計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主要研究報(bào)告內(nèi)容

個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主要研究內(nèi)容要想了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容，我們要弄清這樣幾個(gè)問題。1.我們先來看一下“圖形”這個(gè)關(guān)鍵詞。圖形是指在載體上以幾何線條和幾何符號等反映事物各類特征和變化規(guī)律的表達(dá)形式；圖像是圖形和各種影像的總稱。相較于文字，圖像所傳達(dá)的信息量要巨大的多，更加直觀，更易為人所接受，作為圖像的組成部分，圖形也具有這些特點(diǎn)。以圖1為例，這幅圖為香港亞太設(shè)計(jì)雙年展0174號展品，我們不難想象，文字是無法準(zhǔn)確地描述出下圖的會(huì)議室裝修效果的，不能傳達(dá)出設(shè)計(jì)師的思想。而這幅依靠計(jì)算機(jī)3D軟件做出來的圖形則清楚準(zhǔn)確地展現(xiàn)出了設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖。圖1香港亞太雙年展0174這樣，我們清楚地了解到了圖形的作用。2.在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，圖形又是什么呢？在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，圖形是指由外部輪廓線條構(gòu)成的矢量圖。即由計(jì)算機(jī)繪制的直線、圓、矩形、曲線、圖表等。圖形用一組指令集合來描述圖形的內(nèi)容，如描述構(gòu)成該圖的各種圖元位置維數(shù)、形狀等。描述對象可任意縮放不會(huì)失真。在顯示方面圖形使用專門軟件將描述圖形的指令轉(zhuǎn)換成屏幕上的形狀和顏色。適用于描述輪廓不很復(fù)雜，色彩不是很豐富的對象，如：幾何圖形、工程圖紙、CAD、3D造型軟件等。它的編輯通常用Draw程序，產(chǎn)生矢量圖形，可對矢量圖形及圖元獨(dú)立進(jìn)行移動(dòng)、縮放、旋轉(zhuǎn)和扭曲等變換。主要參數(shù)是描述圖元的位置、維數(shù)和形狀的指令和參數(shù)。并且，在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，還要注意這樣一個(gè)問題，圖形和圖像這兩個(gè)概念的區(qū)別。一，數(shù)據(jù)來源不同。圖形一般指用計(jì)算機(jī)繪制的畫面，如直線、圓、圓弧、任意曲線和圖表等；圖像則是指由輸入設(shè)備捕捉的實(shí)際場景畫面或以數(shù)字化形式存儲(chǔ)的任意畫面。二，編輯處理方法不同。圖像是由一些排列的像素組成的，在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)格式有BMP、PCX、TIF、GIFD等，一般數(shù)據(jù)量比較大。它除了可以表達(dá)真實(shí)的照片外，也可以表現(xiàn)復(fù)雜繪畫的某些細(xì)節(jié)，并具有靈活和富有創(chuàng)造力等特點(diǎn)；與圖像不同，在圖形文件中只記錄生成圖的算法和圖上的某些特點(diǎn)，也稱矢量圖。在計(jì)算機(jī)還原時(shí)，相鄰的特點(diǎn)之間用特定的很多段小直線連接就形成曲線，若曲線是一條封閉的圖形，也可靠著色算法來填充顏色。它最大的優(yōu)點(diǎn)就是容易進(jìn)行移動(dòng)、壓縮、旋轉(zhuǎn)和扭曲等變換，主要用于表示線框型的圖畫、工程制圖、美術(shù)字等。常用的矢量圖形文件有3DS<用于3D造型）、DXF<用于CAD）、WMF<用于桌面出版）等。三，表現(xiàn)效果不同。圖形只保存算法和特征點(diǎn)，所以相對于位圖<圖像）的大量數(shù)據(jù)來說，它占用的存儲(chǔ)空間也較小。但由于每次屏幕顯示時(shí)都需要重新計(jì)算，故顯示速度沒有圖像快。另外，在打印輸出和放大時(shí)，圖形的質(zhì)量較高而點(diǎn)陣圖<圖像）常會(huì)發(fā)生失真。3.在了解了這些之后，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)到底是什么學(xué)科呢？為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的學(xué)科呢？計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在圖形處理領(lǐng)域中的應(yīng)用而發(fā)展起來的，且應(yīng)用日益廣泛的新興學(xué)科。人對物體圖形的觀察直接依賴于對物體的實(shí)物或相應(yīng)模型給出的幾何外形的觀察，而計(jì)算機(jī)則不然。計(jì)算機(jī)本質(zhì)上處理的是數(shù)據(jù)符號，它處理圖形、圖像信息也是如此，只不過是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力及圖形輸入、輸出設(shè)備，把抽象的數(shù)據(jù)符號信息轉(zhuǎn)換成人們更容易接受的圖形、圖像信息而已。總之，計(jì)算機(jī)處理圖形、圖像時(shí)離不開圖形、圖像的數(shù)據(jù)化。圖形、圖像的數(shù)據(jù)化依賴于物體建立在坐標(biāo)系基礎(chǔ)上的數(shù)學(xué)模型，如物體幾何的數(shù)學(xué)描述，也就是表現(xiàn)物體幾何形態(tài)的曲線、曲面，依賴于相關(guān)的數(shù)學(xué)理論。由此，需要研究用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備對圖形進(jìn)行數(shù)學(xué)模型化生成、表示和變換及其輸入、輸出的原理和算法。它的研究分為兩個(gè)部分:一部分研究幾何作圖,它包括平面線條作圖和三維立體建模等。另一部分研究圖形表面渲染(Rendering>,它包括表面色調(diào)、光照、陰影和紋理等表面屬性的研究。簡而言之，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)就是主要研究在計(jì)算機(jī)中如何表示圖形以及如何利用計(jì)算機(jī)(1>基于圖形設(shè)備的基本圖形元素的生成算法，如用光柵圖形顯示器生成直線、圓弧、二次曲線、封閉邊界內(nèi)的填色、填圖案、反走樣等。

