计算机图形学论文范文

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第1篇

关键词：图形学；发展；应用

一、计算机图形学的发展

夜上海论坛 计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理，显示的科学。经过30多年的发展，计算机图形学已成为计算机科学中最为活跃的分支之一，并得到广泛的应用。1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风一号——（Whirlwind）计算机的附件诞生．该显示器用一个类似示波器的阴极射线管（CRT）来显示一些简单的图形。在整个50年代，只有电子管计算机，用机器语言编程，主要应用于科学计算，为这些计算机配置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形学处于准备和酝酿时期，并称之为：“被动式”图形学。

夜上海论坛 二、计算机图形学在曲面造型技术中的应用

曲面造型技术是计算机图形学和计算机辅助几何设计的一项重要内容，主要研究在计算机图象系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。它肇源机、船舶的外形放样工艺，经三十多年发展，现在它已经形成了以Bezier和B样条方法为代表的参数化特征设计和隐式代数曲面表示这两类方法为主体，以插值（Intmpolation）、拟合（Fitting）、逼近（Ap-proximation）这三种手段为骨架的几何理论体系。随着计算机图形显示对于真实性、实时性和交互性要求的日益增强，随着几何设计对象向着多样性、特殊性和拓扑结构复杂性靠拢的趋势的日益明显，随着图形工业和制造工业迈向一体化、集成化和网络化步伐的日益加快，随着激光测距扫描等三维数据采样技术和硬件设备的日益完善，曲面造型在近几年来得到了长足的发展。

夜上海论坛 2．1从研究领域来看，曲面造型技术已从传统的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，扩充到曲面变形、曲面重建、曲面简化、曲面转换和曲面位差。

曲面变形（DeformationorShapeBlending）：传统的非均匀有理B样条（NURBS）曲面模型，仅允许调整控制顶点或权因子来局部改变曲面形状，至多利用层次细化模型在曲面特定点进行直接操作；一些简单的基于参数曲线的曲面设计方法，如扫掠法（Sweeping），蒙皮法（skinning），旋转法和拉伸法，也仅允许调整生成曲线来改变曲面形状。计算机动画业和实体造型业迫切需要发展与曲面表示方式无关的变形方法或形状调配方法，于是产生了自由变形（fFD）法，基于弹性变形或热弹性力学等物理模型（原理）的变形法，基于求解约束的变形法，基于几何约束的变形法等曲面变形技术和基于多面体对应关系或基于图象形态学中Minkowski和操作的曲面形状调配技术。

2．2从表示方法来看，以网格细分（Sub-division）为特征的离散造型与传统的连续造型相比，大有后来居上的创新之势。而且，这种曲面造型方法在生动逼真的特征动画和雕塑曲面的设计加工中如鱼得水，得到了高度的运用。

夜上海论坛 三、在计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）的应用

这是一个最广泛，最活跃的应用领域。计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。采用计算机辅助设计已是现代工程设计的迫切需要。CAD技术目前已广泛应用于国民经济的各个方面，其主要的应用领域有以下几个方面。

夜上海论坛 3.1制造业中的应用。CAD技术已在制造业中广泛应用，其中以机床、汽车、飞机、船舶、航天器等制造业应用最为广泛、深入。众所周知，一个产品的设计过程要经过概念设计、详细设计、结构分析和优化、仿真模拟等几个主要阶段。同时，现代设计技术将并行工程的概念引入到整个设计过程中，在设计阶段就对产品整个生命周期进行综合考虑。当前先进的CAD应用系统已经将设计、绘图、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一个系统内。现在较常用的软件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD应用系统，这些系统主要运行在图形工作站平台上。在PC平台上运行的CAD应用软件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。由于各种因素，目前在二维CAD系统中Autodesk公司的AutoCAD占据了相当的市场。

夜上海论坛 3．2工程设计中的应用。CAD技术在工程领域巾的应用有以下几个方面：①建筑设计，包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计等。②结构设计，包括有限元分析、结构平面设计、框/排架结构计算和分析等。③设备设计，包括水、电、暖各种设备及管道设计。④城市规划、城市交通设计，如城市道路、高架、轻轨等。⑤市政管线设计，如自来水、污水排放、煤气等。⑥交通工程设计，如公路、桥梁、铁路等。⑦水利工程设计，如大坝、水渠等。⑧其他工程设计和管理，如房地产开发及物业管理、工程概预算等。

