浅析计算机图形学的发展及应用前景
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2014-05-14
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浅析计算机图形学的发展及应用前景
1、计算机图形学的定义
计算机图形学：(ComputerGraphics，简称 CG)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。
计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在汁算机中表示图形、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。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。
计算机图形学一个主要目的就是要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。
2、计算机图形学的应用前景
2.1 计算机辅助设计与制造
CAD／CAM 是计算机图形学在工业界最广泛、最活跃的应用领域。计算机图形学被
用来进行土建工程、机械结构和产品的设计，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。有时，着眼于产生工程和产品相应结构的精
确图形，然而更常用的是对所设计的系统、产品和工程的相关图形进行人——机交互设计
和修改，经过反复的迭代设计，便可利用结果数据输出零件表、材料单、加工流程和工艺
卡，或者数据加工代码的指令。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是十分明显的。一个复杂的大规模或超大规模集成
电路板图根本不可能用手工设计和绘制，用计算机图形系统不仅能进行设计和画图，而且
可以在较短的时间内完成，把其结果直接送至后续工艺进行加工处理。在飞机工业中，美
国波音飞机公司已用有关的 CAD 系统实现波音 777 飞机的整体设计和模拟，其中包括飞机
外型、内部零部件的安装和检验。随着计算机网络的发展，在网络环境下进行异地异构系
统的协同设计，已经成为 CAD 领域最热门的课题之一。
现代产品设计已不再是一个设计领域内孤立的技术问题，而是综合了产品各个相关领域 、
相关过程‘、相关技术资源和相关组织形式的系统化工程。它要求设计团队在合理的组织结
构下，采用群体工作方式来协调和综合设计者的专长，并且从设计一开始就考虑产品生命
周期的全部因素，从而达到快速响应市场需求的目的，协同设计的出现使企业生产的时空
观发生了根本的变化。使异地设计、异地制造、异地装配成为可能，从而为企业在市场竞
争中赢得了宝贵的时间。
CAD 领域另一个非常重要的研究领域是基于工程图纸的三维形体重建。三维形体重建
就是从二维信息中提取三维信息，通过对这些信息进行分类、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、面及其拓扑关系，从
而实现形体的重建。二维图纸设计在工程界中仍占有主导地位，工程上有大量的旧的透视
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