图与图学_何援军

  收稿日期：2013-05-14；定稿日期：2013-05-24  基金项目：中国科协学科研究项目 作者简介：何援军（1945-）男，浙江诸暨人，教授，博士生导师，主要研究方向为CAD、计算机图形学，几何计算的理论，算法和软 件，信息集成技术等。E-mail：yjhe@sjtu.edu.cn 通讯作者：童秉枢（1937-）男，江苏张家港人，教授，博士生导师，主要研究方向为工程图学和CAD技术。 E-mail：tongbs@tsinghua.edu.cn 丁宇明（1935-）男，上海人，教授，博士，博士生导师，主要研究方向为图学理论与应用。E-mail：dym2740@126.com 蔡鸿明（1975-）男，贵州六盘水人，副教授，博士，博士生导师，主要研究方向为CAD/CG、协同计算、软件工程。 E-mail：cai—hm@cs.sjtu.edu.cn 张 强（1971-）男，陕西西安人，教授，博士，博士生导师，主要研究方向为致力于神经网络、DNA计算、计算机动画的 理论与方法的研究。E-mail：zhangq@dlu.edu.cn

图与图学 何援军1， 童秉枢2， 丁宇明3， 蔡鸿明4， 张 强5 （1．上海交通大学计算机系，上海 200240；2. 清华大学机械工程系，北京 100084； 3．武汉大学城市设计学院，湖北 武汉 430072；4. 上海交通大学软件学院，上海 200240； 5．大连大学先进设计与智能计算省部共建教育部重点实验室，辽宁 大连 116622）

摘 要：图与文字、数字一样，在人类的社会进步、经济建设和科技发展过程中起着不可替代的作用。但图与图学的定义与地位从历史和当前角度来看，仍是一个没有深刻和系统阐明的问题。现在的工程图学、计算机图形学、计算机图像学等各有自己的学科定义、定位以及各自独立的发展道路，但由于没有与图和图学相关联，致使这些学科呈现出某种分散性和局限性。从形（几何）的角度揭示图的本质，给出了形与图的科学表述。提出“大图学”概念，整合分散在其他学科中的与图相关的科学与技术。重新认识与定位图学的地位和作用，给出它的定位与定义，构建了图学学科的整体框架和三级学科分类体系。认为文学、数学、图学三者构成了科学与工程发展的基础，昭示了图学的基础性和重要性。

关 键 词：图学；形；图；几何；图学学科框架；图学学科分类 中图分类号：TP 391.72 文献标识码：A 文 章 编 号：2095-302X (2013)04-0001-09

Graph and Graphics He Yuanjun1, Tong Bingshu2, Ding Yuming3, Cai Hongming4, Zhang Qiang5 ( 1. Department of Computer Science & Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China; 2. Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 3. School of Urban Design, Wuhan University, Wuhan Hubei 430072, China; 4. School of Software, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China; 5. Key Laboratory of Advanced Design and Intelligent Computing, Dalian University, Dalian Liaoning 116622, China )

Abstract: Graph plays an important role same as word and number in the advancement of human society and economy construction, and in the development of science and technology. But it still exist the problems of how to define and recognize the role for graph and graphics from historical and developmental view. At present, some disciplines, such as Engineering Graphics, Computer Graphics, Computer Images, etc., have their own disciplinary position and independent development mode, but these disciplines may have some dispersion and limitation, because they lack links to graph and graphics. This paper shows the nature of graph from the view of Shapes (or geometry) and gives the scientific description for Shape and Graph. The concept of “Great Graphics” is proposed to integrate related graphic science and technology scattered in other

