試分析計算機圖形學的應用與發展

章偉

摘 要：計算機圖形學作為計算機科學與技術發展下的必然產物，經過多年的發展，目前已經形成了一門系統、完整的學科，并在各行各業中得到了廣泛的應用。而在不斷應用的過程中，這門學科也在不斷發展和進步。主要對計算機圖形學的應用與發展情況進行了分析。

關鍵詞：計算機圖形學；數字化；可視化；動畫領域

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.025

計算機圖形學屬于一個比較年輕的學科，雖然發展的時間并不算長，只有三十幾年，但是在這三十幾年里，已經在業內被廣泛應用。在實際的應用中，這一學科得到了很好的發展。這樣的發展也促進了學科技術與知識的不斷應用，構成了一個良性的循環過程。

1 計算機圖形學的介紹

計算機圖形學主要指的是將圖形、圖像（三維的或者二維的）利用一定的算法轉換為用計算機顯示的形式，進行處理、應用、分析的一門計算機分支學科。將各類圖形、圖像數字化，并在數字化圖形、圖像的基礎上進行相關的基于圖形、圖像的創作、分析、設計、處理等，就是計算機圖形學需要探索和研究的工作。計算機圖形學中的圖形與數學幾何中的圖形一樣，都是由點、線、面、體等元素構成，同時，在數字化的顯示過程中還賦予圖形以不同的顏色、灰度、明暗度等。

計算機的圖形、圖像處理技術是計算機技術不斷發展中的一個縮影。這類技術一般被歸納為以計算機為中心的結合多媒體、數字化、虛擬化等技術，運用相應的應用軟件對數字圖像進行各種處理，使圖片反映設計者想要表達的意圖和效果的技術。計算機圖像處理技術的中心與核心就是，將原有的圖像轉變成只擁有三原色的數字圖像，并將這樣的顏色信息轉化為各種數字代碼，然后再對這些圖像數字化的代碼解讀和處理，以實現對圖像加工和處理的目的。計算機圖像與圖形的處理技術起初主要被應用于航天領域。人們要將航天儀器所拍攝到的圖像轉變成數字化圖像，就需要對圖像進行細致的分析和研究。這就需要對獲得的原始圖片進行一定的處理，才能達到預期的目的和效果。隨著計算機技術的不斷發展，計算機圖像與圖形處理技術也在廣泛的運用中取得了長足的發展和進步。目前，這項技術已經被廣泛地應用到了各行各業的設計領域。可以說，這項技術的應用對提高相應產品的設計效率是有極大幫助的。

計算機圖形學所處理的對象就是數字化的圖形。數字化圖形可以分為以下兩大類：①明暗圖。其主要是我們日常生活中經常看到的數碼照片、有顏色灰度變化的圖形等。這類圖形是真實感圖形。②更為抽象的一些圖形，比如等高線地圖、工程圖、曲面的線框圖等基于線條信息表示的圖形。計算機圖形學研究的目的之一就是將一些抽象的信息轉化為真實感的圖形，借助計算機生成讓人賞心悅目的真實感圖形，從而解決生活中的一些現實問題。

2 計算機圖形學的主要應用情況分析

2.1 幫助完成可視化的科學計算

目前，計算機圖形學中一項最主要的應用就是支持可視化的計算，比如在流體力學、氣象分析、醫學、有限元分析等領域。這項需求是比較強的。這種可視化計算機圖形學對醫學領域的幫助是很大的。當下，一些重要的醫學操作通常依靠精密的機械，在實現之前，都必須做到可視化。在具體的手術過程中，只有基于可視化，才能判斷機械操作的準確性。可視化計算機圖形學應用在醫學領域比較成功的一個范例就是其可以將CT掃描的數據轉化為圖像。這樣能夠直觀地顯示患者患部情況。同時，這種可視化技術在氣象、勘測等各個領域也有廣泛的應用，其應用不僅極大地推動了一些行業的發展和進步，還為這一領域的工作人員、研究人員提供了極大的便利。

2.2 平面設計與動畫領域

平面設計領域其實就是計算機圖形學與圖像學領域中一個重要的派生行業，基于計算機的平面設計為設計人員提供了更多的技術支持，使得很多設計思想和理念可以被更多的人看到。目前，基于平面設計的廣告設計、網頁設計、電腦繪畫藝術設計等已經成為相關從業人員必須具備的專業技術。動畫技術以及與動畫技術有一定關系的視頻剪輯、包裝技術其實也是在計算機圖像技術支持下才得以發展的。這些技術從本質上看可能屬于藝術創作的范疇，但可以說，如果脫離了計算機技術的支持，其也不會得到廣泛的應用，不會取得如此大的進步。

2.3 在工業制造及設計領域的應用

工業設計和制造也離不開計算機圖形學，比如目前在工業設計領域，基于CAD的模具設計應用得最廣泛也最為頻繁。這樣的設計無論是在機械結構、土建工程中，還是在產品設計中，都得到了廣泛的應用。在工業設計中得到了普遍應用的同時，計算機圖形學還在工業制造中的一些模擬仿真、三維建模中也有所涉及，通過三維圖形的設計能夠得到精確的制作模具，促進了工業設計與制造的標準化和規模化發展。

3 計算機圖形學的發展前景

從目前的形勢上來看，計算機圖形學已經開始逐步走向一條成為獨立學科的道路，其所涉及的領域也會越來越廣。因為有了計算機圖形學作為支持，相關領域的技術也會取得長足的進步和發展，而我們的生活也會因技術的發展而變得越來越便利。目前，計算機圖形學的發展可以說是不可限量的，我們從學科發展的角度來看，其將會有以下幾個方面的發展趨勢：①與圖形硬件的發展緊密結合。也就是說，計算機圖形學將會與其相對應的軟硬件一起發展。這一領域的典型范例就是虛擬現實技術、模擬仿真技術，硬件和軟件的共同作用將會給人帶來前所未有的感官體驗。②更加精密的可視化表達技術。隨著計算機圖型學的繼續發展和進步，可視化表達的效果將會更好、更具體，更容易被人們認識和理解。③繼續與視頻處理技術融合，促進視頻技術的軟硬件更新以及數碼產品的更新將會是視頻處理技術與計算機圖形學融合中研究的熱點。

4 總結

從整體上看，計算機圖形學技術是一項系統、復雜的技術，其涉及的方面與內容較多。要想更多地了解這一學科，需要掌握的知識必然要求綜合、系統。而把握其發展也并不是一件容易做到的事。本文僅僅是對這些內容進行了初步的探究，日后的研究工作還需要繼續深入。

參考文獻

[1]楊敏.計算機圖形學與圖形圖像處理技術淺析[J].電子制作，2013（08）：84，99.

[2]高文.分析計算機圖形學的發展及應用[J].計算機光盤軟件與應用，2013（08）：188-190.

[3]李洪江，桂子娟.計算機圖形學在電力系統中的應用[J].科技風，2011（21）：68-69.

〔編輯：劉曉芳〕