計算機(jī)圖形圖像處理關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究

田 勇

（廊坊市人民防空辦公室 河北 廊坊 065000）

1 引言

20世紀(jì)中后期，計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)問世。該技術(shù)主要利用計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)來完成圖形圖像的設(shè)計、調(diào)整以及美化，具體處理過程涉及諸多技術(shù)軟件，如數(shù)字化技術(shù)與CAD技術(shù)等，充分彰顯了我國科技水平的提升。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動了計算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計算機(jī)技術(shù)包括許多組成部分，其中圖形圖像處理技術(shù)是計算機(jī)技術(shù)的重要組成部分之一，并且在現(xiàn)代應(yīng)用科學(xué)中，也得到了廣泛應(yīng)用和推廣。當(dāng)前，該技術(shù)已然滲透社會生產(chǎn)、生活之中，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)及企業(yè)向前發(fā)展，具有重大現(xiàn)實意義。

2 計算機(jī)圖形圖像處理

2.1 定義

計算機(jī)圖形圖像處理是指使用計算機(jī)運(yùn)算處理技術(shù)來完成圖形圖像信息的復(fù)原與增強(qiáng)等的過程，大致包括二維圖形圖像處理技術(shù)與三維圖形圖像處理技術(shù)兩個技術(shù)種類。由于其二者處理維度有別，因而處理側(cè)重點(diǎn)也存在差異：前者更加注重處理圖像色彩，而后者則主要處理圖形圖像在三維立體空間內(nèi)部的縮放與透視等。通過使用計算圖形圖像處理技術(shù)，不但可以有效提取圖形圖像關(guān)鍵信息并確保信息安全，而且還可以降低圖形圖像所需存儲空間，大大提升傳輸效率。

2.2 二者間區(qū)別與聯(lián)系

計算機(jī)圖形處理技術(shù)與計算機(jī)圖像處理技術(shù)為兩個不同概念，區(qū)別具體表現(xiàn)為：（1）信息來源不同。圖形信息并非客觀存在，而是源于主觀世界也即人腦；圖像信息則為客觀世界中的真實存在。（2）處理手段不同。圖形處理以幾何理論為基礎(chǔ)，具體包括剪裁與旋轉(zhuǎn)等手段；而圖像處理則以數(shù)據(jù)信息處理與模糊數(shù)學(xué)模型等理論為支撐，具體包括信息強(qiáng)化與圖像識別等手段。（3）應(yīng)用領(lǐng)域不同。圖像處理技術(shù)應(yīng)用多見于CAD與動畫模擬領(lǐng)域；而圖像處理技術(shù)則主要應(yīng)用于制造領(lǐng)域。

盡管二者存在以上區(qū)別，但為取得最佳處理效果，相關(guān)人員往往將其二者結(jié)合使用。

3 計算機(jī)圖形圖像處理關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)字化技術(shù)

計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)以形態(tài)數(shù)學(xué)技術(shù)與立體數(shù)學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，因此，在具體處理過程中，應(yīng)當(dāng)首先使用數(shù)字化技術(shù)完成圖形圖像處理工作，繼而將其轉(zhuǎn)化為可供計算機(jī)識別或者轉(zhuǎn)換的格式。以圖像處理為例，首先進(jìn)行采樣，繼而選取水平或垂直方向完成圖像分割，并將所獲數(shù)據(jù)點(diǎn)信息進(jìn)行量化，最后進(jìn)行壓縮編碼。在計算機(jī)圖像存儲方面，壓縮編碼為一個重要環(huán)節(jié)，目前常用壓縮編碼方式包括波點(diǎn)變化壓縮、轉(zhuǎn)換以及預(yù)測等。

