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简述计算机图形学的发展与实践应用

计算机图形学是研究计算机表示、生成、处理和显示图形的原理、算法、方法和技术的一门学科。它的研究分为两个方向，一方面是研究几何作图，如平面线条作图和三维立体建模等；另一方向是研究图形表面渲染效果，主要包括表面色调、光照、阴影和纹理等表面属性的研究。

目前，计算机图形学的应用已深入到真实感图形、科学计算可视化、虚拟环境、多媒体技术、计算机动画、计算机辅助工程制图等领域。计算机图形学的发展迅速，仍处在快速的向前发展的趋势中，并且已经成为一门独立的学科，傲立在科学的前端，有着广泛的发展前景。

计算机图形学的定义

计算机图形学是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。主要研究如何在汁算机表示图形、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。

图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等；另一类是明暗图，也就是通常所说的真实感图形。计算机图形学主要目的是利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。为此，必须建立图形所描述场景的几何表示，再用某种光照模型，计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。同时，真实感图形计算的结果是以数字图像的方式提供的，计算机图形学也就和图像处理有着密切的关系。

计算机图形学的研究内容非常广泛，如图形硬件、图形标准、图形交互技术、

光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、非真实感绘制，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。

计算机图形学的发展简史

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。ComputerGraphics(计算机图形学)最早是美国麻省理工学院的IvanE.Sutherland于1963年在他的博士论文“Sketchpad：一个人－机通信的图形系统”中首次提出，它标志着计算机图形学的正式诞生，是现代意义上的交互式图形学的起源。此前的计算机主要是符号处理系统，自从有了计算机图形学，计算机可以部分地表现人的右脑功能，计算机图形学的建立意义非凡。

计算机图形学的应用范围

计算机辅助设计与制造。计算机图形学被用来进行土建工程，机械结构和产品设计，包括设计飞机、汽车、船舶的外形和发电厂、化工厂等的布局以及电子线路、电子器件等。在电子工业中，计算机图形学应用到集成电路、印刷电路板，电子线路和网络分析等方面的优势十分明显。另一研究领域是基于工程图纸的三维形体重建，就是从二维信息中提取三维信息，通过对信息进行分类、综合等一系列处理，在三维空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体，恢复形体的点、

线、面以及拓扑元素，从而实现形体的重建。

科学计算可视化。广泛应用于医学，流体力学，有限元分析，气象分析等。尤其在医学领域，可视化有着广阔的发展空间，依靠精密机械作脑部手术是目前医学热门的课题，而这些技术的实现的基础则是可视化。当我们做脑部手术时，可视化技术将医用扫描的数据转化成图像，使得医生能够看到并准确的判别病人的病患处，然后通过碰撞检测等技术实现手术效果的反馈，帮助医生完成手术。

图形实时绘制与自然景物仿真。真实感绘制要是模拟真实物体的物理量，简单的说就是物体的形状、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。自然景物仿真技术是消除隐藏线及面、明暗效应、颜色模型、纹理、光线跟踪，辐射度等方法，自然景物仿真在几何图形、广告影视、指挥控制、科学计算等方面用范围很广。

计算机动画。动画也只是由一幅幅静态的图像动态叠加生成，每一幅都是对前一幅小部分修改，如何修改便是计算机动画的研究内容，当这些连续播放时，整个场景就动起来。早期的计算机动画灵感来源于传统的卡通片，在生成几幅被称作“关键帧”，连续播放时两个关键帧就被有机的结合起来。计算机动画内容丰富多彩，生成动画的方法也多种多样，比如基于特征的图像变形、二维形状混合、轴变形方法、多维自由形体变形等。

计算机艺术。用计算机从事艺术创作，计算机图形学除广泛用于艺术品的制造外，还成功的用来制造广告、动画片甚至电影。目前国内外不少人士正在研制人体模拟系统，这将会使得在不久的将来把历史上早已逝去的著名影视明星重新搬上新的影视片成为可能。

计算机图形学在实际生活中的应用

模具生产方面的应用

模具CAD/CAM是计算机图形学在模具生产方面应用的最广泛、最活跃的领域。由计算机产生成型物体随时间、压力、温度等外部条件变化而产生的图形，以研究塑流、缩胀、温度和压力的分布及结构在负载下的变形，可以在制模前研究确定模具设计的优劣。利用计算机不但提供了逼真场景画面和可靠数据，而且为这些数