计算机图形学总结论文Word格式.docx

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同时真实感图形计算的结果是以数字图像的方式提供的计算机图形学也就和图像处理有着密切的关系。

二、计算机图形学的研究内容非常广泛如图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、非真实感绘制以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。

1990年的第11届亚洲运动会上首次采用了计算机三维动画技术来制作有关的电视节目片头。

继而以3DStudio为代表的三维动画微机软什和以Photostyler、Photoshop等为代表的微机二维平面设计软件的普及对我国计算机动画技术的应用起到了推波助谰的作用。

计算机动画的应用领域十分宽广除了用来制作影视作品外在科学研究、视觉模拟、电子游戏、工业设计、教学训练、写真仿真、过程控制、平面绘画、机械设计等许多方面都有重要应用如军事战术模拟。

三、科学计算可视化它将科学计算过程中及计算结果的数据转换为几何图形及图象信息在屏幕上显示出来并进行交互处理成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具。

科学计算可视按其实现的功能来分可以分为三个档次1结果数据的后处理2结果数据的实时跟踪处理及显示3结果数据的实时显示及交互处理。

利用虚拟现实技术产生虚拟现实环境的软件需完成以下三个功能建立作用器Actors以及物体的外形和动力学模型建立物体之间以及周围环境之间接照牛顿运动定律所决定的相互作用描述周围环境的内容特性

四、发展趋势计算机图形学主要是研究图形图像的计算机生成其研究方向众多。

在图形基础研究方面可归纳为两个主要方向即建模modeling技术又称造型技术和绘制rendering技术。

建模技术又可分为两大分支即计算机辅助几何设计和自然景物建模。

计算机辅助几何设计追求建模的精确度、可靠性和建模的速度自然景物建模追求建模的逼真度和速度。

计算机图形学中的绘制技术是指基于光栅图形显示技术的真实感图形绘制技术包括各种光照模型、明暗shading处理和纹理生成等内容。

绘制技术追求的是真实感逼真度和绘制速度。

综合上述两大研究方向的追求目标可以看出计算机图形学研究水平的高低就是反映在真实感和速度的高低以及两者的结合上也就是既要逼真地反映客观世界的对象又能高速地、通常又称实时地绘制它们。

众所周知真实感与实时性是一对尖锐的矛盾如何解决这一矛盾是当代计算机图形学工作者奋斗的目标。

计算机图形学的主攻方向不再是孤立地追求图形的真实感和绘制的实时性而是把重点转移到如何把两者结合在一起即向更高的目标迈进。

体现这一重点转移的研究方向有以下方面:

1、基于图像的建模与绘制技术成为研究热点基于图像的建模与绘制技术应用图像处理方法来加速图形学的建模和绘制的研究工作可追溯到早期的纹理映射工作。

该方法是基于几何和基于图像两种建模方法的混合方法包括利用摄影测量学原理提取照片建筑的基本几何模型利用基于模型的立体视图方法提取建筑立面的细节利用视点无关的纹理映射方法绘制建筑的多种视图。

2、.PC机图形硬件的三维化及高档图形硬件结构与图像处理硬件相结合的趋向图形硬件、图形软件及图形基础算法三者的有机结合和相互影响形成了计算机图形学辉煌的今天。

从原理上讲当图形的绘制速度足够高使所绘制的多边形中仅含几个像素如3个的时候基于多边形的3D图形系统就失去了意义因为插值运算已没有意义。

这时基于图像的建模和绘制就成为当然的选择。

从上述介绍中已可明显感到图形学与图像处理相结合的发展趋向。

3、细节的分层表示、层次化绘制以及小波理论在图形学中的应用继续成为热点4、计算机动画和虚拟现实是当前计算机图形学的应用热点在电视广播这一通常大量应用专用视频处理硬件的领域里如何应用通用图形工作站来生成高质量的实时动画以及特技图形效果的优点、难点和今后的发展方向。

三维动作跟踪器3D-Trackers可提供32个关节传感器同时实时纪录两个人的全身动作并体现在屏幕卡通人物的形体动作上。

游戏开发就得用到计算机图形学中的方方面面.5、分形理论及应用形理论是当今世界十分活跃的新理论。

作为前沿学科的分形理论认为大自然是分形构成的。

大千世界对称、均衡的对象和状态是少数和暂时的而不对称、不均衡的对象和状态才是多数和长期的分形几何是描述大自然的几何学。

作为人类探索复杂事物的新的认知方法分形对于一切涉及组织结构和形态发生的领域均有实际应用意义并在石油勘探、地震预测、城市建设、癌症研究、经济分析等方面取得了不少突破性的进展。

