探析計算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)

楊珍 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1 引言

計算機(jī)圖形學(xué)和相關(guān)圖形圖像處理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展有其歷史背景，上世紀(jì)60年代，由于對計算機(jī)的認(rèn)識還處在一個比較初級的階段，社會各個領(lǐng)域能夠用到計算機(jī)運算或處理的領(lǐng)域也并不是很多。但到了70年代，光柵顯示器的誕生使得光柵圖形算法迅速興起，關(guān)于圖形的基本操作和相應(yīng)的算法也紛紛開始投入研究，并且出現(xiàn)了很多豐厚的成果。由此，計算機(jī)圖形學(xué)進(jìn)入繁榮階段，諸多國家都將圖形學(xué)應(yīng)用在工程，設(shè)計和管理，以及教育等方面。到了80年代，大規(guī)模集成電路的發(fā)展則是進(jìn)一步的給了圖形學(xué)和圖形圖像處理技術(shù)更大的發(fā)展空間，關(guān)于圖形的相關(guān)算法逐漸成熟，隨著科技的不斷發(fā)展，如今，關(guān)于圖形學(xué)的知識數(shù)不勝數(shù)，而圖形圖像處理更是應(yīng)用廣泛，從網(wǎng)絡(luò)游戲的貼圖渲染到動畫，再到虛擬現(xiàn)實以及CAD等等，都體現(xiàn)了這個行業(yè)發(fā)展的無窮可能性。

2 計算機(jī)圖形學(xué)的簡單論述

2.1 主要內(nèi)容

計算機(jī)圖形學(xué)的最重要的目的就是要讓現(xiàn)實世界的圖形能夠在計算機(jī)上完美的再現(xiàn)，也就是“所見即所得”。而實現(xiàn)這一目的的所有方法就是計算機(jī)圖形學(xué)的主要內(nèi)容，計算機(jī)圖形學(xué)主要分為兩部分，一是利用線條信息處理的圖，第二種則是現(xiàn)實世界的圖像，也就是明暗圖。圖形學(xué)對于前者要達(dá)到的目的是線條能夠準(zhǔn)確表達(dá)信息，如工程圖。而后者則是最大程度的模擬真實世界的場景，通過各種處理技術(shù)實現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實的結(jié)合。

2.2 發(fā)展

隨著計算機(jī)附件的產(chǎn)生，到后面的滾筒式繪圖儀將傳統(tǒng)的數(shù)字記錄儀取代，這一時期代表著計算機(jī)圖形處理的基礎(chǔ)階段，也就是電子管式。直到后來美國開發(fā)出關(guān)于空中防御的計算機(jī)體系，才顯示出計算機(jī)圖形學(xué)的重要性，而在此之前，計算的相關(guān)指令基本上都是通過符號進(jìn)行，計算機(jī)圖形學(xué)出現(xiàn)之后，人們意識到圖形處理的便捷，因此大力研究。

3 計算機(jī)圖形學(xué)的基本概念以及系統(tǒng)的功能和組成

要了解計算機(jī)圖形學(xué)，首先必須對相關(guān)的基本概念有一個大致的了解，主要有下：

3.1 基本概念

3.1.1 顏色的要素

顏色是圖像的基礎(chǔ)，所以對顏色的概念定義非常重要。我們通常用三個物理量來描述顏色，分別是色調(diào)、飽和度和亮度。色調(diào)指的是顏色的類別，例如紅、綠、藍(lán)。對于某一個物體的色調(diào)是有這種物體本身的輻射的光譜成分所決定的。飽和度則是指的某一種顏色的深淺程度，對于一種顏色來說，如果越濃，那么我們就稱之為飽和度高，反之飽和度越低。亮度是指當(dāng)光作用于人的眼睛時所引起的明暗程度的感覺。在亮度的衡量當(dāng)中，一般發(fā)光物體如果彩色光輻射功率越大，那么表示的亮度就會很高，反之亮度很低。

3.1.2 三基色原理

這是在圖形學(xué)中最為基本的一種色度原理，三基色是指紅、綠、藍(lán)。而三基色原理表達(dá)的是任何一種顏色均可按照這三種顏色根據(jù)不同的比例進(jìn)行混合而形成。

3.1.3 顏色模型

顏色模型的作用是對生成顏色的規(guī)則進(jìn)行制定以及對顏色進(jìn)行精確的標(biāo)定。各種顏色模型所運用的場合都不同，形成鮮明的特點。主要有RGB顏色模型，主要用于自發(fā)光的彩色顯示器。其次就是CMY顏色模型，主要用于油墨打印上，最后就是YUV顏色模型，用于處理彩色視頻信號。