3.2 CAD技術(shù)

CAD技術(shù)是以圖像處理設(shè)備為載體，通過一些專業(yè)人士對一種新型軟件進(jìn)行有效研發(fā)。從目前來看，CAD軟件已經(jīng)在企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計中得到了廣泛運(yùn)用。例如儲存重要信息的過程更加便捷簡單，進(jìn)而可以更好地開展繪制圖形工作，給工作人員提供了很大的便利。在計算機(jī)圖形圖像處理過程中應(yīng)合理應(yīng)用CAD技術(shù)，針對設(shè)計方案的不同，也應(yīng)選擇不同的應(yīng)用方式，有效保障圖形圖像處理的研究以及分析更具針對性，從而選取最佳設(shè)計方案，并通過對CAD軟件一些功能的利用對圖形以及文字等信息進(jìn)行有效的處理，使得對圖形以及文字的編輯、移動等工作得以有效實現(xiàn)，充分發(fā)揮CAD軟件的應(yīng)用價值以及有效性。

CAD技術(shù)是專業(yè)技術(shù)人員借助圖像處理設(shè)備研發(fā)得出的一種新型技術(shù)軟件，具體包括交互技術(shù)與曲面造型技術(shù)，目前已被廣泛應(yīng)用于企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)。以交互技術(shù)為例，其主要通過圖形輸出顯示設(shè)備顯示用戶所建立的坐標(biāo)系統(tǒng)，進(jìn)而完成一系列圖形圖像編輯處理工作，如平移、透視以及旋轉(zhuǎn)等，最終改變圖形圖像[1]。主要功用表現(xiàn)在兩個方面：（1）為設(shè)計人員提供工作便利。設(shè)計人員使用交互技術(shù)即可輕松完成人機(jī)信息交換與設(shè)計產(chǎn)品的虛擬或打樣工作，此外其還可以借助該技術(shù)對比并優(yōu)化前期設(shè)計產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)，更好地完成產(chǎn)品設(shè)計工作。（2）及時呈現(xiàn)相關(guān)內(nèi)容或修改結(jié)果。設(shè)計人員通過使用交互技術(shù)，可于較短時間內(nèi)呈現(xiàn)設(shè)計內(nèi)容或者修改結(jié)果，有效改善設(shè)計質(zhì)量并提高設(shè)計工作效率。

為確保圖形圖像處理分析研究結(jié)果更具針對性，相關(guān)人員在應(yīng)用CAD技術(shù)時需要結(jié)合具體設(shè)計方案來選擇合適的應(yīng)用方式，并通過該技術(shù)有效處理文字或圖形信息，在檢索基礎(chǔ)上完成文字或圖形的編輯、移動工作。

3.3 圖形圖像識別技術(shù)

圖形圖像識別技術(shù)的應(yīng)用主要借助CNN網(wǎng)絡(luò)與Opencv來實現(xiàn)。CNN網(wǎng)絡(luò)又稱卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，主要用來識別一些發(fā)生過位移或進(jìn)行過縮放的二維圖形。使用過程中，由于其特征檢測層所具有的特殊性，因而主要通過隱性方式來學(xué)習(xí)訓(xùn)練數(shù)據(jù)。此外，由于同一特征具有相同的神經(jīng)元權(quán)值，因而網(wǎng)絡(luò)支持并行學(xué)習(xí)[2]。Opencv作為跨平臺計算機(jī)視覺與機(jī)器學(xué)習(xí)軟件庫，可于不同操作系統(tǒng)上運(yùn)行并采用計算機(jī)視覺與圖形圖像處理通用算法。

3.4 圖形圖像分割技術(shù)

圖形圖像分割技術(shù)即指將所需圖形圖像從原文件中截取出來的技術(shù)，應(yīng)用基礎(chǔ)在于亮度的不連續(xù)性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電子制造業(yè)。由于電子設(shè)備元件極小，難以進(jìn)行人工檢驗，因而便需使用圖形圖像分割技術(shù)來發(fā)現(xiàn)所缺零部件。此外，圖形圖像分割技術(shù)還可將原本的圖形圖像劃分為不同區(qū)域，并將與劃分規(guī)則不符的原件甄別出來，大大提升了電子制造業(yè)生產(chǎn)效率。