6、曲面造型技术它是计算机图形学和计算机辅助几何设计ComputerAidedGeometricDesign的一项重要内容主要研究在计算机图象系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。

经三十多年发展现在它已经形成了以Bezier和B样条方法为代表的参数化特征设计和隐式代数曲面表示这两类方法为主体以插值Interpolation、拟合Fitting、逼近Approximation这三种手段为骨架的几何理论体系。

随着计算机图形显示对于真实性、实时性和交互性要求的日益增强随着几何设计对象向着多样性、特殊性和拓扑结构复杂性靠拢的趋势的日益明显随着图形工业和制造工业迈向一体化、集成化和网络化步伐的日益加快随着激光测距扫描等三维数据采样技术和硬件设备的日益完善曲面造型在近几年来得到了长足的发展。

五、对计算机图形学的认识经过了一阶段计算机图形学的学习对于图形学中基本图形的生成算法有了一定的了解。

深度研究图形学需要高深的数学知识且每一个细化的方向需要的知识也不一样。

图形学是计算机科学与技术学科的活跃前沿学科被广泛的应用到生物学、物理学、化学、天文学、地球物理学、材料科学等领域。

我深深感到这门学科涉及的领域之广是惊人的可以说博大精深。

在这个计算机的时代什么都要用到，计算机技术图形也是我们生活中重要的部分所以我们得好好学好图形学。

可惜在这么短的时间内来不及更深入地学习，关于图形学还有不少知识老师对我们没来及细细讲解只是一提带过，不能不说这是个遗憾，希望以后还有机会听您给我们细细讲解未涉及的内容，带领我们更深入的对图形学进行探讨和钻研，能够翱翔在图形学这片蔚蓝的天空。

您就是领航人，我们就是那一艘艘在知识大海中航行的船泊，在老师的指引下扬帆前进！

建议：

本课程遗憾的就是时间太短，要是多学几个学期就好了，还有就是我们没有实践机会，希望以后的课程设置能有所改变。

最后，再一次感谢您如此精彩的讲授和不辞辛苦的教学！

扩展阅读：

计算机图形学学习心得体会

计算机科学与技术与技术班

学号：

1.计算机图形学

计算机图形学（ComputerGraphics，简称CG），狭义上是一种研究基于物理定律、经验方法以及认知原理，使用各种数学算法处理二维或三维图形数据，生成可在计算机等显示设备上显示的可视化数据的科学。

它是计算机科学的一个分支领域与应用方向。

广义上来看，计算机图形学不仅包含了从三维图形建模、绘制，到生成动画的过程，同时也包含了对二维矢量图形以及图像视频融合处理的研究。

2.研究内容

计算机图形学的研究内容非常广泛，如图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、非真实感绘制，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。

简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。

图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。

从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是明暗图，也就是通常所说的真实感图形。

为此，必须建立图形所描述的场景的几何表示，再用某种光照模型，计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。