3．3电气和电子电路方面的应用。CAD技术最早曾用于电路原理图和布线图的设计工作。目前，CAD技术已扩展到印刷电路板的设计（布线及元器件布局），并在集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路的设计制造中大显身手，并由此大大推动了微电子技术和计算及技术的发展。

3．4仿真模拟和动画制作。应用CAD技术可以真实地模拟机械零件的加工处理过程、飞机起降、船舶进出港口、物体受力破坏分析、飞行训练环境、作战方针系统、事故现场重现等现象。在文化娱乐界已大量利用计算机造型仿真出逼真的现实世界中没有的原始动物、外星人以及各种场景等，并将动画和实际背景以及演员的表演天衣无缝地合在一起，在电影制作技术上大放异彩，拍制出一个个激动人心的巨片。:

3．5其他应用。CAD技术除了在上述领域中的应用外，在轻工、纺织、家电、服装、制鞋、医疗和医药乃至体育方面都会用到CAD技术。CAD标准化体系进一步完善；系统智能化成为又一个技术热点；集成化成为CAD技术发展的一大趋势；科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术是CAD技术发展的新趋向。

第2篇

夜上海论坛 关键词：图形学；发展；应用

夜上海论坛 1计算机图形学的发展

计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理，显示的科学。经过30多年的发展，计算机图形学已成为计算机科学中最为活跃的分支之一，并得到广泛的应用。1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风一号——（Whirlwind）计算机的附件诞生．该显示器用一个类似示波器的阴极射线管（CRT）来显示一些简单的图形。在整个50年代，只有电子管计算机，用机器语言编程，主要应用于科学计算，为这些计算机配置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形学处于准备和酝酿时期，并称之为：“被动式”图形学。

夜上海论坛 2计算机图形学在曲面造型技术中的应用

夜上海论坛 曲面造型技术是计算机图形学和计算机辅助几何设计的一项重要内容，主要研究在计算机图象系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。它肇源机、船舶的外形放样工艺，经三十多年发展，现在它已经形成了以Bezier和B样条方法为代表的参数化特征设计和隐式代数曲面表示这两类方法为主体，以插值（Intmpolation）、拟合（Fitting）、逼近（Ap-proximation）这三种手段为骨架的几何理论体系。随着计算机图形显示对于真实性、实时性和交互性要求的日益增强，随着几何设计对象向着多样性、特殊性和拓扑结构复杂性靠拢的趋势的日益明显，随着图形工业和制造工业迈向一体化、集成化和网络化步伐的日益加快，随着激光测距扫描等三维数据采样技术和硬件设备的日益完善，曲面造型在近几年来得到了长足的发展。

2．1从研究领域来看，曲面造型技术已从传统的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，扩充到曲面变形、曲面重建、曲面简化、曲面转换和曲面位差。

曲面变形（DeformationorShapeBlending）：传统的非均匀有理B样条（NURBS）曲面模型，仅允许调整控制顶点或权因子来局部改变曲面形状，至多利用层次细化模型在曲面特定点进行直接操作；一些简单的基于参数曲线的曲面设计方法，如扫掠法（Sweeping），蒙皮法（skinning），旋转法和拉伸法，也仅允许调整生成曲线来改变曲面形状。计算机动画业和实体造型业迫切需要发展与曲面表示方式无关的变形方法或形状调配方法，于是产生了自由变形（fFD）法，基于弹性变形或热弹性力学等物理模型（原理）的变形法，基于求解约束的变形法，基于几何约束的变形法等曲面变形技术和基于多面体对应关系或基于图象形态学中Minkowski和操作的曲面形状调配技术。

夜上海论坛 2．2从表示方法来看，以网格细分（Sub-division）为特征的离散造型与传统的连续造型相比，大有后来居上的创新之势。而且，这种曲面造型方法在生动逼真的特征动画和雕塑曲面的设计加工中如鱼得水，得到了高度的运用。

3在计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）的应用

这是一个最广泛，最活跃的应用领域。计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。采用计算机辅助设计已是现代工程设计的迫切需要。CAD技术目前已广泛应用于国民经济的各个方面，其主要的应用领域有以下几个方面。

3.1制造业中的应用。CAD技术已在制造业中广泛应用，其中以机床、汽车、飞机、船舶、航天器等制造业应用最为广泛、深入。众所周知，一个产品的设计过程要经过概念设计、详细设计、结构分析和优化、仿真模拟等几个主要阶段。同时，现代设计技术将并行工程的概念引入到整个设计过程中，在设计阶段就对产品整个生命周期进行综合考虑。当前先进的CAD应用系统已经将设计、绘图、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一个系统内。现在较常用的软件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD应用系统，这些系统主要运行在图形工作站平台上。在PC平台上运行的CAD应用软件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。由于各种因素，目前在二维CAD系统中Autodesk公司的AutoCAD占据了相当的市场。

