淺析計算機圖形學的應用領域及其發展前景

李谷偉

摘 要：隨著早期的圖形圖像處理技術的快速發展，而逐步形成了集二維和三維一體的計算機圖形學，經過這么多年的迅速發展，計算機圖形學已成為一門獨立的學科，并在科學研究中占據了非常重要的地位。

關鍵詞：計算機 圖形學 應用

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0020-01

計算機圖形學（Computer Graphics，通常簡稱為CG）是一種使用數學算法將二維或三維圖形轉化為計算機顯示器的柵格形式的科學。簡單地說，計算機圖形學的主要研究內容就是研究如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理與算法。一般的圖形可以由點、線、面、體等元素組成，還可以通過對圖形的飽和度、色相、明暗對比度進行調整；如果把三維圖形看成是由二維圖形在多維空間中變換而來的，那么計算機圖形學研究的就是這個變換過程是如何進行的；本文主要從計算機圖形學的應用領域以及前景兩方面進行簡要的分析。

1 計算機圖形學的應用領域

1.1 計算機輔助設計（CAD）領域

計算機輔助設計（CAD）是計算機圖形學最為廣泛的應用領域之一，它包括了土木工程、機械工業以及制造加工業等方面。概括起來總體分為以下幾個方面。

（1）人機交互系統方面的應用；通過精確的產品設計、系統的框架設計，最終通過反復的修改設計，從而輸出材質單以及加工流程和數據加工代碼。

（2）電子工業方面的應用；在這個方面，計算機圖形學具備了很大的優勢，因為大型的電子電路板不可能由簡單的人工手繪去完成，而計算機圖形系統不僅能完成這項任務，還可以在很短的時間內完成。

（3）航天工業方面的應用；美國波音公司的777飛機利用計算機輔助設計對機身進行整體設計以及建立模型，最后包括機身各零部件的組裝和模擬。

（4）三維建模方面的應用；通過計算機圖形系統可以很簡單的對二維信息向三維立體轉變，不過對三維圖形的重建主要是以多面體為主，任意曲面體的重建至今還是個難題。

1.2 科學計算的可視化應用

隨著科學技術的迅速發展，人們對復雜數據的理解和研究變得更加困難，在傳統不可見的方式下，很難對一些數據進行透徹的分析，在這個時候，計算機圖形學可以實現對數據的可視化。目前科學計算的可視化在各個領域應用很廣，尤其是在醫學方面最為廣泛；可視化技術讓醫用CT在掃描的時候，將對象數據轉為三維立體的效果，讓醫生更加直觀的看到患者的問題所在，還可以提供各項碰撞反饋，不過這項研究目前來講還很不成熟。

1.3 圖形的繪制與實物仿真

圖形的繪制與實物仿真最主要體現在仿真兩個字上，簡單的來說，就是把周圍事物、景觀、人等等真實的模擬出來，但是難點在于如何形象真實的體現這些對象，因此真實感很重要。對一個物體的模擬，包括了對物體的形狀，表面材質和紋理，光滑和粗糙程度等，這其中最難的是光照和材質紋理的模擬。經過計算機圖形系統的模擬，可以奇妙的讓原本毫無生機的對象瞬間變得栩栩如生，這方面的應用其未來可預見性的發展前景很好。

1.4 二維和三維動畫

我們生活中的很多對象都在無時無刻的運動著，所以動畫的制作可以給我們帶來很多生活上的樂趣。而傳統的二維動畫似乎已經不能讓人們為之一振，更具視覺沖擊的三維動畫在目前對我們來說，更加讓人期待。不僅僅是工業的需要，還是3D人工智能系統，都需要三維動畫的支持；如今的3D電影能夠給人帶來非常強烈的視覺沖擊，它的技術核心就是我們的計算機圖形軟件，例如3ds max、maya等，在一部3D電影里大量的使用了計算機圖形系統中的各種特效。除了電影還有電腦游戲里也大規模的采用了3D技術渲染，應用非常廣泛。

2 計算機圖形學的發展前景

由于圖形硬件的飛速發展，計算機圖形學也伴隨著同步發展，如今不管是工業還是民用行業對圖形系統的需求都非常高，而計算機圖形技術不僅能夠渲染出非常逼真的模擬對象，還能夠與高精度的圖形處理緊密結合，從而實現更加豐富的3D渲染世界。計算機圖形學還可以跟視頻處理軟件結合，增加真實感，例如應用在虛擬博物館中等。計算機圖形學在其不同的應用領域中都表現的非常出色，未來的發展前景一片光明。計算機圖形學如今已經成為演變成獨立的一門學科，它的應用方面之廣讓人驚嘆，例如：計算機輔助設計與工業制造；實物仿真以及3D動畫。它在我們的身邊處處可見，讓我們因為它而生活的更加絢麗多彩；除了這些，它還把可視化應用于天氣預報，更加準確的預報了天氣氣象；它還用于地質勘探，讓我們能夠挖掘更多的新能源；它還用于醫學方面，給人類的身體健康創造了新的時代；總而言之，計算機圖形學在應用方面給大家帶來的好處數不勝數。它不僅促進了人類物質水平提高，還給人類帶來了精神上的滿足。不過，計算機圖形學在一些方面的發展還并不成熟，更加迫切的需要圖形學工作者繼續努力，不斷的改善它的不足。計算機圖形學的發展前景非常廣泛，并且將在人類的生活中起到不可忽視的作用。同時，如果深入研究圖形學，需要很深奧的數學知識來輔助，而且每個細化的方向所需的知識也不一樣。我相信圖形學將來有非常好的前景。我曾經對第九屆中國計算機圖形學的大會做了些資料整理，觀賞了大師發表的題目，例如，幾何與工業建模、三維仿真與顯示技術、可視化與交互技術，他們都研究的很深入，這些方向前景也非常好，同時還發掘了圖形學某些方面算法的優化和研究，將更加利于圖形學發展，新時代的計算機圖形學將作為一門代表著核心科技的學科展示在我們眼前，它的發展不僅值得專業大師們的關注，更加值得我們所有圖形學愛好者們關注，我作為其中一員，將一如既往的關注計算機圖形學的發展。

3 結語

通過一段時間的學習，對計算機圖形學所涉及的方方面面都有了初步的了解，深入研究計算機圖形學，就會發現其所蘊含的知識點非常豐富，也很有深度，本文簡要的探討了下計算機圖形學的一些應用范圍以及發展前景，關于計算機圖形學的未來發展，應該是值得所有計算機研究者重視的一個重要研究方向。

參考文獻

[1] （美）赫恩.計算機圖形學[M].電子工業出版社，2010.

[2] 徐文鵬.計算機圖形學[M].機械工業出版社，2009.endprint