事实上，图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。

同时，真实感图形计算的结果是以数字图像的方式提供的，计算机图形学也就和图像处理有着密切的关系。

具体来说计算机图形学分为两方面内容，一是建模，二是变换，三是渲染。

所谓建模，就是将一个现实中的物体或者想象出来的物体做成一个模型，使计算机能够识别。

所谓变换，就是将空间中的实体变换到屏幕上。

所谓渲染，就是在屏幕上显示出来一些场景。

1、建模

建模方面涉及的内容相对较少，这部分主要是和数学有关。

因为计算机的基础就是数学，计算机可识别的模型也即数学模型。

（1）模型的表示方法

模型表示方法有两种，一种是用方程表示，一种是用实体造型表示。

方程表示主要包括常见的曲线曲面方程，BEZIER曲线曲面，B样条曲线曲面和NURBS曲线曲面。

实体造型表示包括内容挺多，如边界表示，空间划分表示，等等，很多。

总而言之，这一部分的主要任务是以某种形式将一个实体表示出来。

（2）多边形网格

以某种形式将模型表示出来后，通常在三维图形领域，模型并没有真正的建立起来。

通用的模型是多边形网格形式的，于是需要进行转换。

在上一步形成的图形可表示出大量的点，这些点都是实体表面上的点。

按照一定的顺序将点连接起来，就得到实体轮廓，即多边形网格。

通常采用三角形网格，为此需要对点进行三角剖分。

常采用delaunay三角剖分和随机增量剖分。

（3）网格简化

形成三角网格后，网格数量如果过多，需要对模型简化，以降低渲染的负荷。

在简化的同时还要尽量不降低渲染的效果。

通常有静态网格简化技术，细节层次技术，渐进式网格模型表示等。

2、坐标系变换

（1）观察变换

这一部分是将空间物体从世界坐标系变换到二维视区。

因为物体处于三维空间中，然而屏幕是以图片的形式显示的，即视区是二维的，这样就需要这样一个变换。

包括如下三个步骤：

观察变换：

将实体从世界坐标系变换到观察坐标系。

规范化变换：

将观察域规范化

视区变换：

完成从观察坐标系到视区的映射。

（2）裁剪

裁剪是确定图元是否落在某一区域。

视区是有限的，在视区外的图元不需要显示在屏幕上。

裁剪是在视区变换的过程中执行。

裁剪算法很多，关于直线裁剪，有Cohen-Sutherland算法、Liang-Barsky算法，关于多边形裁剪，有Sutherland-Hodgman算法、Weiler-Atherton算法。

3、渲染

渲染是计算机图形学中最庞大的部分，这部分和计算机、数学、物理等多个学科都有联系。

（1）光照和明暗处理

这部分研究的是光源发出的光打到实体表面产生的光照效果。

于是需要研究如下内容：

光照模型。

即光源是什么样的，发出什么样的光。

明暗处理模型。

即模型的表面是什么样的，如何反射光。

阴影属于此部分

光线追踪。

一种计算光照效果的算法。

辐射度算法。

另一种计算光照效果的算法。

即，这部分研究的主要内容是：

光源发出什么样的光，物体对光如何反射，以及根据光源模型和明暗处理模型而产生的模拟光照效果的算法。

（2）颜色模型与着色

现实世界是缤纷多彩的，因此必须有多种颜色。

颜色模型有多种，如CIE-XYZ色度图，RGB颜色模型，CMY颜色模型，HSV颜色模型，HLS颜色模型等等。

选用某种特定的颜色模型，对实体进行着色，是渲染的重要内容，是增加渲染效果真实性的重要组成部分。

（3）可见面判定

图形学模拟的是人眼看到的世界。

对于一个实体，面对着我们的一侧可以被看到，而实体的背部则不在视线范围内。

不在视线范围内的部分称为隐藏面。

可见面判定即确定哪些面可见，哪些面不可见。

这里算法也比较多，涉及到Z缓冲器算法，曲面求交算法等等。

（4）纹理

为实体添加纹理，通常采用贴图的形式，使实体更加真实。

下面简绍计算机图形学在曲面造型技术中的应用

曲面造型技术是计算机图形学和计算机辅助几何设计的一项重要内容，主要研究在计算机图象系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。

第一论文范编辑。

它肇源于飞机、船舶的外形放样工艺，经三十多年发展，现在它已经形成了以Bezier和B样条方法为代表的参数化特征设计和隐式代数曲面表示这两类方法为主体，以插值（Intmpolation）、拟合（Fitting）、逼近（Ap-proximation）这三种手段为骨架的几何理论体系。

随着计算机图形显示对于真实性、实时性和交互性要求的日益增强，随着几何设计对象向着多样性、特殊性和拓扑结构复杂性靠拢的趋势的日益明显，随着图形工业和制造工业迈向一体化、集成化和网络化步伐的日益加快，随着激光测距扫描等三维数据采样技术和硬件设备的日益完善，曲面造型在近几年来得到了长足的发展。

1从研究领域来看，曲面造型技术已从传统的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，扩充到曲面变形、曲面重建、曲面简化、曲面转换和曲面位差。