3．2工程设计中的应用。CAD技术在工程领域巾的应用有以下几个方面：①建筑设计，包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计等。②结构设计，包括有限元分析、结构平面设计、框/排架结构计算和分析等。③设备设计，包括水、电、暖各种设备及管道设计。④城市规划、城市交通设计，如城市道路、高架、轻轨等。⑤市政管线设计，如自来水、污水排放、煤气等。⑥交通工程设计，如公路、桥梁、铁路等。⑦水利工程设计，如大坝、水渠等。⑧其他工程设计和管理，如房地产开发及物业管理、工程概预算等。

夜上海论坛 3．3电气和电子电路方面的应用。CAD技术最早曾用于电路原理图和布线图的设计工作。目前，CAD技术已扩展到印刷电路板的设计（布线及元器件布局），并在集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路的设计制造中大显身手，并由此大大推动了微电子技术和计算及技术的发展。

夜上海论坛 3．4仿真模拟和动画制作。应用CAD技术可以真实地模拟机械零件的加工处理过程、飞机起降、船舶进出港口、物体受力破坏分析、飞行训练环境、作战方针系统、事故现场重现等现象。在文化娱乐界已大量利用计算机造型仿真出逼真的现实世界中没有的原始动物、外星人以及各种场景等，并将动画和实际背景以及演员的表演天衣无缝地合在一起，在电影制作技术上大放异彩，拍制出一个个激动人心的巨片。

夜上海论坛 3．5其他应用。CAD技术除了在上述领域中的应用外，在轻工、纺织、家电、服装、制鞋、医疗和医药乃至体育方面都会用到CAD技术。CAD标准化体系进一步完善；系统智能化成为又一个技术热点；集成化成为CAD技术发展的一大趋势；科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术是CAD技术发展的新趋向。

第3篇

关键词：图形；计算机图形学；几何计算

引言

计算机图形学是一门比较复杂也比较实用的学科，它给人们带来了一个全新的认识世界的方式。现如今，以图形为主要认知方式的“世界图形时代”已经成为数字化时代的一个重要标志。因为它不需要言语文字或者一些文学的东西来表达思想，只需要借助于视觉感官加上一些自身的体会和想象就能获得信息，因此它改变了传统的文化方式，进而成为一种在全球都适用的联络方式。为了将图形这种最简单直接的充满了信息量的物质进研究和描述就产生了计算机图形学，它属于计算机学科这的其中一部分，但它自身所具有的魅力并非其他有关学科都能拥有的。文章尝试性的将图形的本质进行了概括，对有关计算机图形学所涉及到的相关重要科学问题都有一定的分析，使它具有重要的科学价值，对相关领域产生一定影响。

1 计算机图形

夜上海论坛 计算机图形学是通过利用图形这种充满信息的东西来最直观的表达了解世界，它所研究的是客观世界并不存在的带有形状和颜色信息的图形，它一般分为图形和图像两类：图形类一般展示出来的是方式是矢量图，通常由景观的物理性质和环境的几何模型来表示在计算机中，它对环境的几何特征和图形的各个几何参数和属性参数都更为看重，因为最基本的图形单元及其包含的各类信息都会在工程图纸上有所提到；而图像类一般展示出来的方式是点阵图，通常由那些有颜色特征的点组成图形并在计算机中表示出来。那些最基础的图像单元都是通过点的属性来体现，并由计算机来产生具有不同感觉的图形等。对一幅图形进行总体的表述就是图元的几何特征和属性将，其决定一幅图的本质，如果用打印设备打印出来，就可以对客观世界进行描述。所以说抽象图形简单概括就是属性加图元。

2 计算机模型

夜上海论坛 计算机图形的第一工作就是需要建模，如果没有模型，那么图形就像无源之水一样，而模型就是由一些基本的集合元素（点、线、线、面等基本几何）按不同组合方式而成。一般来讲，模型主要是针对外部描述，而几何则注重内部特性。因而在计算机图形学中几何一词更能准确的把图形的各方面本质讲清楚。