2013年 7月 图 学 学 报 July 2013 第34卷 第4期 JOURNAL OF GRAPHICS Vol.34 No.4 我们生活的大千世界是一个形的天地。形存在于客观世界，也存在于虚拟世界。有动、有静，或固定、或变化，或现实存在、或虚拟想象。 图用于描述世界、反映世界、展现世界与想象世界。图是人类描述思想，交流知识的基本工具，是人类共同的语言，协助人的思考与交流。 图书图书，左图右书。地理之学，非图不明。图与文字、语言等一样，是人类描述思想与交流知识的重要工具，人们获得知识的重要来源之一。图样更是科学技术界的语言，用于传递设计与加工的构想。图既是人类语言的补充，也是人类智慧和语言在更高级发展阶段上的具体体现。“一图胜千言” — 充分体现了图在人类思维、活动与交流中的作用。 探究图的本质属性，清晰图形与图像的关系，从表现的视角理解图形和图像只是具有线形、宽度、颜色等属性信息的基本图元的不同组合。 揭示图与形的关系，“形”是客观与虚拟世界的表示和构造，“图”是形在画面上的展现。图的本质是表达形，形是图之源，图是形的载体、是形之表现。 讨论在计算机背景下图学的定位与定义。表面上，图学是研究图的科学，它的研究对象是图。实际上，图学的范围与作用远非如此，它模拟现实世界，构造虚拟世界。认识图学是以图为核心，研究将形演绎到图，由图构造形的过程中图的表达、产生、处理与传播的理论及其应用的科学。从形的角度去统一、去研究、去发展图学的基础理论、基本方法；阐述图学的理论基础、计算基础、应用基础；揭示“形（模型）”的几何品质，认识几何与几何计算在图学中的地位和作用的根本性。 目前我国国家标准《学科分类与代码》中,一些与图有关的学科分散于“工程与技术科学基础学科”、“计算机科学技术”、“信息与系统科学”、“地球科学”、“测绘科学技术”以及“电子与通信技术”等学科中。九龙治水，当知识变得如此支离破碎的时候，还指望培养出有全局眼光的栋梁之材？应该建立大图学的概念，以“图学”来统一表述这些分散在不同专业领域中与图相关的学科，构建“图学”一级学科，创建图学专业。使图与图学在科学、工程、医学等各个领域真正起到基础与支撑作用。 图形理论是图学的专业基础，它综合应用计算机中语言、算法、数据结构、光栅显示等软硬件的知识，以及光学、色彩等物理知识，这是与图形\图像更直接的东西。 提高学科建设的科学化水平，科学化意味着要遵循科学的规律、树立科学的态度、运用科学的方法，适应学科应用的现状与发展趋势，与时俱进，不断总结学科发展的重大成果与重大进展，总结与研究学科的理论体系、学科的知识基础、学科的方法论、学科的学术建制、学科的人才培养、学科的研究平台等，建立一套适应现代应用的学科体系，提高学科的应用效率。探索图学与几何、代数、计算机、物理等理论与知识的交叉融合，将传统理论与现代技术紧密结合，综合运用多种领域的知识，创造图学科学与图学学科的新局面，推进图学科学和图学学科的新发展。 没有规矩，不成方圆。需要强化图学的标准化建设。图作为科学、工程、艺术等的交流语言，一种传递构想与交换知识的工具，需要遵循一定的规范与标准。图形标准化支持人类创意的交流，它出自学科创新，又不断地促进学科创新，也作为图学的成果及共享展现，因此，它覆盖图学的各个层次。 加强图学的现代教育与模拟训练。根据联合国重新定义的文盲标准，对不会读图、不会使用计算机者就被列入信息时代的“新文盲”之列。CAD、CAM、BIM等基于图的，应用于设计、建造、管理的数字化方法正在推动着设计、建造、运行、管理等多方面的变革。需要在各种不同层次的人群中进行广泛而深入的关于图的表达、制作的教育与教学，应该覆盖各类人才，特别是创

disciplines. The definition and position of Graphics are put forward, the disciplinary frame of Graphics is constructed, and the disciplinary branch system of Graphics is also given. Thus the Graphics with another two disciplines, i.e. Literature and Mathematics, forms a solid foundation for science and engineering; therefore the basis and importance for Graphics are clearly exposed.

Key words: graphics; shape; graph; geometry; disciplinary frame of graphics; disciplinary branch system of graphics