3.5 圖形圖像復(fù)原技術(shù)

圖形圖像復(fù)原技術(shù)以轉(zhuǎn)變圖像為核心，以退化的圖形數(shù)值為基礎(chǔ)。由于退化的圖形數(shù)值具有客觀性，因而該技術(shù)離不開以人之主觀意識為核心的圖像增強(qiáng)技術(shù)。一般而言，圖形圖像在傳遞過程中會受成像或者外部環(huán)境影響發(fā)生退化，而圖形圖像復(fù)原技術(shù)的工作原理就是利用原圖形圖像的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)算，復(fù)原已退化圖形圖像，并將其重新構(gòu)建成新的圖形圖像。

3.6 圖形圖像實時繪制技術(shù)

在現(xiàn)代圖形圖像處理技術(shù)中，圖形圖像實時繪制技術(shù)極具時代意義。應(yīng)用圖形圖像實時繪制技術(shù)不但可以確保圖形圖像的完整性，且還可以降低性能消耗，大大提升圖形圖像處理效率[3]。作為現(xiàn)代繪制技術(shù)重要產(chǎn)物，圖形圖像實時繪制技術(shù)可應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛。然而，由于該技術(shù)具有較高硬件設(shè)備要求，而高配置硬件設(shè)備至今尚未普及，因而導(dǎo)致該技術(shù)面臨一定應(yīng)用局限。

4 計算機(jī)圖形圖像處理關(guān)鍵技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1 在工業(yè)制造方面的應(yīng)用

計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域：（1）通過構(gòu)建場景為具體設(shè)計方案提供有效依據(jù)。使用計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)可從光照、角度等不同方面構(gòu)建各種場景，為相應(yīng)設(shè)計方案提供合理性依據(jù)。（2）通過構(gòu)建三維立體模型向觀看人員直觀展示設(shè)計效果。在設(shè)計飛機(jī)、汽車、輪船等立體產(chǎn)品的時候，可以使用計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)來處理部分特殊圖像，進(jìn)行三維模擬，并放大或縮小其中任一部件，向觀看人員直觀展示產(chǎn)品設(shè)計效果[4]。（3）通過三維模擬直觀展示電路圖。在使用計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)印刷電路時，可以通過三維模擬更加直觀地將電路圖展示出來。

4.2 在動畫設(shè)計方面的應(yīng)用

受國內(nèi)多媒體技術(shù)發(fā)展及國外三維動畫沖擊等因素影響，傳統(tǒng)二維技術(shù)已難滿足人們的精神文明需求。在此形勢下，計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)得以廣泛應(yīng)用于動畫設(shè)計領(lǐng)域。將計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)應(yīng)用到動畫設(shè)計當(dāng)中，不但可以大幅縮短動畫設(shè)計周期，且還可以有效提升動畫設(shè)計質(zhì)量，更好地推動我國動畫事業(yè)發(fā)展[5]。

4.3 在可視化計算方面的應(yīng)用

信息化時代背景下，可視化計算對圖形圖像處理技術(shù)提出更高要求。有效利用計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)所具有的繪圖功能，可以高效檢索并分析各種復(fù)雜數(shù)據(jù)信息，通過建立數(shù)據(jù)模型為可視化計算提供有效依據(jù)，直觀展示各類數(shù)據(jù)信息。此外，計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)還可用于醫(yī)學(xué)或氣象等專業(yè)領(lǐng)域，通過可視化圖像分析并呈現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，有效避免了由于圖像處理不準(zhǔn)確或圖像處理過度而產(chǎn)生的圖像失真現(xiàn)象[6]。尤其是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，超聲成像、CT、磁共振等都與計算機(jī)圖像處理技術(shù)息息相關(guān)。

