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?jī)?nèi)容要想了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容，我們要弄清這樣幾個(gè)問(wèn)題。1.我們先來(lái)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(hào)等反映事物各類(lèi)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(chēng)。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(hào)展品，我們不難想象，文字是無(wú)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(lái)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(lái)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(duì)象可任意縮放不會(huì)失真。在顯示方面圖形使用專(zhuān)門(mén)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(duì)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(duì)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(wèn)題，圖形和圖像這兩個(gè)概念的區(qū)別。一，數(shù)據(jù)來(lái)源不同。圖形一般指用計(jì)算機(jī)繪制的畫(huà)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(chǎng)景畫(huà)面或以數(shù)字化形式存儲(chǔ)的任意畫(huà)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(huà)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(chēng)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(lái)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(huà)、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(duì)于位圖<圖像）的大量數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，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(méi)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(lái)的，且應(yīng)用日益廣泛的新興學(xué)科。人對(duì)物體圖形的觀察直接依賴(lài)于對(duì)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(hào)，它處理圖形、圖像信息也是如此，只不過(guò)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(hào)信息轉(zhuǎn)換成人們更容易接受的圖形、圖像信息而已?？傊?jì)算機(jī)處理圖形、圖像時(shí)離不開(kāi)圖形、圖像的數(shù)據(jù)化。圖形、圖像的數(shù)據(jù)化依賴(lài)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(lài)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(duì)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(jiǎn)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(guò)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(lèi)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?jī)?nèi)容。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)所研究的問(wèn)題來(lái)源于日常生活和科學(xué)，來(lái)源于工程技術(shù)、藝術(shù)、音樂(lè)、舞蹈、電影制作等，反過(guò)來(lái)，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(huà)、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?jī)?nèi)容將不斷擴(kuò)大，包括了幾何三維模型的構(gòu)造；動(dòng)畫(huà)，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(lái)看，圖形學(xué)主要研究?jī)?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(chǎng)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?jī)?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?xún)?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(cè)點(diǎn)位置，進(jìn)行顯示對(duì)象的透視變換。<4）人機(jī)交互與用戶(hù)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(hù)模型等。<5）計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)：高速動(dòng)畫(huà)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?jī)?nèi)容。為此，首先建立圖形所描述的場(chǎng)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(mén)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