2022年计算机图形学主要研究报告内容

《2022年计算机图形学主要研究报告内容》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年计算机图形学主要研究报告内容（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、个人资料整理仅限学习使用计算机图形学主要研究内容要想了解计算机图形学的研究内容，我们要弄清这样几个问题。1. 我们先来看一下“图形”这个关键词。图形是指在载体上以几何线条和几何符号等反映事物各类特征和变化规律的表达形式；图像是图形和各种影像的总称。相较于文字，图像所传达的信息量要巨大的多，更加直观，更易为人所接受，作为图像的组成部分，图形也具有这些特点。以图1为例，这幅图为香港亚太设计双年展0174号展品，我们不难想象，文字是无法准确地描述出下图的会议室装修效果的，不能传达出设计师的思想。而这幅依靠计算机3D软件做出来的图形则清楚准确地展现出了设计师的设计意图。图 1 香港亚太双年展0174

2、这样，我们清楚地了解到了图形的作用。2. 在计算机科学中，图形又是什么呢？在计算机科学中，图形是指由外部轮廓线条构成的矢量图。即由计算机绘制的直线、圆、矩形、曲线、图表等。图形用一组指令集合来描述图形的内容，如描述构成该图的各种图元位置维数、形状等。描述对象可任意缩放不会失真。在显示方面图形使用专门软件将描述图形的指令转换成屏幕上的形状和颜色。适用于描述轮廓不很复杂，色彩不是很丰富的对象，如：几何图形、工程图纸、CAD 、3D造型软件等。它的编辑通常用Draw 程序，产生矢量图形，可对矢量图形及图元独立进行移动、缩放、旋转和扭曲等变换。主要参数精选学习资料 - - - - - - - - -

3、名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页个人资料整理仅限学习使用是描述图元的位置、维数和形状的指令和参数。并且，在计算机科学中，还要注意这样一个问题，图形和图像这两个概念的区别。一，数据来源不同。图形一般指用计算机绘制的画面，如直线、圆、圆弧、任意曲线和图表等；图像则是指由输入设备捕捉的实际场景画面或以数字化形式存储的任意画面。二，编辑处理方法不同。图像是由一些排列的像素组成的，在计算机中的存储格式有BMP 、PCX 、TIF 、GIFD 等，一般数据量比较大。它除了可以表达真实的照片外，也可以表现复杂绘画的某些细节，并具有灵活和富有创造力等特点；与图像不同，在图形文件中

4、只记录生成图的算法和图上的某些特点，也称矢量图。在计算机还原时，相邻的特点之间用特定的很多段小直线连接就形成曲线，若曲线是一条封闭的图形，也可靠着色算法来填充颜色。它最大的优点就是容易进行移动、压缩、旋转和扭曲等变换，主要用于表示线框型的图画、工程制图、美术字等。常用的矢量图形文件有3DS用于3D 造型）、 DXF 用于CAD ）、 WMF 用于桌面出版）等。三，表现效果不同。图形只保存算法和特征点，所以相对于位图图像）的大量数据来说，它占用的存储空间也较小。但由于每次屏幕显示时都需要重新计算，故显示速度没有图像快。另外，在打印输出和放大时，图形的质量较高而点阵图,它包括表面色调、光照、阴影和

5、纹理等表面属性的研究。简而言之，计算机图形学就是主要研究在计算机中如何表示图形以及如何利用计算机精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 6 页个人资料整理仅限学习使用对图形进行分析、计算、处理和显示的相关原理与算法。4. 这门新兴的学科是如何产生的？它经历了哪些发展？计算机图形学的发展主要经历了硬件的发展、算法的发展、计算机图形标准的发展。(1 硬件的发展1950 年，美国麻省理工学院(MIT 诞生了旋风I号 (Whirlwind I计算机及其显示器。五十年代中期，美国战术防空系统SAGE(Semi Automatic Grou

6、nd Environment则是第 一 个 使 用 具 有命 令 和控 制 功 能 的CRT显 示 控 制 台 的 系统 。1962 年， MIT 林肯实验室的Ivan E. Sutherland发表了一篇题为“Sketchpad ：一个人机通信的图形系统”的博士论文，他在论文中首次使用了计算机图形学“Computer Graphics ”这个术语，证明了交互式计算机图形学是一个可行的、有用的研究领域，从而确 定 了 计 算 机 图形 学 作为 一 个 崭新 的 科 学 分 支的 独 立 地位 。(2 软件及算法的发展20 世纪 70 年代是计算机图形学发展过程中一个重要的历史时期，具有实际应