4.4 在計算機(jī)輔助設(shè)計方面的應(yīng)用

計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)在計算機(jī)輔助設(shè)計領(lǐng)域同樣大有用途。比如，計算機(jī)輔助設(shè)計研發(fā)人員可以利用計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)將研發(fā)產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)輸入到計算機(jī)，由計算機(jī)按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)與步驟自行完成運(yùn)算[7]。此外，還可利用該技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計并監(jiān)管產(chǎn)品制造質(zhì)量。以汽車的設(shè)計研發(fā)為例，傳統(tǒng)設(shè)計研發(fā)工作通常需用實際物品進(jìn)行實驗后方可提取到有關(guān)數(shù)據(jù)，但若利用計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)，設(shè)計研發(fā)人員僅需通過計算機(jī)即可完成產(chǎn)品模擬，不但有效提高了工作效率，且為整個設(shè)計研發(fā)工作節(jié)約了大量人力物力。

4.5 在商業(yè)服務(wù)方面的應(yīng)用

商業(yè)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展背景下，計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)也已被廣泛應(yīng)用于商業(yè)服務(wù)領(lǐng)域，主要包括面部信息識別與汽車信息識別等。由于面部信息關(guān)系到客戶個人財產(chǎn)及信息安全，并與商家自身利益緊密相關(guān)，因此，商業(yè)服務(wù)領(lǐng)域必須設(shè)計平衡好計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)功能以及使用成本，以此確保技術(shù)可靠并實現(xiàn)利益最大化。此外，商業(yè)服務(wù)領(lǐng)域還需充分掌握該技術(shù)關(guān)鍵內(nèi)容，以此做好信息的儲存與管理工作，實現(xiàn)技術(shù)的良好應(yīng)用。

4.6 在傳媒方面的應(yīng)用

目前，市面上已經(jīng)存在多種計算機(jī)圖像圖像處理軟件，主要包括兩大類型：（1）二維平面軟件，如paintshop、Photoshpo以及Corel-Draw等；（2）三維動畫建模和渲染工具，如Maya、3D MAX等。這些軟件現(xiàn)已在多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用，如動態(tài)運(yùn)動分析、3D建模、3D游戲制作、3D影視制作等[8]。具體來說，利用計算機(jī)圖形圖像軟件可以使用3D動畫模擬物體運(yùn)動并完成影視劇制作；還可以利用3D建模制作特效或者模擬操作各類場景；此外，也可記錄軌道與數(shù)據(jù)并借此完成運(yùn)動分析。圖片媒體編輯、電影特效制作和后期處理目前在傳媒領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。以廣告圖為例，應(yīng)用Photoshop軟件并結(jié)合圖像特點(diǎn)實現(xiàn)通道或分層渲染，不但可以提升圖片宣傳效果，且還可以實現(xiàn)原圖與新圖層備份；之后還可使用魔法工具調(diào)整圖像細(xì)節(jié)，單曲選取不同圖片區(qū)域進(jìn)行加工；此外還可使用其他工具為圖片添加或疊加濾鏡效果，最大程度地展現(xiàn)圖片藝術(shù)效果。