曲面变形（DeformationorShapeBlending）：

传统的非均匀有理B样条（NURBS）曲面模型，仅允许调整控制顶点或权因子来局部改变曲面形状，至多利用层次细化模型在曲面特定点进行直接操作；

一些简单的基于参数曲线的曲面设计方法，如扫掠法（Sweeping），蒙皮法（skinning），旋转法和拉伸法，也仅允许调整生成曲线来改变曲面形状。

计算机动画业和实体造型业迫切需要发展与曲面表示方式无关的变形方法或形状调配方法，于是产生了自由变形（fFD）法，基于弹性变形或热弹性力学等物理模型（原理）的变形法，基于求解约束的变形法，基于几何约束的变形法等曲面变形技术和基于多面体对应关系或基于图象形态学中Minkowski和操作的曲面形状调配技术。

2从表示方法来看，以网格细分（Sub-division）为特征的离散造型与传统的连续造型相比，大有后来居上的创新之势。

而且，这种曲面造型方法在生动逼真的特征动画和雕塑曲面的设计加工中如鱼得水，得到了高度的运用。

3在计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）的应用

这是一个最广泛，最活跃的应用领域。

计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。

它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。

计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。

采用计算机辅助设计已是现代工程设计的迫切需要。

CAD技术目前已广泛应用于国民经济的各个方面，其主要在制造业中的应用。

CAD技术已在制造业中广泛应用，其中以机床、汽车、飞机、船舶、航天器等制造业应用最为广泛、深入。

众所周知，一个产品的设计过程要经过概念设计、详细设计、结构分析和优化、仿真模拟等几个主要阶段。

同时，现代设计技术将并行工程的概念引入到整个设计过程中，在设计阶段就对产品整个生命周期进行综合考虑。

当前先进的CAD应用系统已经将设计、绘图、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一个系统内。

现在较常用的软件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD应用系统，这些系统主要运行在图形工作站平台上。

在PC平台上运行的CAD应用软件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。

由于各种因素，目前在二维CAD系统中Autodesk公司的AutoCAD占据了相当的市场。

在工程设计中的应用

CAD技术在工程领域巾的应用有以下几个方面：

①建筑设计，包括方案设计、三维造

型、建筑渲染图设计等。

②结构设计，包括有限元分析、结构平面设计、框/排架结构计算和分析等。

③设备设计，包括水、电、暖各种设备及管道设计。

④城市规划、城市交通设计，如城市道路、高架、轻轨等。

⑤市政管线设计，如自来水、污水排放、煤气等。

⑥交通工程设计，如公路、桥梁、铁路等。

⑦水利工程设计，如大坝、水渠等。

⑧其他工程设计和管理，如房地产开发及物业管理、工程概预算等。

在电气和电子电路方面的应用。

CAD技术最早曾用于电路原理图和布线图的设计工作。

目前，CAD技术已扩展到印刷电路板的设计（布线及元器件布局），并在集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路的设计制造中大显身手，并由此大大推动了微电子技术和计算及技术的发展。

仿真模拟和动画制作。

应用CAD技术可以真实地模拟机械零件的加工处理过程、飞机起降、船舶进出港口、物体受力破坏分析、飞行训练环境、作战方针系统、事故现场重现等现象。

在文化娱乐界已大量利用计算机造型仿真出逼真的现实世界中没有的原始动物、外星人以及各种场景等，并将动画和实际背景以及演员的表演天衣无缝地合在一起，在电影制作技术上大放异彩，拍制出一个个激动人心的巨片。

其他应用。

CAD技术除了在上述领域中的应用外，在轻工、纺织、家电、服装、制鞋、医疗和医药乃至体育方面都会用到CAD技术。

CAD标准化体系进一步完善；

系统智能化成为又一个技术热点；

集成化成为CAD技术发展的一大趋势；

科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术是CAD技术发展的新趋向。

目前图形学在一些前沿科技上也有很大的作用。

例如1.计算机辅助设计与智能CAD

CAD（ComputeAidedDesign）计算机辅助设计的发展也显现出智能化的趋势，就目前流行的大多数CAD软件来看，主要功能是支持产品的后续阶段工程图的绘制和输出，而产品设计功能相对薄弱，著名的三维辅助设计软件AutoCAD，其最常用的功能还是交互式绘图，如果要想进行产品设计，最基本的是要用其中的AutoLisp语言编写程序，有时还要用其他高级语言协助编写，很不方便。