(2>基本圖形元素的幾何變換、投影變換、窗口裁剪等。

(3>自由曲線和曲面的插值、擬合、拼接、分解、過渡、光順、整體修改、局部修改等

(4>圖形元素(點(diǎn)、線、面、體、環(huán)>的求交與分類以及集合運(yùn)算。

(5>隱藏線、面消除以及具有光照顏色效果的真實(shí)圖形顯示。

(6>不同字體的點(diǎn)陣表示。

(7>山、水、花、煙云等模糊景物的生成。

(8>三維形體的實(shí)時(shí)顯示和圖形的并行處理。

(9>虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的生成以及控制算法等。圖形交互技術(shù)；圖像生成表示，包括算法、色彩處理等方面；圖形操作和處理；幾何變化、裁剪、分割、壓縮等等；圖形優(yōu)化和加速；圖形信息的描述和表示，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)和檢索、信息編碼等等，這些都成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)所研究的問題來源于日常生活和科學(xué)，來源于工程技術(shù)、藝術(shù)、音樂、舞蹈、電影制作等，反過來，它又大大促進(jìn)了這些領(lǐng)域的發(fā)展。目前,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用已深入到真實(shí)感圖形、科學(xué)計(jì)算可視化、虛擬環(huán)境、多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、計(jì)算機(jī)輔助工程制圖等領(lǐng)域。那么，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容將不斷擴(kuò)大，包括了幾何三維模型的構(gòu)造；動(dòng)畫，與動(dòng)態(tài)圖形仿真相關(guān)，包括圖形的實(shí)時(shí)性和真實(shí)感；業(yè)內(nèi)相關(guān)的軟件包。從具體內(nèi)容來看，圖形學(xué)主要研究內(nèi)容有：<1）圖形生成技術(shù)：直線、圓、橢圓等基本圖形元素的生成算法，以及光照模型、消隱面等各種圖形表示技術(shù)。<2）幾何造型技術(shù)：各種不同幾何模型的構(gòu)造方法，表示幾何場景的曲線、曲面造型技術(shù)和實(shí)體造型技術(shù)也是其重要的研究內(nèi)容<3）圖形操作的預(yù)處理技術(shù)：確定顯示范圍，根據(jù)規(guī)定的窗口范圍，將所有的輸出圖元與其進(jìn)行比較，利用圖形裁剪算法，裁剪出落在窗口有效邊界以內(nèi)的部分；將單個(gè)物體組裝，進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)和比例變換等操作，形成整體模擬環(huán)境；確定觀測點(diǎn)位置，進(jìn)行顯示對象的透視變換。<4）人機(jī)交互與用戶接口技術(shù)：各種交互技術(shù)的研究，如選擇技術(shù)、構(gòu)造技術(shù)、命令技術(shù)、響應(yīng)技術(shù)以及用戶模型等。<5）計(jì)算機(jī)動(dòng)畫：高速動(dòng)畫的各種實(shí)現(xiàn)方法的研究。<6）顯示出真實(shí)感圖形。如何利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生真實(shí)感圖形是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的餓一個(gè)重要研究內(nèi)容。為此，首先建立圖形所描述的場景的幾何表示，再利用光照模型，生成在某些光源、紋理、材質(zhì)屬性下的光照明效果，所以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與另一門學(xué)科——計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)有著密切的關(guān)系。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)只