4.7 在視覺傳達(dá)系統(tǒng)方面的應(yīng)用

目前，計算機(jī)圖形圖像關(guān)鍵技術(shù)在視覺傳達(dá)系統(tǒng)中也已獲得廣泛應(yīng)用，具體涵蓋文字設(shè)計、插圖繪畫設(shè)計、包裝設(shè)計等幾個方面：（1）在文字設(shè)計方面的應(yīng)用。作為重要的符號化工具，文字不僅可以描繪人類思想感情，且還可以記錄人類語言信息，將各種抽象內(nèi)容轉(zhuǎn)換成具體形象[9]。文字設(shè)計是計算機(jī)圖形圖像處理關(guān)鍵技術(shù)在視覺傳達(dá)系統(tǒng)中的主要應(yīng)用方面。從技術(shù)層面來說，文字設(shè)計的操作并不復(fù)雜。以在圖片中輸入文字這一操作為例，首先，選擇適用字體并使用該字體將文字輸入圖片；接著使用工具欄對文字進(jìn)行后期加工，確定文字的大小、形狀以及顏色，使文字更具規(guī)劃性。值得注意的是，在此過程中，設(shè)計者需要結(jié)合整體畫面與所需表達(dá)的內(nèi)容來選擇并修改文字，以此增強(qiáng)圖片說服力，更好地向外傳遞圖片的內(nèi)在思想與深層含義。此外，設(shè)計師也需高度重視圖片的整體協(xié)調(diào)性，掌握并使用一些文本處理技巧，讓操作變得更加簡單快捷，有效提高工作效率。整體而言，計算機(jī)圖形圖像處理關(guān)鍵技術(shù)可賦予文字更多變化空間，實現(xiàn)文字與圖片二者的有效融合，切實改善作品視覺傳達(dá)效果。（2）在插圖繪畫設(shè)計方面的應(yīng)用。繪畫是計算機(jī)自帶的一項功能，多數(shù)人都已掌握。插圖繪畫技術(shù)是視覺傳達(dá)設(shè)計中的一項重要技能，使用計算機(jī)圖形圖像處理關(guān)鍵技術(shù)可以成功簡化原本復(fù)雜的操作步驟。設(shè)計者可以使用鉛筆勾勒草圖，然后再利用計算機(jī)圖形圖像處理關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行藝術(shù)加工處理，完成上色及其他繪畫流程。換言之，設(shè)計者僅需花費(fèi)少量時間勾勒草圖即可，其他環(huán)節(jié)均由計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)負(fù)責(zé)，可以有效節(jié)約時間并提高設(shè)計工作效率。（3）在產(chǎn)品包裝設(shè)計方面的應(yīng)用。作為常見營銷手段與關(guān)鍵銷售步驟，產(chǎn)品包裝設(shè)計在生活中現(xiàn)已隨處可見。結(jié)合現(xiàn)實來看，消費(fèi)者在同等質(zhì)量與同等價位的商品面前，往往傾向于選擇辨識度高、帶有精美包裝的商品。因此，大品牌通常極為注重產(chǎn)品包裝設(shè)計環(huán)節(jié)，以此彰顯品牌文化內(nèi)涵并增強(qiáng)品牌的社會影響力[10]。傳統(tǒng)視覺傳達(dá)系統(tǒng)往往只能設(shè)計加工靜態(tài)圖片，但在引入計算機(jī)圖形圖像處理關(guān)鍵技術(shù)后，即可實現(xiàn)靜態(tài)圖片與動態(tài)圖片二者的融合，不但可以有效提升產(chǎn)品美感，為消費(fèi)者帶去強(qiáng)烈的視覺沖擊，且還可向消費(fèi)者傳遞產(chǎn)品關(guān)鍵信息與企業(yè)經(jīng)營理念等，幫助消費(fèi)者更好地理解產(chǎn)品，以此提高產(chǎn)品吸引力與消費(fèi)者購買意愿。

5 結(jié)語

圖形圖像處理技術(shù)是計算機(jī)信息技術(shù)發(fā)展歷程中一項重要內(nèi)容，幾乎關(guān)涉社會各個行業(yè)與領(lǐng)域。圖形處理技術(shù)與圖像處理技術(shù)雖非兩個不同概念，但在實際應(yīng)用過程中卻存在緊密聯(lián)系，通常為人結(jié)合使用。目前，常用的計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)包括數(shù)字化技術(shù)、CAD技術(shù)、圖形圖像識別技術(shù)、圖形圖像分割技術(shù)、圖形圖像復(fù)原技術(shù)以及圖形圖像實時繪制技術(shù)等。這些技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、動畫設(shè)計、可視化計算、計算機(jī)輔助設(shè)計、商業(yè)服務(wù)、傳媒以及視覺傳達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域。但要想更好地提升我國科技發(fā)展水平，相關(guān)人員也仍需不斷研究與創(chuàng)新。