3 计算机图形绘制

把计算机中不够具体的模型用一些人们能够理解、比较直观的图形来表达清楚就是计算机图形学里的一门重要学问，也是一项重要工作。这个工程是要求把机内的几何三维环境变换成人们能够直观了解分析的图形表达，属于几何模型的视觉呈现过程。它把多个学科的知识综合利用起来，把建立起来的模型的物理特性，几何形状，还有各个物体的相对位置及遮挡关系都在计算机上把它们模拟出来，好比拍摄电视剧一样，属于几何到画面的再次创造。对这个过程有着很多的修饰词，比方说图形合成、图像可视化、模型绘制等，渲染和显示有时也会用到。但根据我国的使用习惯，对这个过程一般习惯把它说成是绘制，一些可见面和光照等的效果，加上某些认为痕迹的消失都可以说是有走样所导致的。绘制将计算机图形学真正的魅力向世人展示，它综合的运用了美学、几何学、物理学等知识，属于计算机图形学科中的专业部分。

4 计算机图形学的定义

夜上海论坛 计算机图形学大概能够归纳为以下几个内容：软件和硬件，视图变换，图形变换和三维观测等基本知识；界面管理、窗口管理，界面设计等用户界面；视觉系统，颜色运用，几何描述等模型定义；矢量技术，光照模型，图像操作，图像储存等图像合成；高端软件，动画技术，高级建模等高级技术。目前，我国对计算机图形学的认识是，它就是利用计算机来对图形的原理、计算方法和怎样生成处理图形来进行探索研究的。简单来讲计算机图形学就等于几何加绘制。物体在计算机中的几何数据属于一个静态的概念，而用人眼的角度来绘制这些数据就属于动态流程。

夜上海论坛 5 计算机图形学的大体框架

夜上海论坛 计算机图形学的大体框架有以向量和几何变换为主的数学基础知识；不被计算机图形学方法构造所限制的各种二维、三维空间的几何模型；几何的视觉实现过程绘制；还有就是用于图形通讯的交互式图形学交互技术。

夜上海论坛 6 计算机图形学中的几何

夜上海论坛 （1）有关模型的建立和计算处理都会用到几何。现在计算机图形学的发展趋势是不仅要求能把物体的外观生成出来，还得有更好的物体建模技术。因为要把物体的三维几何特征随着时间的变化都能描述出来也并非那么轻而易举，要想把物体最为真实的一面展示出来，所用到的图形工具也将会变得更为复杂，现在绘制工作已不是那么困难，工作重心已经转移到计算机图形学的几何建模上去了。（2）导致几何造型系统不够稳定的主要原因就是几何奇异，要想解决因为几何奇异造成的影响，就得将几何计算的主要点给把握好，重新探索出一套能够解决问题的、简单、方便、有效和体系化的理论体系。从计算机图形学的本质着手，解决几何奇异的一个有效方法就是对几何引入方向性概念。以此建立一个在方向性概念上的几何算法和复杂性分析的理论体系，它的主要观点有：a.把计算机的表现形式进行统一几何；b.建立辅助几何属性来解释几何设置属性；c.仔细探究复杂性的理论；d.引入“交点特征”的新概念。（3）精确表示的边界模型中的边界元素和某些几何元素是互相对相应的，在目前的一些几何造型系统中。它们可以形成直线、曲线等各种几何图形，使得它们有着非常复杂的求交情况。当一般用到20多种元素时，它的求交函数将是这些元素的十几倍。如果在三维领域中，将会有更为复杂的几何问题。而有些像隐藏面、线的消除和一些用来提升图形效果的看似绘制的内容，其实从根本上来说，依然是几何计算的问题。几何计算主要是在时间和光线跟踪上有一些消耗，加上景色和光线的交点等各个光入射、折射线之间的计算。

7 结束语

计算机图形学主要是针对把客观事物在计算机当中通过建模的方式进行描述和处理，和将在计算机当中建立好的抽象模型用具体的动态或者静态的方式表达出来（俗称视觉再现）这两个问题进行探索和研究。图形在本质上属于线形、结构、颜色等图形基本元素所组合而成的，因此，图形的本质等于图元加属性。而计算机图形学就等于几何加绘制。因此在计算机图形学中，处理几何奇异问题是几何计算的重点，而几何计算又是这个学科的根本，所以需要引入几何方向性概念才能建立合理的理论体系。总体来讲，计算机图形学是由几何、绘制、交互和数学基础等构成的。

参考文献

夜上海论坛 [1]孙家广，胡事民.计算机图形学基础教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

[2]何援军.计算机图形[M].北京：机械工业出版社，2006.