计算机图形学 2

计算机图形学的发展与运用领域摘要：本文对计算机图形在实践中的应用进行了论述。

关键词：图形学；发展；应用计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。

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研究内容编辑[1]主要目的计算机图形学一个主要的目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。

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。

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。

[2]研究范围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。

[3]先来了解计算机图形学该学科的历史编辑。

1963年，伊凡·苏泽兰(Ivan Sutherland)在麻省理工学院发表了名为《画板》的博士论文，[4] 它标志着计算机图形学的正式诞生。

至今已有四十多年的历史，计算机图形学在如下几方面有了长足的进展：1.智能CADCAD 的发展也显现出智能化的趋势，就大多数流行的CAD软件来看，主要功能是支持产品的后续阶段一一工程图的绘制和输出，产品设计功能相对薄弱，利用AutoCAD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。

如：几何约束求解问题[4]；人工智能在园林设计中的应用[5]； CAD在机械优化设计中应用[6],冲压模具用零件智能CAD系统的开发[7]；彩色像景智能CAD关键技术[8]；基于原型的三维服装款式智能设计[9],基于仿生学的产品概念设计方法学探索[10]；复合功能产品概念设计建模理论及自动化求解方法[11]；智能CAD技术在农业机械设计中的应用[12],；智能CAD技术的应用[13] ,对于给排水构筑物,由于其特殊性和复杂性,很少有软件开发商承担开发,商品化软件市场上很少。

2.美术与设计2.1计算机美术的发展现代生活的多样化促使人们对美追求的更加多样化,也就对现代美术设计提出了更高的要求,而计算机技术的应用,加速了现代美术设计的发展。

目前计算机技术已广泛应用于美术设计中.[14]个人计算机图形系统逐渐走向成熟，大批商业性美术(设计)软件面市；以苹果公司的MAC 机和图形化系统软件为代表的桌面创意系统被广泛接受，CAD 成为美术设计领域的重要组成部分。

代表作品：1990年Jefrey Shaw的交互图形作品“易读的城市f The legible city) 。

2.2.计算机设计学(Computer Designics)计算机作为一种艺术设计的技术工具和手段,两者的关系越来越密切。

现代平面设计是有别于传统的平面设计。

现代平面设计应用了更广泛、更先进的科学技术,与时俱进,不仅在技术上有别于传统的平面设计,在设计的理念上,更是融入了现代化的技术精华,拓宽了设计的思想范畴。

[15]计算机设计学包括三个方面：环境设计(建筑、汽车) ,有建筑室内设计基本原则和总体思路以及几个方面的创新要点[16] ；视觉传达设计(包装)、信息的传播有赖于媒介的传递。

通过视觉信息的传递,起到了人与人之间沟通与交流的作用。

基于数字媒体技术下的视觉传达设计,在信息时代呈现出新的形态特征与内涵。

而这一切源自于人类对于技术的不断超越和对于"以人为本"的设计本质的追求与思索[17]；产品设计，计算机辅助产品设计技术以CAD技术为基础,并涉及到虚拟现实技术、优化技术、模糊技术、人机工程学等信息技术领域[18]2.3 CAD对艺术的介入2.3．1计算机动画艺术随着时代发展,计算机动画在现代社会发展中处于及其重要的地位,应用领域非常广泛,像互联网中网络动画的应用、游戏软件的开发,教学软件的开发、动画影院片、电影数字特技、电视动画片、电子图书等。

计算机技术是二维动画艺术设计的主要制作手法[19],掌握扎实的专业知识是熟练进行计算机二维动画艺术设计的前提。

计算机动画中运动生成与控制问题[21], 随着计算机图形学与硬件技术的高速发展,计算机动画作为一种高技术、高智力和高艺术的创造性工作日益渗透到所有人的生活。

二维动画和三维动画在视觉传达中演变过程[22], 随着电脑应用技术的发展,动画艺术的表现形式在国际占有主导地位。

动画作为具有巨大经济潜力与重要社会影响的产业,已经引起了国内外人士的高度重视。

全新的设计、全新的理念不断出现,动画在引领新艺术形式带来的变化。

从《怪物史莱克》的获奖谈动画艺术与动画技术的关系[23], ,由梦工厂出品的《怪物史莱克》荣获最佳动画长片奖。

3.电影特技计算机动画的一个重要应用就是制作电影特技可以说电影特技的发展和计算机动画的发展是相互促进的。

中外电影特技发展[24], 特技、特效和视觉效果基本含义及相关技术,梳理中外电影特技发展的简单历程,提出今后我国电影特技发展的关键要素。

中国影视圈导演的集体自觉意识和特技队伍与技术自主创新的进步,是中国电影未来前行的必要条件和可靠保障。

徐克武侠电影美学特征与文化内涵[25], 徐克是倡导新武侠电影运动的领军人物,其武侠电影作品获得的巨大成功把香港武侠电影创作推向了一个新高潮,其在香港武侠电影导演群中具有举足轻重的地位。

