浅谈计算机图形学与图形图像处理技术

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浅谈计算机图形学与图形图像处理技术

［摘要］通过介绍计算机图形学的研究内容、发展历史、图形系统的组成和功能、应用领域以及真实感图形的实现技术，对图形学的基本内容进行概括，从而更好地掌握计算机图形学与图形图像处理技术。［关键词］计算机；图形学；图形图像；处理技术［中图分类号］TP911.73［作者简介］

陈敏雅（1983

1.计算机图形系统的组成

计算机图形系统由硬件设备和相应的图形图像软件系统两部分组成。高质量的计算机图形离不开高性能的计算机图形硬件设备。图形系统硬件通常由图形处理器，图形输出设备和输入设备组成。图形处理器是图形系统结构的重要部件，是连接计算机和显示终端的纽带。图形处理器具有存储和处理图形的功能，而且能完成大部分的图形函数计算，这大大减轻了CPU负担，提高了系统的显示能力和速度。

最常用的图形输入设备是键盘和鼠标。人们一般通过一些图形软件由键盘和鼠标直接在屏幕上定位和输入图形，如CAD系统就是用鼠标和键盘命令制作各种工程图的。此外还有跟踪球、空间球、数据手套、光笔、触摸屏等输入设备。跟踪球和空间球是根据球在不同方向受到的推或拉的压力来实现定位和选择。数据手套则是通过传感器和天线来发送手指的位置和方向的信息。这几种输入设备在虚拟现实场景的构造和漫游中特别有用。光笔是一种检测光的装置，它直接在屏幕上操作，拾取位置。

图形输出设备是指可以快速生成和处理图形的显示系统以及输出到某种介质上永久保存图形的绘图系统，主要包括显示器、绘图仪、打印机等。

随着计算机系统、图形输入/输出设备的发展，计算机图形软件也不断地更新和完善，目前有许多支持计算机图形技术的软件系统。如各种子程序包、图形函数库、甚至是专用的图形系统。随着图形系统的发展，提出了图形软件标准化的问题。为实现程序的可移植性，开发出了面向设备的驱动程序包或面向用户的图形生成及管理程序包。

2.图形系统的功能

图形系统的设计和研制是计算机科学和工程领域的重要内容。作为一个图形系统，至少应具有计算、存储、输入、输出、对话等五个方面的基本功能。

计算功能：实现设计过程中所需的计算、变换、分析等。如：图元生成、坐标变换。

存储功能：存放(形体的)几何数据、形体间的关系，并可对数据实时检索、维护。

输入功能：输入形体的几何参数及各种命令。输出功能：可显示过程中的状态，修改后的结果，并可硬拷贝及输出。

对话功能：通过图形显示器及相应人-机交互设备直接进

［文献标识码］A

计算机图形学(ComputerGraphics)是借住计算机来研究图形表达、处理图像、显示生成的学科。历经30多年的发展，计算机图形学成为现代应用科学中最活跃的分支之一，并得到广泛的运用。

一、计算机图形学概述

（一）计算机图形学研究的主要内容

计算机图形学的研究内容极为广泛，如图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形算法、曲线曲面建模、实物造型、真实感图形显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然仿真、虚拟现实等。

计算机图形学主要目的就是要利用计算机表达的真实感图形。为此，必须建立图形描述的场景的几何表示，运用某种光照模型，计算出假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。所以计算机图形学与计算机辅助几何设计有着密切的关系。图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。同时，真实感图形计算的结果是以数字图象的方式提供的，计算机图形学和图形图象处理有着密切的联系。

（二）计算机图形图像处理的基本概念

计算机图形图像处理是指把由概念或数学描述所表示物体的几何数据或几何模型，用计算机进行显示、存储、修改、完善及进行相关有关操作的过程。图形图像处理包括的主要内容有：

（1）几何变换，如平移、旋转、缩放、透视和投影等。（2）图像数字化、图像编码、图像增强、图像复原、图像分割和图像分析等。

（3）曲线和曲面拟合。（4）建模或造型设计。（5）隐线、隐面消除。（6）明暗处理。（7）贴图纹理。（8）色彩设计。

图形图像处理技术主要应用在计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM、计算机辅助教育CAI、计算机艺术设计、计算机模拟、计算可视化、计算机动画和虚拟现实等领域。CAD是主要应用领域之一。

（三）计算机图形系统的组成与功能

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