计算机图形学简介及未来应用和发展方向

计算机图形学简介及未来应用和发展方向

姓名: 王清晓

专业班级: 信计试点10

学号: 201011011114

摘要：

客观世界的事物是多姿多彩的，而呈现的往往是他们的外观，通过外观人们进一步研究他们。以图片的表现形式展示信息成为一种很直接的表现形式，与其他的表现形式相比，图形更容易记忆并且为人们所理解，能更加直观的表现出来。随着科技发展，人们开始用计算机来处理图形信息，计算机图形学因此诞生，随即成为一个人们探索的一个新的领域。

一．计算机图形学起源

1950年，麻省理工学院的显示器显示了简单的图形。交互式图形终端随之诞生。在20实际50年代，计算机还不适应交互式使用，计算机图形学发展缓慢，那时的计算机主要用于大量数据的冗长的数据计算，50年代末期，交互式计算机诞生，随即计算机图形学开始走进人们的视野。这一时期计算机图形学得到了史无前例的飞速发展。

1962年麻麻省理工学院的Ivan E.sutherland发表了题为“人—机图形通信系统”的论文，向人们证实了图形显示是一个极其具有生命力有前途的研究领域。60年代中期，计算机图形学进入了发展的黄金年代。

70年代计算机图形学发展大有收获，这些技术广泛应用到了计算机辅助设计，事务管理，过程控制，教育等诸多领域。20

世纪90年代以来，科学计算的可视化，虚拟现实环境的应用又向计算机图形学提出了诸多问题，使得三维及多维图形学在真实性和实时性方面有了巨大的发展。

计算机图形学是人机交互最有效的最通俗的手段。计算机图形的显示对用户有强大的吸引力，直观清晰的特性拓展了其应用范围。集成电路的发展为图形学提供了坚强的硬件支持，图形学也使得硬件的工作效率大幅度提高。这一学科必将继续且长期持续发展。

二：计算机图形学简介

随着计算机技术的快速发展，涉及到图形学的方面越来越多，应用也变得越来越深入，比如卫星照片的处理，汽车零部件的图形显示等等。经过多年的发展，逐渐形成了多个与图形学相关的分之科学，计算机图形学，图像处理和模式识别就是其代表。

计算机图形学就是使用计算机进行图像和图形的输出的技术。计算机图形学是研究如何是计算机的内部数据显示为外观可视化图形的技术，并在专门的设备上显示的原理，方法和技术的学科。综合了计算机技术和科学计算方面的知识。

图形是对对象的一种外在显示，是对对象的有关信息的具体体现，所谓对象，可以是指各类具体的事物，比如零件，建筑等等，可以使抽象的，如天气分析，人口分布，经济增长趋势等等。能够正确的表达出对象的基本特征，性质，结构，和行为的描述

信息，就是这个对象的模型。计算机图形学的任务就是利用计算机构造对象的模型，然后运用计算机图形学的运算方法对对象的模型进行数据层次的处理，从而实现计算机对某个对象的图形输出。可以说计算机产生图形就是将数据转化为图形输出的过程。

图像处理是指利用计算机来改善图形质量的数字技术。可见或是不可见的图像经过处理，进行增强，复原，分割，重建，编码，存储传输等不同的处理，再把加工后的图像进行输出。CT 即计算机辅助切面断层分析就是图像处理的典型例子。

模式识别是指利用计算机技术对图形进行识别的技术。图形信息输入计算机后，使用统计判定算法或是语法分析方法对图像做出识别，最后按照要求对图像进行分类，自动阅读文字录入计算机就是这一技术最典型的应用。

计算机图形处理有关的三门学科是独立发展起来的。现今由于光栅扫描显示器的广泛应用及解决复杂实际问题的需要，他们已经相互渗透，也是人们对与其相关的共同技术产生了兴趣。这无疑更加的体现出图形学的发展潜力。

三：计算机图形学的应用及未来的发展方向

计算机图形学的应用现今已经涉及到人们生活的各个方面，教育，商业，医学，娱乐，广告等等。在科学技术事业中，可以使用计算机数据计算或者数据处理所得的结果的图形，比如函数图形，统计图形等等。在制图学方面，可以使用计算机进行地形

图，天气图，海洋图，人口密度图等等。

计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）。这是一个最广泛，最活跃的应用领域。计算机辅助设计是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。采用计算机辅助设计已是现代工程设计的迫切需要

1．制造业中的应用

CAD技术已在制造业中广泛应用，其中以机床、汽车、飞机、船舶、航天器等制造业应用最为广泛、深入。众所周知，一个产品的设计过程要经过概念设计、详细设计、结构分析和优化、仿真模拟等几个主要阶段。

2．工程设计中的应用

CAD技术在工程领域中的应用有以下几个方面：

（1）建筑设计，包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计、平面布景、建筑构造设计、小区规划、日照分析、室内装潢等各类CAD应用软件。

（2）结构设计，包括有限元分析、结构平面设计、框/排架结构计算和分析、高层结构分析、地基及基础设计、钢结构设计与加工等。

（3）设备设计，包括水、电、暖各种设备及管道设计。

（4）城市规划、城市交通设计，如城市道路、高架、轻轨、地铁等市政工程设计。

（5）市政管线设计，如自来水、污水排放、煤气、电力、暖气、通信（包括电话、有线电视、数据通信等）各类市政管道线路设计。

（6）交通工程设计，如公路、桥梁、铁路、航空、机场、港口、码头等。

（7）水利工程设计，如大坝、水渠、河海工程等。

（8）其他工程设计和管理，如房地产开发及物业管理、工程概预算、施工过程控制与管理、旅游景点设计与布置、智能大厦设计等。

3．电气和电子电路方面的应用

CAD技术最早曾用于电路原理图和布线图的设计工作。目前，CAD技术已扩展到印刷电路板的设计（布线及元器件布局），并在集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路的设计制造中大显身手，并由此大大推动了微电子技术和计算及技术的发展。

4．仿真模拟和动画制作

应用CAD技术可以真实地模拟机械零件的加工处理过程、飞机起降、船舶进出港口、物体受力破坏分析、飞行训练环境、作战方针系统、事故现场重现等现象。在文化娱乐界已大量利用

计算机造型仿真出逼真的现实世界中没有的原始动物、外星人以及各种场景等，并将动画和实际背景以及演员的表演天衣无缝地合在一起，在电影制作技术上大放异彩，拍制出一个个激动人心的巨片。

5．其他应用

CAD技术除了在上述领域中的应用外，在轻工、纺织、家电、服装、制鞋、医疗和医药乃至体育方面都会用到CAD技术CAD标准化体系进一步完善；系统智能化成为又一个技术热点；集成化成为CAD技术发展的一大趋势；科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术是20世纪90年代CAD技术发展的新趋向。经过了一阶段计算机图形学的学习，对于图形学中基本图形的生成算法有了一定的了解。深度研究图形学，需要高深的数学知识，且每一个细化的方向需要的知识也不一样。图形学是计算机科学与技术学科的活跃前沿学科，被广泛的应用到生物学、物理学、化学、天文学、地球物理学、材料科学等领域。

计算机图形学的发展是伴随着社会需求一步一步走到今天的，现今随着计算机硬件的不断更新，为图形学的发展提供了强有力的后备支持，而图形学在很多的方面极大的提高了硬件的工作效率，而且在未来计算机图形学都将不断面临各个行业的各种各样的需求，计算机图形学也将为此而不断的发展。