuǎn)向一種嶄新的方法上，就是基于物理模型的計算機動畫生成方法，該方法力求動畫的過程能夠呈現(xiàn)出最為適合真實世界的運動規(guī)律，運用大量的流體力學與彈性力學的方程進行計算。不過，是很難達到真實的運動效果的，比如說行走的效果，要想實現(xiàn)非常自然的行走畫面，所需要的計算量非常大，所用的計算機方程也非常復雜，目前以物理模型為基礎(chǔ)的計算機動畫還有很多內(nèi)容需要不斷深入研究，還存在很多不足。
2.3計算機輔助制造及設(shè)計。CAU和CAD是在工業(yè)界計算機圖形學的應(yīng)用中，最廣泛也是最活躍的。無論在機械結(jié)構(gòu)、土建工程，還是產(chǎn)品設(shè)計等領(lǐng)域計算機圖形學都得到了廣泛應(yīng)用。生產(chǎn)工程的精確圖形以及產(chǎn)品的相應(yīng)結(jié)構(gòu)，雖然有時候著重于這些方面，但是更為常用的還是進行人機修改及交互設(shè)計對所涉及產(chǎn)品、系統(tǒng)、工程的相關(guān)圖形，我們可以通過不斷選代設(shè)計，利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)輸出零件表、材料單、工藝卡、加工數(shù)據(jù)代碼、加工流程等指令。在電子工業(yè)中計算機圖形學主要在印刷電路板、網(wǎng)絡(luò)分析、集成電路、電子線路等領(lǐng)域得到了廣泛運用。
以工程圖紙為基礎(chǔ)的三維形體重建是在CAD領(lǐng)域的另一個非常重要的研究領(lǐng)域。在二維信息中將三維信息提取，對這些信息同時進行分類、綜合等處理，在三維空間內(nèi)重現(xiàn)構(gòu)建三維信息相對應(yīng)的三維形體，對形體的線、拓撲因素、點、面等進行恢復，最終實現(xiàn)形體的重建，這就是我們通常所說的三維形體重建。
2.4計算機藝術(shù)。除了在藝術(shù)品制造方面的廣泛應(yīng)用外(花紋、中國國畫、圖案以及傳統(tǒng)油畫等)計算機圖形學在制造動畫片、廣告、電影等方法獲得了成功，其中不乏一些獲得獎項的作品，可以說這些獎項對計算機從事藝術(shù)創(chuàng)作是一個非常大的鼓勵。當前不少國內(nèi)人外相關(guān)人士正在對人體模擬系統(tǒng)進行研究，這就讓我們有理由相信，在不久的將來將去世已久的著名人物搬上熒幕也是可能的，這對于傳統(tǒng)的藝術(shù)家來說，是不可想象的更是無法實現(xiàn)的。
2.5自然景物方針及圖形實時繪制。對真實無體的物理屬性進行模擬就是真實感繪制的主要目的，也就是對光學性質(zhì)、物體間的相對位置、物體的形狀、粗糙程度、遮擋關(guān)系以及表面的紋理等進行模擬。重現(xiàn)真實世界的場景就是我們所說的真實感繪制。在自然景物仿真技術(shù)中我們需要將輻射度、線與面、明暗效應(yīng)、、光線跟蹤、顏色模型、紋理等消除或者隱藏，其中最難進行模擬的就是表面屬性與光照屬性。此外，為了便于用不同的色彩灰度來進一步增加圖形的真實感，還必須對物體表面的明暗效應(yīng)進行處理。在廣告影視、科學計算、幾何圖形、指揮控制等方面，自然景物仿真技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。
3計算機圖形學的發(fā)展前景
計算機圖形學我們可以發(fā)現(xiàn)不僅發(fā)展極為迅速，同時也已經(jīng)逐步成為了獨立的一門學科，處于科學的發(fā)展前沿位置。在自然景物仿真、計算機輔助制造和設(shè)計、計算機動畫等多個領(lǐng)域，計算機圖形學已經(jīng)得到的廣泛應(yīng)用，在我們的日常生活中隨處都可以見到計算機圖形學的影子，計算機圖形學的廣泛應(yīng)用讓我們的生活變得越來越豐富多彩。此外，在地質(zhì)勘探方面運用可視化，可以幫助地質(zhì)學家發(fā)展新的資源，運用于預報天氣，可以讓氣象預報更加準確，用于醫(yī)學手術(shù)方面，可以進一步提高手術(shù)的成功率，減少手術(shù)風險。
從計算機圖形學學科發(fā)展來看，有以下幾個發(fā)展趨勢：(1)與圖形硬件的發(fā)展緊密結(jié)合，突破實時高真實感、高分辨率渲染的技術(shù)難點。圖形渲染是整個圖形學發(fā)展的核心。在計算機輔助設(shè)計，影視動漫以及各類可視化應(yīng)用中都對圖形渲染結(jié)果的高真實感提出了很高的要求。構(gòu)造低功耗的渲染服務(wù)是圖形學的未來發(fā)展趨勢之一;(2)研究和諧自然的三維模型建模方法。三維模型建模方法是計算機圖形學的重要基礎(chǔ)，是生成精美的三維場景和逼真動態(tài)效果的前提。研究和諧自然的三維建模方法是發(fā)展的一個重要趨勢;(3)利用日益增長的計算性能，實現(xiàn)具有高度物理真實的動態(tài)仿真。高度物理真實感的動態(tài)模擬，包括對各種形變、水、氣、云、煙霧、燃燒、爆炸、撕裂、老化等物理現(xiàn)象的真實模擬，是計算機圖形學一直試圖達到的目標;(4)研究多種高精度數(shù)據(jù)獲取與處理技術(shù)，增強圖形技術(shù)的表現(xiàn)。真實感的畫面與逼真動態(tài)效果，一種有效的解決途徑是采用各種高精度手段獲取所需的幾何、紋理以及動態(tài)信息;(5)計算機圖形學與圖像視頻處理技術(shù)的結(jié)合。家用數(shù)字相機和攝像機的日益普及，對于數(shù)字圖像與視頻數(shù)據(jù)處理成為了計算機研究中的熱點問題;(6)從追求絕對的真實感向追求與強調(diào)圖形的表意性轉(zhuǎn)變。人們創(chuàng)造和生成圖片的終極目的不僅僅是展現(xiàn)真實的世界，更重要的是表達所需要傳達的信息。
4總結(jié)
計算機圖形學，給人類社會帶來了諸多益處，可以說促進了人們物質(zhì)水平的提高，也帶來了精神上的享受。
參考文獻：
[1]王亞娟.計算機輔助教學系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].新疆師范大學,2008(04).
[2]滑瑞朋.計算機圖形學的應(yīng)用及研究[J].山西科技,2012(09).
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