计 算 机 图 形 学 的 过 去、 现 在 和 未 来

· 唐 泽 圣 ·

---- 唐 泽 圣 清 华 大 学 计 算 机 科 学 与 技 术 系 教 授， 博 士 生 导 师； 中 国 计 算 机 学 会 副 理 事 长 兼 学 术 工 作 委 员 会 主 任；IEEE 高 级 会 员。 近20 年 来， 一 直 从 事 计 算 机 图 形 学 与 可 视 化 技 术 的 研 究 及 教 学 工 作。 曾 主 持 并 承 担 过 多 项 国 家 自 然 科 学 基 金 及 863 高 技 术 项 目。 曾 获 国 家 科 技 进 步 三 等 奖 一 项， 省、 部 级 科 技 进 步 二、 三 等 奖 多 项。 多 次 担 任 国 际 学 术 会 议 主 席、 程 序 委 员 会 主 席、 委 员 等 职 务。 目 前 的 研 究 方 向 是 计 算 机 图 形 学、 科 学 计 算 可 视 化、 虚 拟 现 实 等。

----1963 年， 美 国 麻 省 理 工 学 院 的 I.E.Sutherland 在 他 的 博 士 论 文“Sketchpad: 一 个 人 机 交 互 的 图 形 系 统” 中， 第 一 次 提 出 了 人 机 交 互 图 形 系 统 的 概 念， 被 认 为 是 奠 定 了 现 代 计 算 机 图 形 学 的 基 础。30 多 年 来， 计 算 机 图 形 学 发 展 迅 速， 经 历 了 初 创 时 期、 发 展 时 期 和 成 熟 时 期。 时 至 今 日， 人 们 已 经 可 以 用 一 台 普 通 的 微 机 生 成 丰 富 多 采 的 图 像， 应 用 于 国 民 经 济 和 社 会 生 活 的 各 个 方 面。 中 国 有 句 古 话：“ 一 幅 画 可 以 值 一 千 个 字”， 计 算 机 图 形 学 的 广 泛 应 用， 改 变 了 人 与 人 之 间 以 及 人 与 机 器 间 的 交 互 方 式， 极 大 地 提 高 了 人 类 获 取 信 息、 交 换 信 息 的 质 量 和 效 率， 从 而 也 极 大 地 提 高 了 人 类 的 工 作 效 率 和 生 活 质 量。 在 新 世 纪 到 来 之 际， 回 顾 计 算 机 图 形 学 的 过 去， 了 解 它 的 现 在 并 展 望 未 来， 是 十 分 必 要 的 和 有 益 的。

回 顾 过 去

---- 在20 世 纪50 年 代， 最 初 的 计 算 机 图 形 生 成 技 术 就 出 现 了。 利 用 这 种 技 术， 计 算 机 可 以 在 绘 图 仪 或 阴 极 射 线 示 波 器 上 用 简 单 的 图 形 绘 制 计 算 结 果， 但 用 户 不 能 对 图 形 进 行 交 互 操 作， 因 而 这 一 技 术 被 称 为“ 被 动 的 图 形 生 成” 技 术。60 年 代 以 后， 尽 管 有 了 交 互 图 形 技 术， 但 由 于 当 时 的 图 形 硬 件 设 备 价 格 昂 贵、 计 算 机 的 功 能 不 强 但 价 格 不 低、 编 写 交 互 式 图 形 程 序 工 作 量 大 且 在 不 同 设 备 之 间 难 以 移 植， 因 此 计 算 机 图 形 学 的 应 用 进 展 不 快。70 年 代 以 后， 尽 管 出 现 了 小 型 计 算 机 和 存 储 管 式 显 示 器， 使 图 形 技 术 的 应 用 有 所 发 展， 但 是 图 形 学 的 应 用 仍 然 局 限 在 某 些 专 门 领 域。 这 一 阶 段 可 以 说 是 计 算 机 图 形 学 的 初 创 阶 段。

----70 年 代 末 到 整 个80 年 代 是 计 算 机 图 形 技 术 高 速 发 展 的 时 期。 促 使 其 高 速 发 展 的 原 因 首 先 是 计 算 机 性 能/ 价 格 比 不 断 提 高， 出 现 了 图 形 处 理 功 能 很 强 的 工 作 站； 其 次 是 采 用 了 光 栅 图 形 显 示 器， 不 仅 价 格 便 宜， 而 且 可 以 生 成 矢 量 显 示 器 所 不 能 生 成 的 具 有 光 照 效 果 的 表 面 图 形， 因 而 推 动 了 计 算 机 图 形 学 在 计 算 机 辅 助 设 计 和 绘 图、 办 公 自 动 化、 电 子 出 版、 地 理 信 息 系 统 等 领 域 的 广 泛 应 用。 此 时， 计 算 机 图 形 学 也 开 始 深 入 到 国 民 经 济 和 社 会 发 展 的 众 多 领 域。

---- 自90 年 代 以 来， 计 算 机 图 形 技 术 开 始 走 向 成 熟， 其 重 要 标 志 就 是 在