計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)

崔煜昆

摘 要：本文介紹了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容、發(fā)展歷史、圖形系統(tǒng)的組成和功能、應(yīng)用領(lǐng)域以及真實(shí)感圖形的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，對(duì)圖形學(xué)的基本內(nèi)容進(jìn)行了概括，為讀者展現(xiàn)了有關(guān)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；圖形學(xué)；圖形圖像；處理技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）10-0040-01

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展極大的方便了人們的生活，對(duì)社會(huì)的各個(gè)方面也發(fā)揮了巨大的作用，比如在導(dǎo)航、電力系統(tǒng)、飛機(jī)、船舶等的應(yīng)用。因此掌握這一技術(shù)對(duì)生產(chǎn)生活具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成

計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)由硬件設(shè)備和相應(yīng)的圖形圖像軟件系統(tǒng)這兩部分組成。高質(zhì)量的計(jì)算機(jī)圖形軟件與高性能計(jì)算機(jī)圖形硬件設(shè)備無法分離。圖形系統(tǒng)硬件通常由圖形處理器、圖形輸出設(shè)備和輸入設(shè)備組成。圖形處理器是圖形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，是計(jì)算機(jī)和顯示終端之間的連接器。圖形處理器具有存儲(chǔ)和操作圖形的能力，可以進(jìn)行大部分的圖形功能計(jì)算，這也大大降低了CPU的負(fù)擔(dān)，從而提高了系統(tǒng)的顯示能力和速度。

最常用的圖形輸入設(shè)備是鍵盤和鼠標(biāo)。人們一般通過一些圖形軟件用鍵盤和鼠標(biāo)直接在屏幕上定位和輸入圖形。數(shù)據(jù)手套是通過傳感器和天線發(fā)送手指的位置和方向的信息。這些輸入設(shè)備在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的構(gòu)建和漫游中特別有用。光筆是檢測(cè)光的裝置，它直接在屏幕上操作，拾取位置。

圖形輸出設(shè)備是一種可以快速生成和處理圖形的顯示系統(tǒng)，以及將圖形永久存儲(chǔ)在介質(zhì)上的圖形系統(tǒng)，包括顯示器、繪圖儀、打印機(jī)等。CAD和CAM是現(xiàn)代工業(yè)中最廣泛使用和流行的計(jì)算機(jī)圖形工具。電腦圖形廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)、室內(nèi)建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)等，包括飛機(jī)、汽車、汽車、船舶。

隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、圖形輸入/輸出設(shè)備的發(fā)展，在電子工業(yè)設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)在大型集成電路、印刷電路板、電子電路和網(wǎng)絡(luò)分析等方面的優(yōu)勢(shì)非常明顯。

CAD是基于三維建模的工程圖。尺寸建模是從二維信息中提取三維信息，通過對(duì)這些信息的分類、綜合和一系列處理，在三維空間中重建對(duì)應(yīng)于三維體的二維信息。

隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，圖形輸入和輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)軟件也在不斷更新和改進(jìn)，就出現(xiàn)了許多支持計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的軟件系統(tǒng)。如各種子程序、圖形庫(kù)、甚至專用圖形系統(tǒng)等。為了實(shí)現(xiàn)程序的可移植性，已經(jīng)開發(fā)了面向用戶的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序包和圖形生成管理包。

2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述

2.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的主要內(nèi)容

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究非常廣泛，如圖形硬件、圖形標(biāo)準(zhǔn)、圖形交互技術(shù)、光柵圖形算法、曲面建模、物理建模、逼真圖形顯示算法、科學(xué)計(jì)算可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、自然模擬、虛擬現(xiàn)實(shí)等等。圖形系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程的重要組成部分。作為圖形系統(tǒng)，至少具有計(jì)算、存儲(chǔ)、輸入、輸出對(duì)話等五個(gè)方面的基本功能。計(jì)算功能：實(shí)現(xiàn)計(jì)算、轉(zhuǎn)換、分析等所需的設(shè)計(jì)過程。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要目的是使用電腦來表達(dá)真實(shí)的圖形感。為此，我們必須建立關(guān)于幾何表示場(chǎng)景的圖形描述，使用光模型計(jì)算光照下的假想光源、紋理、材質(zhì)特性。所以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)密切相關(guān)。圖形也可將曲面建模技術(shù)和物理建模技術(shù)的幾何場(chǎng)景作為其主要研究?jī)?nèi)容。同時(shí)，以數(shù)字圖像的形式提供現(xiàn)實(shí)圖形的結(jié)果，并且和計(jì)算機(jī)圖形和圖形圖像處理密切相關(guān)。

2.2 計(jì)算機(jī)圖形圖像處理的基本概念

計(jì)算機(jī)圖形圖像處理是指通過使用由概念或數(shù)學(xué)描述表示的對(duì)象的幾何數(shù)據(jù)或幾何模型來顯示存儲(chǔ)、修改、改進(jìn)和執(zhí)行相關(guān)操作的過程。圖像處理包括主要內(nèi)容有：（1）幾何變換，如平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、透視和投影。（2）圖像數(shù)字化、圖像編碼、圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、圖像分割和圖像分析。（3）曲線和曲面擬合。（4）建?；蚪ＴO(shè)計(jì)。（5）隱藏線，隱藏表面消除。（6）陰影。（7）紋理。（8）顏色設(shè)計(jì)。

3 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成與功能

3.1 行人-- 機(jī)器通信

用戶通過顯示屏觀察設(shè)計(jì)結(jié)果和圖形，并選擇拾取裝置修改不令人滿意的部分。系統(tǒng)還追溯到以前的工作步驟，并在用戶進(jìn)行操作時(shí)給出必要提示和修改意見。

3.2 計(jì)算機(jī)圖形化的用戶接口

一個(gè)良好的圖形用戶界面可以大大提高軟件的易用性，隨著蘋果圖形界面操作系統(tǒng)的引入，特別是微軟Windows應(yīng)用操作系統(tǒng)的普及，標(biāo)志著圖形已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域被整合到了電腦中。

3.3 地形地貌和自然資源圖

陸地信息資源是國(guó)家經(jīng)濟(jì)體系的重要組成部分。使用這些存儲(chǔ)的信息繪制技術(shù)，可以生成三維地形圖，進(jìn)行高層次土地整治、預(yù)測(cè)和提供決策綜合管理和資源利用研究與開發(fā)，為軍隊(duì)提供科學(xué)依據(jù)，這都體現(xiàn)了其重要的價(jià)值。

4 結(jié)語

計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展徹底改變了人們的生活方式，各個(gè)方面都能用到這一技術(shù)，而圖形技術(shù)則在很多方面發(fā)揮了無可取代的技術(shù)，而在未來圖像處理技術(shù)有著更大的用途。本文對(duì)計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)做了一些介紹，希望能增加人們對(duì)該技術(shù)的認(rèn)識(shí)。

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