计算机图形学与图形图像的处理技术

李　彦

（新乡学院，河南　新乡　453000）



计算机图形学与图形图像的处理技术

李彦

（新乡学院，河南新乡453000）

摘要：新时代背景下，计算机几乎被应用到了社会活动的所有领域中.计算机的应用大幅度提升了工作生产效率，降低了生产成本，为企业经济效益增长提供了新途径.计算机已改变了人们工作方式，生活习惯.计算机图形学是随着计算机的普及而产生的新科学，在计算机图形学中图形图像的处理技术备受关注，如何对其进行合理利用，已成为现代科学应用领域研究的重要课题.随着计算机技术的不断发展，计算机图形学与图形图像的处理技术逐渐成熟，其应用范围越来越广泛，对科学进步，经济发展的推动作用越来越明显.本文将针对计算机图形学与图形图像的处理技术展开研究和分析.

关键词：图形系统；计算机；计算图形；图形图像；处理技术

二十一世纪人类社会正在逐步进入信息时代，计算机技术水平和普及度越来越高，利用计算机处理图形图像已成为必然趋势.传统处理模式不仅效率低，且存在一定局限性，易出现漏洞，工作量十分庞大.而利用计算机处理则能够大大简化处理流程，提高处理效率，降低劳动强度，提升视觉效果.并且计算机处理可无限修改，修改过程简单易实现.早在二十世纪五十年代，人们就已开始尝试利用计算机进行图形和图像的处理.随着计算机技术的快速发展，计算机图形学逐渐形成，并引起广泛关注和研究.

1　计算机图形图像系统组成及其功能

计算机图形图像系统由：硬件系统与软件系统两大部分组成.高质量的计算机图形处理离不开高性能的计算机图形处理硬件[1].硬件设备性能往往决定着图形处理效果和速度.计算机图形系统硬件主要由：图形处理器﹑图形输出和输入设备组成，其中图形处理器最为主要，是整个图形处理系统的核心，称为Graphics Processing Unit，又称显示芯片，是专门负责图形运算工作的微处理器，为计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动，并向显示器提供扫描信号，控制显示器正确显示，是图形处理及渲染必备硬件设备，具有存储﹑处理图形功能，能完成大部分图形函数计算，能有效提高了系统显示能力和图形处理速度，主流图形处理芯片厂家有AMD和NVIEDIA.随着科学技术的不断发展与进步，GPU图形处理已不在局限于二维与三维，其通用运算技术使GPU的应用范围越来越广泛，性能和功能越来越强大.另一方面，计算机图形软件也在随着硬件不断更新发展，主要包括：图形函数库﹑各种自程序包﹑专业图形处理系统﹑管理程序包﹑图形生产程序包等.计算机图形系统的基本功能是：计算﹑输出﹑输入﹑存储﹑对话等.只有建立在图形系统基础上，计算机才能完成图形图像的处理.

2　图形与图像的区别与联系

图形与图像虽有着许多共性，但也有一定区别.图形与图像不论是数据来源，还是处理方法都存在差异.图像数据来自客观世界，而图形数据来自主观世界.图像处理方法包括：图像变换﹑图像识别﹑几何修正﹑图像理解.图形处理方法包括：纹理产生﹑明暗处理﹑几何变换﹑曲线及曲面拟合等[2].并且图形与图像处理理论基础也有不同.计算机图形学理论基础是：计算几何﹑分形﹑几何﹑透视﹑变换等理论.而图像处理理论是：模糊数学﹑统计学﹑数字信号﹑模拟学等理论.但这二者间又有着必然联系，所以很多时候图形图像技术是相互关联的，在具体应用中通常会把图形﹑图像处理技术结合起立，从而达到处理的最佳效果和质量.随着图形与图像技术的发展，二者相互渗透﹑相互交叉，其界线越来越模糊，图形图像处理技术应用前期备受瞩目.在计算机技术研究领域中，图形图像处理技术一直是研究的重点.二十世纪六十年代，计算机图形学诞生，很多学者曾针对计算机图形与图像进行研究[3].计算机图形和图形图像技术的结合，已成为计算机现代化应用的主要手段.大量计算机图形图像辅助制造软件的出现不仅给人们工作带来了便利，更推动了计算机技术发展进程，为世界技术经济发展起做出了巨大贡献.

