浅析计算机图形学的发展和应用

浅析计算机图形学的发展和应用

【摘要】计算机图形学的发展经历了多年的不断研究和改进，在计算机辅助设计和制造，图形实施绘制，计算机艺术和动画，计算机辅助设计，计算机辅助改造，科学计算的可视化，自然景物的仿真，方面有着广阔的发展和运用的前景。

【关键词】计算机图形学发展应用计算机辅助改造

一、引言

计算机研究图形的表示与生成和处理显示的学科构成了计算机图形学的基础。在计算机图形学经历了三十年发展之后，计算机科学中计算机图形学有着一定重要的地位，我重要的分支之一。本文经过研究讨论和查阅资料后将粗略的介绍计算机图形学的研究内容和发展一、计算机图形学的发展简史。第一台图形显示器诞生于美国麻省理工学院，它作为计算机的福建。旋风一号用波器的阴极射线管来显示一系列简单的图形。之后的整个五十年代电子管计算机开始使用，电子管计算机主要适用于科学计算。由于这些计算机使用的是机器语言编程，所以计算机的图形设备很简单，只具备输出的功能。这就是“被动式”图形学时期。在1962年林肯实验室发表了“一个人机互通信的图形系统”的博士生

论文，论文中第一次提到了计算机图形学的术语，用实验证明了交互计算机图形学是一个有前途的可研究的新领域。在20世纪的70年代是计算机图形学发展过程的一个突破时期，在这期间光栅显示器产生了，光栅图形学算法可以满足区域填充和裁剪以及消隐等基本图形相应算法，这标志着图形学进入了一个快速发展的时期，这个时期开始了CAD的图形系统应用。在60年代中期举行了关于“the Special Interest Group On Computer Graphics and Interactive Techniques”的相关会议，并且取得了突破性的进展，此次会议分别有六百多位专家学者参加，但在1997年左右已经发展到了48900人左右，他们的论文成果分别展示在Computer Graphics 杂志上，该本杂志的学术水平很高，具有一定的权威性，代表了当今图形学研究的主流方向。

二、应用及研究前沿

（一）计算机辅助设计与制造。计算机图形学中运用最多和最广的两个图形软件是CAD和CAU软件，这些软件分别被运用于土建工程和机械结构的产品与设计。电子器件，飞机和汽车等交通工具等都需要该类软件来完成。然而人们为了追求精确图形，也常用对所设计的系统，产品与工程相关图形进行人机交换来输出数据加工代码和指令。电路板的规模非常大并且复杂，手工设计和绘制根本不能满足电路板的设计。现代产品设计是一个综合性的问题，不是一个孤立

的技术问题。目前任意曲面体的三位形体构建并不能达到理想的效果，因为三位形体重建算法是针对多面体和对株洲方向有严格限制的二面体，因此，三维形体重建需要研究的内容很艰巨。

（二）科学计算可视化。科学计算的可视化可以将事物发展的本质和发展的趋势呈现在人们的面前，但是之前的技术远远做不到，数据量的激增使得分析数据和处理数据很困难。在1986年美国科学基金会第一次提出了科学可视化的内容，并且第二年提交了相关的研究报告，报告的提交表示科学计算可视化的发展有很大的前景。目前科学可视化内容运用于气象分析和医学领域中，在这些领域中的运用最为广阔，医学方面精密机械做的脑部手术依靠于可视化，可视化可以使医生明确的看到病人体内的患处，并且对手术的效果进行及时反馈，帮助医生成功的完成手术，但这项技术不够完善，需要长期的研究。

（三）图形实时绘制与自然景物仿真。在图形实施绘制和自然景物仿真方面物体的形状，光学性质以及物体间相对位置都是最难模拟的部分，真实感绘制的主要任务是模拟真实物体的物理属性，但在以上内容中光照和表面属性是最难模拟的。光照模型为模拟光照提供了条件，其中局部光照和整体光照模型是模仿中比较困难的方面，从绘制方法上看有模拟广德世纪传播过程的光纤跟踪发，这些都为模拟光照提

供了可能，当前物理网络模型的简化和基于图像的绘制是真实感图形进行实施绘制必须重视的两个问题，这些方法适用于极其复杂的场景生成漫游和野外场景的生成漫游。

（四）计算机动画。静态场景已经不能满足人们的生活需求，所以计算机动画场景就应运而生了，它的应用主要归功于计算机图形学和计算机硬件的不断发展。计算机动画的产生是又静态场景对每一幅的内容进行修改后将这些画面连续的播放，这些灵感来源于传统的卡通片。但是要真正做到真实表达是很复杂和困难的过程，这需要多方面技术的协调，需要对计算方程的深入分析，所以物理模型的计算机动画需要投入很大的精力来研究。

（五）用户接口。在DOS时代，用于接口体验是非常差的，因为用户接口是人们使用计算机的第一观感，但DOS 系统图形化界面想要做到精美是非常难的，但80年代之后苹果公司图形化操作系统的推出成为了一个跨时代的意义，之后微软操作系统的普及将图形学全面融入了计算机的各个方面。操作系统中存在的图形和动画大大的减少了用户使用系统的复杂性，简单易懂，不太需要过多的说明就可以进行操作。

（六）计算机艺术。美术人员和商业艺术人员都热衷于对计算机软件进行美术加工，通过美术来优化用户体验，并且这是一项艺术创作。二维平面画笔程序，三维建模渲染软

件包等等都是最常使用的美术创作软件，种类众多。这些软件提供了多宗风格的画笔画刷对图像进行修改和创作等操作，远远的超出了人们的期望，也是当今的艺术家无法实现的。

三、结语

计算机图形学的发展和运用目前正处于探索发展的阶段，发展的过程既有机遇又面临巨大的挑战，由于经济全球化导致信息时代的到来，计算机图形学的发展显得越发的重要，所以在学习中要重视起来，时刻跟上科技发展的脚步，走在科学发展的前沿。

参考文献：

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[2] 黄凤玲. 浅谈计算机图形学的发展历程及应用前景[J]. 读与写（教育教学刊）. 2009（07）

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