3.1.4 計算機(jī)中的圖形數(shù)據(jù)表示

圖形學(xué)中另一基本的定義就是圖形和圖像，這是計算機(jī)中的圖最為常用的兩種表達(dá)方式，也是計算機(jī)圖形學(xué)開展需要概念知識，圖形也被稱作“矢量圖”，圖形主要是有數(shù)學(xué)對象定義的由直線和曲線組成的圖形，一般我們所用的機(jī)械圖，電路圖和CAD就是采用矢量圖。另一種叫做圖像，圖像也被稱作位圖或者點陣圖，圖像采用像素作為基本單位來進(jìn)行表示。

3.1.5 圖像的屬性

在圖像當(dāng)中涉及到一些基本的屬性，首先是分辨率，這是衡量圖像清晰度的屬性，分為兩種，一種是圖像分辨率，也就是組成圖像的像素數(shù)目，另外一種是顯示分辨率，也就是顯示器的分辨率，在圖形圖像處理工作中，對分辨率的相關(guān)工作是最基本的。其次是像素深度，它是存儲每個像素需要用到的二進(jìn)制位數(shù)。

3.2 主要操作

圖形圖像處理的主要操作主要有，關(guān)于投影，平移和縮放等幾何上的處理，其次就是圖像的分析，數(shù)字化和編碼。還要對計算機(jī)中的圖形圖像的某些隱面進(jìn)行消除，或者增強(qiáng)圖像現(xiàn)實感，最后還要進(jìn)行某些圖像的色彩設(shè)計，渲染，貼圖紋理材質(zhì)等等。

3.3 功能和組成

3.3.1 功能

計算機(jī)圖形處理系統(tǒng)的主要功能就是基本對話和輸入輸出，基本對話就是人可以在這個圖形處理系統(tǒng)中進(jìn)行人與計算的交互，將圖形圖像按照自己的需求進(jìn)行修改，輸入輸出就是在對圖形輸入各種指令或者處理之后，可以在最終的顯示設(shè)備上輸出。

3.3.2 組成

計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)所需要的也就是圖形系統(tǒng)的組成，那就是硬件和軟件，硬件就是滿足圖形圖像處理所需要的計算機(jī)硬件設(shè)備，包括所需的專業(yè)cpu，圖形處理的專業(yè)顯卡，以及輸入輸出設(shè)備等等。軟件就是要有工作所需的圖形處理軟件。在圖形圖像處理工作當(dāng)中，由于圖形設(shè)計到數(shù)學(xué)上的函數(shù)運算，而圖像又會對顯示設(shè)備提出更高的要求，因此需要專門的處理器和顯示卡，此外，兩者的處理結(jié)果還需要用硬盤等存儲介質(zhì)進(jìn)行存儲。由于我國的行業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，在這些方面的研究均達(dá)到國際先進(jìn)水平

4 計算機(jī)圖形學(xué)的研究前沿和應(yīng)用

4.1 輔助制造和設(shè)計

在工業(yè)界當(dāng)中，最能夠反映計算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用的就是CAD了，CAD是工業(yè)設(shè)計最常用的軟件工具，經(jīng)常在涉及一些機(jī)械，土木等場合用到，另外一些集成的電路集合也會采用，由于在日常的工作當(dāng)中，人們經(jīng)常會遇到工程龐大的設(shè)計圖案，其中土木工程，集成電路，網(wǎng)絡(luò)分析等等，這些已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是人力所能完成的了，所以這個時候圖形處理軟件的優(yōu)勢就凸顯出來了，提高了工作的效率和質(zhì)量。

5 區(qū)別和聯(lián)系

計算機(jī)圖形學(xué)的主要應(yīng)用領(lǐng)域在于CAD等工業(yè)設(shè)計方面，以及計算機(jī)動畫。而計算機(jī)圖形圖像處理則被應(yīng)用在航天航空、醫(yī)學(xué)和軍事上。但是隨著科技的進(jìn)步，兩者之間又有聯(lián)系，將兩者結(jié)合運用在許多商業(yè)領(lǐng)域，能夠使得現(xiàn)實世界的物體更加逼真的出現(xiàn)在虛擬世界當(dāng)中，他們之間相輔相成。

6 結(jié)語

總而言之，在生活當(dāng)中，計算機(jī)圖形學(xué)和圖形圖像處理技術(shù)已經(jīng)被廣泛的運用，并且給人們的工作和生活帶來極大的便利，它不僅提高了工業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，還使得人們的生活豐富多彩，不斷的制造一些現(xiàn)實世界無法實現(xiàn)的視覺效果，從而讓人們充分發(fā)揮他們的創(chuàng)造力和想象力，使得科學(xué)和藝術(shù)不斷取得突破。

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