新旧电影特技在电影中的应用比较——以电影《金刚》为例[26], 电影是科学技术发展到一定阶段的产物。

摄影技术和感光材料的发展演进,"视觉暂留"原理的发现与运用。

《泰坦尼克》中的电影特技[27]；论电影数字特技对电影叙事和表现的影响[29], 电影艺术是技术和艺术的结合，自电影诞生之日，这门艺术的发展就一直伴随着技术进步而没有放慢前进的脚步。

从叙事层面而言，数字特技的运用造成电影的蒙太奇表现不再单一，重复叙事、双时空叙事方式以及复时空叙事手法的运用，给观者带来奇妙的电影时空境界。

中国电影特技:展示高水准体现新进步[30], 2008年，中国电影票房突破43亿，跻身世界前十，中国俨然步入世界电影大国的行列。

好莱坞电影特技:传统与发展[31]，电影是科技发展后的艺术,而科技的不断发展同样推动电影艺术的发展。

电影特技使得电影更加神奇、好看和绝妙。

谈计算机动画在电影特效中的应用[32]，计算机动画是采用图形与图像处理技术,借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面.计算机动画的一个重要应用就是制作电影特效.计算机动画在虚拟场景的创建、动力仿真及后期合成等特效中有着重要的作用.它使电影业的创意水平达到新的高度,大大影响了电影市场.计算机动画与电影的结合也成为计算机交互媒体发展的必然趋势。

4.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。

科学计算可视化[33]，.科学计算可视化的含义科学计算可视化(Visualization in Scientific Com-puting)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。

目前科学计算可视化技术已经不仅用于显示科学计算的中间结果和最终结果,而且还用于工程计算及测量数据的显示。

科学计算可视化的研究现状和发展趋势[34], 科学计算可视化（ＶＩＳＣ）作为８０年代后期在计算机图形学的基础上发展起来的一种全新的计算风格，日益受到人们的重视，并在航空航天、船舶、建筑等许多领域得到越来越广泛的应用。

可视化技术的发展及应用[35]，可视化技术是在20世纪80年代发展起来的一个新的技术领域。

从最初科学计算可视化的提出到现在的知识可视化,它已经形成了若干分支:科学计算可视化、数据可视化、信息可视化和知识可视化等。

科学计算可视化在数据统计中的应用[36]，介绍了科学计算可视化的发展、应用及前景,利用数据库技术、编程语言,设计出服务器访问量可视化统计图,并实现交互功能,对可视化在网络上的应用做出了一些探讨。

虚拟仪器中的科学计算可视化系统[37]，通过软件适配器的方法和基于区域配置的策略 ,实现多区域、多显示模式的混合和自由切换显示 ,通过多次细化等方法 ,加速图形显示来满足虚拟仪器对图形显示实时性的要求。

研制了一种通用的虚拟仪器科学计算可视化环境 ,给出了该可视化系统在典型虚拟仪器中的应用。

5.虚拟现实虚拟现实，是指由计算机实时生成一个虚拟的三维空间。

这个空间可以是小到分子、原子的微观世界，或是大到天体的宏观世界，也可以是类似于真实社会的生活空间。

它可以乱真，所以又称之为虚拟现实。

虚拟现实技术主要研究用计算机模拟（构造）三维图形空间，并使用户能够自然地与该空间进行交互。

虚拟现实技术综述[38]，介绍了虚拟现实技术的概念、特征、分类以及实现虚拟现实的关键技术,分析了我国虚拟现实技术的研究现状及目前的应用领域,最后,探讨了虚拟现实技术的发展趋势。

虚拟现实技术在教育教学中的应用与研究[39]，虚拟现实技术是继多媒体、计算机网络之后,在教育领域内最具有应用前景的"明星"技术。

国内外虚拟现实技术的研究现状[40]，虚拟现实技术是由计算机产生,通过视、听、触觉等作用,使用户产生身临其境感觉的交互式视景仿真,具有多感知性、存在感、交互性和自主性等特征。

虚拟现实技术在建筑与城市规划中的应用研究[41] VR技术应用于建筑与城市规划领域的一系列问题,以及它的的优势,以实例系统为依托研究VR技术在该领域中的应用,包括虚拟文化遗产、辅助建筑设计、辅助建筑教育、辅助城市规划以及其他一些方面。

虚拟现实技术的哲学意蕴及其社会影响[42]，它在哲学的各个方面如哲学本体论、认识论、价值论等领域都给传统哲学形成了一定的冲击。

虚拟现实技术及其沉浸性、交互性、构想性等特征为我们提供了一个新的创造平台和生存平台。

基于虚拟现实技术的网络实验系统研究[43]，所谓虚拟实验室，是指利用虚拟现实技术实现的一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括相应的实验室环境、有关的仪器设备、实验对象以及实验信息资源等。