3　计算机图形学

计算机图形学(Computer Graphics)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.计算机图形学涉及内容非常广泛，如实物造型﹑光棚图形算法﹑图形交互﹑图形标准﹑曲面曲线建模﹑真实感图形显示算法等.计算机图形学学科研究的主要是，图形的处理及最终显示以及如何使让计算机转换出来的图像更加真实，以满足人们的对视觉效果的要求.而要让计算机转化的图形具备更强的真实感，就必须要建立图形描述场景的几何表示，从中计算出虚拟的光源﹑纹理以及材质属性产生的效果.所以在实践应用中，计算机图形学与几何设计学有着非常密切的联系.而由计算机转化出的图形，通常都需要对图形进行再一次的处理，这一处理过程需要建立在图形图像处理基础上实现，所以计算机图形学与图形图像处理技术间有着密切的联系.计算机图形学是麻省理工学院教授Ivan Sutherland提出，他在论文《画板》中对计算机图形进行了系统研究，该论文的发表标着计算机图形学的诞生.在计算机图形学提出前计算机主要是符号处理系统，自从有了计算机图形学，计算机便逐渐开始具备右脑表现工具，拥有高质量图形图像处理功能，计算机走向可视化操作[4].智能CAD就是计算机图形学研究中取得的重大成果.利用智能CAD能够支持产品工程图的绘制与输出，能够大大降低产品设计成本，提高设计效率，可实现从概念设计到结构设计的全过程.例如，早期的Sigraph Design能随心所欲修改，不必费时费力的输入准确的坐标点，只要有正确尺寸，系统即可自动运算，得出满意图纸.且智能CAD还具备智能识别和自动输入功能，能大大降低设计难度，优化设计过程.计算机图形学经过近十几年的发展，已进入了较为成熟的发展期，对社会生产﹑经济发展的影响越来越明显.

4　计算机图形图像处理技术

计算机图形图像处理技术提出于二十世纪八十年代，经过不断的发展和完善，最终被广泛运用，是现代应用科学中最活跃的分支之一.计算机图形图像处理技术主要包括两方面，一方面是图形处理，另一方面是图像处理[5].目前的主流计算机图形图像处理软件都基于这两种技术而设计实现.利用计算机图形图像处理技术能够造出各种物体，整个设计过程在计算机上完成，最后生产相应效果图并输出.计算机图形图像处理的目的是将由概念或数学描述所表示的物体几何模型进行处理，用于计算机显示﹑存储﹑修改等操作.计算机图形图像处理的主要内容包括：图像增强﹑图形还原﹑图像数字化﹑图像编码﹑透视﹑投影﹑隐线﹑隐面等.但计算机图形图像处理技术的实现通常需依靠计算机图形系统软件来实现，计算机图形图像处理技术的软件工作站包括：ALIAS和TDI；计算机主流处理软件有：3DMAX﹑Winmorph﹑PHOTOSHOP等.计算机图形图像处理技术功能的发挥很大程度上要取决于GUP，新时代背景下GUP技术发展越来越快，经过不断的更新换代，现如今不论是二维处理，还是三维处理，都表现的十分出色.