而新一代的智能CAD系统可以实现从概念设计到结构设计的全过程。

例如，德国西门子公司开发的SigraphDesign软件可以实现如下功能：

①从一开始就可以用计算机设计草图，不必耗时费力的输入精确的坐标点，能随心所欲的修改，一旦结构确定，给出正确的尺寸即得到满意的图纸；

②这个软件中具有关系数据结构，当你改变图纸的局部，相关部分自动变化，在一个视图上的修改，其他视图自动修改，甚至改变一个零件图，相关的其它零件图以及装配图的相关部分自动修改：

③在各个专业领域中，有一些常用件和标准件，因此，希望有一个参数化图库。

而Sigraph不用编程只需画一遍图就能建成自己的图库；

④Sigraph还可以实现产品设计的动态模拟用于观察设计的装置在实际运行中是否合理等等。

智能CAD的另一个领域是工程图纸的自动输入与智能识别，随着CAD技术的迅速推广应用，各个工厂、设计院都需将成千上万张长期积累下来的设计图

纸快速而准确输入计算机，作为新产品开发的技术资料。

多年来，CAD中普遍采用的图形输入方法是图形数字化仪交互输入和鼠标加键盘的交互输入方法．很难适应工程界大量图纸输入的迫切需要。

因此，基于光电扫描仪的图纸自动输入方法已成为国内外CAD工作者的努力探索的新课题。

但由于工程图的智能识别涉及到计算机的硬件、计算机图形学、模式识别及人工智能等高新技术内容，使得研究工作的难点较大。

工程图的自动输入与智能识别是两个密不可分的过程，用扫描仪将手绘图，纸输入到计算机后，形成的是点阵图像。

CAD中只能对矢量图形进行编辑，这就要求将点阵图像转化成矢量图形．而这些工作都让计算机自动完成．这就带来了许多的问题．如①图像的智能识别；

②字符的提取与识别；

③图形拓扑结构的建立与图形的理解；

④实用化的后处理方法等等。

国家自然科学基金会和863计划基金都在支持这方面的研究，国内外已有一些这方面的软件付诸实用，如美国的RVmaster，德国的VPmax，以及清华大学，东北大学的产品等。

但效果都不很理想．还未能达到人们企盼的效果。

2.科学计算可视化

科学计算的可视化是发达国家八十年代后期提出并发展起来的一门新兴技术，它将科学计算过程中及计算结果的数据转换为几何图形及图像信息在屏幕上显示出来并进行交互处理，成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具。

1987年2月英国国家科学基金会在华盛顿召开了有关科学计算可视化的首次会议。

会议一致认为“将图形和图像技术应用于科学计算是一个全新的领域”科学家们不仅需要分析由计算机得出的计算数据，而且需要了解在计算机过程中数据的变化。

会议将这一技术定名为“科学计算可视化（VisualizationinScientificComputing）”。

科学计算可视化将图形生成技术、图像理解技术结合在一起，它即可理解送入计算机的图像数据．也可以从复杂的多维数据中产生图形。

它涉及到下列相互独立的几个领域：

计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计及交互技术等。

科学计算可视按其实现的功能来分，可以分为三个档次：

（1）结果数据的后处理；

（2）结果数据的实时跟踪处理及显示；

（3）结果数据的实时显示及交互处理。

3.计算机动画

计算机动画技术的发展是和许多其它学科的发展密切相关的。

计算机图形学、计算机绘画、计算机音乐、计算机辅助设计、电影技术、电视技术、计算机软件和硬件技术等众多学科的最新成果都对计算机动画技术的研究和发展起着十分重要的推动作用50年代到60年代之间，大部分的计算机绘画艺术作品都是在打印机和绘图仪上产生的。

一直到60年代后期，才出现利用计算机显示点阵的特性，通过精心地设计图案来进行计算机艺术创造的活动。

70年代开，计算机艺术走向繁荣和成熟1973年，在东京索尼公司举办了首届”国际计算机艺术展览会”，80年代至今，计算机艺术的发展速度远远超出了人们的想象在代表计算机图形研究最高水平的历届SIGGRAPH年会上，精彩的计算机艺术作品层出不穷。

在中国，首届计算机艺术研讨会和作品展示活动于1995年在北京举行，它总结了近年来计算机艺术在中国的发展，对未来的工作起到了重要的推