【摘要】计算机图形学经过三十多年的发展，在计算机艺术、计算机动画、自然景物仿真、图形实时绘制的方面都有很大程度的成就。图形学发展速度很快，并且已经成为一门独立的学科，应用前景非常广阔，本文就计算机图形学的发展及应用研究探讨，希望能帮助有所需要的人。

【关键词】计算机图形学；发展状况；应用

什么是计算机图形学？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。计算机图形学又称CG，计算机图形学研究的是如何在计算机环境下生成图形、处理图形、显示生成图形的一门学科，其基本构成是逐步实现对图形的处理和设计工作。计算机图形学研究的内容极其繁多，如曲线曲面建模、图像制作指标、人机交换系统、计算机的硬件系统、风景渲染、电子动画、图形交换技术、真实感图形显示算法、虚拟现实、图形硬件等。随着该项技术的不断发展，它在计算机科学中最为活跃的分支之一，并得到广泛的应用。现在介绍计算机图形学的研究内容、发展历史、应用和图形学前沿的方向。

一、计算机图形学的发展史

20世纪50年代，第一台拥有图形显示技术的计算机在美国麻省理工学院诞生，该显示器只能显示一些简单的图形。在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。1962年，MIT林肯实验室的I-van.E.Sutherland发表一篇博士论文，他在论文中首次使用了计算机图形学“ComputerGraphics”这个术语，确定了计算机交互图形学作为一个崭新的科学分支的独立地位。

到20世纪70年代，光栅图形学迅速发展，区域填充、裁剪、消隐等基本图形的概念及其相应算法纷纷诞生，使得图形学得到了广泛的应用。

进入80年代以来，计算机图形学在理论研究和实际应用的深度和广度方面，都取得了令人骄傲的成绩。中国的计算机图形学发展最早可以追溯到二十世纪80年代末期，在清华大学、浙江大学等国家重点大学中的计算机研究所中开始了对计算机图形技术的研究。我国计算机图形学的学者们吸收了一批国外图形学的研究成果，主要有计算机图形学的基本理论与算法、真实感图形生成的理论与算法、几何造就的基本理论与算法，并在科学计算可视化、虚拟现实和不规则物体的造就等研究方向发表了许多具有国际先进水平的论文。

同时由于中国的对外开放，一批批海外计算机方面的专家开始进入中国，为中国计算机事业的发展奠定了最基本的人才基础。到目前为止，由于计算机的运算速度的加快，使得图形学的各个研究方向得到充分发展，图形学已广泛应用于动画、CAD/CAM、科学计算可视化、影视娱乐等各个领域。

二、计算机图形学的应用

(1)科学计算可视化

目前在气象分析、流体力学、有限元分析及医学当中，科学计算可视化得到广泛的应用。特别是在医学领域，科学计算可视化的发展前途不可限量。目前在医学上依靠精密机械做脑部手术是一个热门的话题，而这项技术实施的前提是以可视化为基础。可视化在医生进行手术时，可以将医用CT所扫描的数据转化为图像，帮助医生判断患者体内患处的准确位置，之后通过碰撞一类的技术实现手术效果的反馈。可见，未来医学的各个领域发展中，可视化不可缺少。天气气象站利用可视化技术，将大量数据转化成形象逼真的图形后，经过仔细分析后可清晰预报几天之内的天气情况，得我们的生活和工作带来极大的方便。

(2)计算机动画

动画片是静态的动态艺术，每一幅图像之间都存在着一定的局部变化，单纯依靠人工识别，工程量太大，而计算机图像学和计算机硬件恰恰能够对图形中不变动和需要变动的图形进行快速、合理的修改，在一定程度上减少了人力操作。计算机动画的设计灵感来源于传统的卡通片，它的制作环节简单，也就是保持“关键帧”的不变，再将连续帧进行组合。计算机动画内容丰富多彩，生成动画的方法也多种多样，如三维自由形体变形，轴变形方法，二维形状混合等等。随着信息技术的发展，计算机动画产业的发展将更加顺利。

(3)计算机辅助制造及设计

在工业界计算机图形学的广泛应用中，CAU/CAD是最活跃的。土建工程、产品设计及机械结构，包括设计设计船舶的外形、飞机和化工厂、发电厂等布局机电子器件、电子线路等，都离不开计算机图形学。我们不但要重视生产工程的精确图形及产品的相应结构，更要重视常用的进行人机修改机交互设计对所涉产品、工程、系统的相关图形，经过不断选代设计，利用数据结构输出零件表、工艺卡、材料表、加工流程、加工数据代码等指令。计算机图形学主要应用到电子工业中的集成电路、电子线路、网络分析及印刷电路板等方面，其优势十分明显。

(4)计算机艺术

计算机图形学在艺术领域中也积极发挥着作用，并利用其优势在艺术品制造，如中国国画、各种图案、花纹及传统油画等，积极发挥作用。还广泛应用于广告制造、电影及动画片，其中不乏一些获得奖项的作品。一些美术设计相关人员通过图形学对图像进行熟练处理，从而实现相应的艺术价值和商业要求。

(5)图形实时绘制与自然景物仿真

重现真实世界的场景即真实感绘制。真实感绘制主要是模拟真实物体的物理属性，简单地说，就是物体的形状，光学性质，表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置，遮挡关系等等。在自然景物仿真这项技术中，我们需要过行消除隐藏线及面、明暗效应、纹理、辐射度、颜色模型、光线跟踪等工作。其中，光照和表面属性是最难模拟的，而且还必须处理物体表面的明暗效应，以便用不同的色彩灰度来增加图形的真实感。自然景物仿真在几何图形、指挥控制、广告影视、科学计算等方面应用范围很广，单从广告的精美制造就可以看出来了。

三、计算机图形学的发展趋势

计算机图形学经过三十多年的发展，傲立在科学的前端。经过多年的发展，计算机图形学不仅已经形成了一门独立的学科，还广泛应用于多个领域。通过上文的叙述，我们可以发现计算机图形学在计算机辅助制造及设计，计算机动画，计算机动画等方面的应用，在我们生活中随处可见，使我们的生活变得丰富多彩。总之，计算机图形学在各个领域的广泛应用，给人们带来了很多益处，促进人类文明的进步。

参考文献

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