5　计算机图形学与图形图像处理技术的应用

计算机图形学与图形图像处理技术都是高新技术融合的产物，以数字技术与计算机硬件设备为依托，以图形处理系统为核心，以图形图像处理软件为主导，广泛应用于各个领域，其功能和性能越来越强大，对人类社会的影响作用越来越突出.小到日常办公，大到工业生产﹑建筑设计都对计算机图形学与图形图像处理技术进行了应用.下面通过几点来分析计算机图形学与图形图像处理技术的应用：

5.1工业领域的应用

计算机图形学与图形图像处理技术最早就是应用于工业领域，且在工业中的应用也最活跃﹑最广泛.例如，汽车﹑飞机﹑机械﹑船舶外观的设计，部件的设计，电路的设计等等.传统人工设计模式中一些结构复杂部件往往很难表达，且设计效果受到局限，易发生设计漏洞，容易导致质量缺陷.而计算机图形学与图形图像处理技术进行设计，则可通过建立虚拟模型的方式来完成设计，设计效果更直观，且方便修改，错误率更低，设计效率更高.例如在飞机制造工业中，法国空客飞机公司的A300大型运输客机就采用了CAD系统进行整体设计和模拟，这种设计模式降低设计成本百分之三十以上，大大提高了企业效益，降低了设计难度.

5.2商业领域的应用

计算机图形学与图形图像处理技术在商业领域的应用有效促进了商业发展，为商业发展提供了新路径.例如，电脑游戏﹑三维卡通﹑影视特效等等，都需要基于计算机图形学与图形图像处理技术来实现.通过虚拟技术，能够模拟桥梁﹑大楼的坍塌，能够模拟爆炸效果.另外，在广告设计中的应用则有效提高了广告视觉效果，使广告宣传能够更加深入人心，得到更好的宣传效果[6].目前很多的广告都利用了图形图像处理技术.另外，三维动画几乎完全需要依托计算机图形学与图形图像处理技术.三维动画所表现出的商业价值已十分明显，一部成功的三维动画电影所创造的价值可超越真人电影.

5.3艺术领域的应用

艺术领域是计算机图形图像处理技术应用的逐渐领域，计算机图形系统是计算机艺术主要工具，很多艺术品的设计与制作需要依靠计算机图形学与图形图像处理技术.例如，立体图形﹑平面构成﹑空间构成﹑平面图形等等[7].利用计算机进行雕塑设计，就是在利用立体图形设计.另外，利用计算机作画，不仅效果好，且成本低，效果丰富.Corel Painter或Adobe Photoshop就是典型的计算机绘画及图形图像处理软件，但这些软件的应用需用一定美术基础，对使用者专业素质要求较高.此外，在多媒体中，通过图形系统能够实现语音﹑图像﹑图形﹑视频等数据的整合与集成处理，能增加多媒体的图形信息的多样性和操作的交互性﹑系统的集成性，大大提高艺术表现力.

5.4科学可视化

传统科学计算模式中，过程与原理都十分抽象，不易理解.而利用图形学处理技术和方法进行科学计算，完全可以实现可视化，人们可以在科学计算结果中获取到大量可视化图形﹑图像，这些直观的数据便于理解，十分有助于科学研究的开展.目前天气预报﹑分子生物学等许多领域都在应用计算机图形学.如天气数据的搜集﹑分析﹑整理，现如今都可以实现可视化卫星云图.

6　结束语

计算机技术的诞生，改变了人们生活方式﹑工作方式，计算机已成为生活﹑办公中﹑生产中不可缺乏的重要工具，融入到了现代社会各个领域.计算机图形学与图形图像处理技术随着计算机的普及迅速发展起来，受到广泛关注和研究，被应用到工业﹑科学﹑艺术等多个领域，有效提高了设计效率，简化了工业设计﹑产品设计﹑部件设计环节，为设计师提供了更好的设计环境.积极推广和应用计算机图形学与图形图像处理技术对于促进我国信息化发展有着重要意义.

参考文献：

〔1〕钟凯飞.计算机图形与图形图像处理技术的相互结合[J].科技视界,2013（22）:48.

〔2〕周宇.基于线描图智能化生成的计算机辅助壁画修复[D].浙江大学,2014（03）:52-53+59.

收稿日期：2015-12-02

中图分类号：TP911.7

文献标识码：A

文章编号：1673-260X（2016）03-0026-02