7、用价值的CAD图形系统开始出现，另外两个重要进展是真实感图形学和实体造型技术的产生。从1973 年开始 , 相继出现了英国剑桥大学CAD小组的 Build系统、美国罗彻斯特大学的PADLI系统等实体造型系统。1980 年 Whitted提出了一个光透视模型Whitted模型 , 并第一次给出光线跟踪算法的范例,实现 Whitted模型。 1984 年, 美国 Cornell大学和日本广岛大学的学者分别将热辐射工程中的辐射度的方法引入到计算机图形学中, 用辐射度方法成功地模拟了理想漫反射表面间的多重漫反射效果。光线跟踪算法和辐射度算法的提出, 标志着真实感图形的显示算法已逐渐成熟。(3 计算机图

8、形标准的发展1974 年，美国国家标准化局ANSI）在ACM SIGGRAPH 的一个与 与机器无关的图形技术 的工作会议上，提出了制定有关标准的基本规则。此后ACM 专门成立了一个图形标准化委员会，开始制定有关标准。该委员会于1977、1979 年先后制定和修改了 核心图形系统、计算机图形元文件标准CGM 、 面 向 程 序 员 的 层 次 交 互 图 形 标 准PHIGS(Programmers Hierarchical Interactive Graphics Standard等。 1983 年，美国 国 家 标 准 局 发 布 了 初 始 图 形 交 换 规 范IGES(Initial

9、 Graphics Exchange Specification。 1992 年，美国SGI(Silicon Graphics, Inc.推出了OpenGL ，这是目前精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 6 页个人资料整理仅限学习使用在工作站和PC上都被广泛应用的一个图形应用编程接口API）。这些标准的制定，使图形应用系统与计算机硬件无关，提高了程序的可移植性，为计算机图形学的推广、应用、资源信息共享，起到了极其重要的作用。 基于图形设备的基本图形元素的生成算法，如用光栅图形显示器生成直线、圆弧、二次曲线 、封闭边界内 的填

10、色、填图案、反走样等 。(2 基 本 图 形 元 素 的 几 何 变 换 、 投 影 变 换 、 窗 口 裁 剪 等 。(3自由曲线和曲面的插值、拟合、拼接、分解、过渡、光顺、整体修改、局部修改等(4 图 形 元 素 ( 点 、 线 、 面 、 体 、 环 的 求 交 与 分 类 以 及 集 合 运 算 。(5 隐 藏 线 、 面 消 除 以 及 具 有 光 照 颜 色 效 果 的 真 实 图 形 显 示 。(6不同字体的点阵表示。(7山、水、花、烟云等模糊景物的生成。(8三维形体的实时显示和图形的并行处理。(9虚拟现实环境的生成以及控制算法等。图形交互技术；图像生成表示，包括算法、色彩处理等

11、方面；图形操作和处理；几何变化、裁剪、分割、压缩等等；图形优化和加速；图形信息的描述和表示，数据结构、存储和检索、信息编码等等，这些都成为计算机图形学的主要研究内容。计算机图形学所研究的问题来源于日常生活和科学，来源于工程技术、艺术、音乐、舞蹈、电影制作等，反过来，它又大大促进了这些领域的发展。目前, 计算机图形学的应用已深入到真实感图形、科学计算可视化、虚拟环境、多媒体技术、计算机动画、计算机辅助工程制图等领域。那么，计算机图形学的研究内容将不断扩大，包括了几何三维模型的构造；动画，与动态图形仿真相关，包括图形的实时性和真实感；业内相关的软件包。从具体内容来看，图形学主要研究内容有：1）图形

12、生成技术：直线、圆、椭圆等基本图形元素的生成算法，以及光照模型、消隐面等各种图形表示技术。2）几何造型技术：各种不同几何模型的构造方法，表示几何场景的曲线、曲面造型技术和实体造型技术也是其重要的研究内容3）图形操作的预处理技术：确定显示范围，根据规定的窗口范围，将所有的输出图元与其进行比较，利用图形裁剪算法，裁剪出落在窗口有效边界以内的部分；将单个物体组装，进行平移、旋转和比例变换等操作，形成整体模拟环境；确定观测点位置，进行显示对象的透视变换。4）人机交互与用户接口技术：各种交互技术的研究，如选择技术、构造技术、命令技术、响应技术以及用户模型等。精选学习资料 - - - - - - - -

13、- 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页个人资料整理仅限学习使用5）计算机动画：高速动画的各种实现方法的研究。6）显示出真实感图形。如何利用计算机产生真实感图形是计算机图形学的饿一个重要研究内容。为此，首先建立图形所描述的场景的几何表示，再利用光照模型，生成在某些光源、纹理、材质属性下的光照明效果，所以计算机图形学与另一门学科计算机辅助设计有着密切的关系。计算机图形学只处理与图形相关的部分，它是计算机辅助设计技术的核心部分。真实感图形计算的结果是以利用数字图像的方式提供，因此计算机图形学也和图像处理有着密切的关系。所有这些研究内容，可以归纳为计算机图形学设计和研究的主要问题，即利用计算机进行图形信息的输入、表达、存储、显示、检索、变换和图形编辑等。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 6 页