探析计算机图形学与图形图像处理技术

杨珍 内蒙古农业大学职业技术学院

1 引言

计算机图形学和相关图形图像处理技术的产生和发展有其历史背景，上世纪60年代，由于对计算机的认识还处在一个比较初级的阶段，社会各个领域能够用到计算机运算或处理的领域也并不是很多。但到了70年代，光栅显示器的诞生使得光栅图形算法迅速兴起，关于图形的基本操作和相应的算法也纷纷开始投入研究，并且出现了很多丰厚的成果。由此，计算机图形学进入繁荣阶段，诸多国家都将图形学应用在工程，设计和管理，以及教育等方面。到了80年代，大规模集成电路的发展则是进一步的给了图形学和图形图像处理技术更大的发展空间，关于图形的相关算法逐渐成熟，随着科技的不断发展，如今，关于图形学的知识数不胜数，而图形图像处理更是应用广泛，从网络游戏的贴图渲染到动画，再到虚拟现实以及CAD等等，都体现了这个行业发展的无穷可能性。

2 计算机图形学的简单论述

2.1 主要内容

计算机图形学的最重要的目的就是要让现实世界的图形能够在计算机上完美的再现，也就是“所见即所得”。而实现这一目的的所有方法就是计算机图形学的主要内容，计算机图形学主要分为两部分，一是利用线条信息处理的图，第二种则是现实世界的图像，也就是明暗图。图形学对于前者要达到的目的是线条能够准确表达信息，如工程图。而后者则是最大程度的模拟真实世界的场景，通过各种处理技术实现虚拟和现实的结合。

2.2 发展

随着计算机附件的产生，到后面的滚筒式绘图仪将传统的数字记录仪取代，这一时期代表着计算机图形处理的基础阶段，也就是电子管式。直到后来美国开发出关于空中防御的计算机体系，才显示出计算机图形学的重要性，而在此之前，计算的相关指令基本上都是通过符号进行，计算机图形学出现之后，人们意识到图形处理的便捷，因此大力研究。

3 计算机图形学的基本概念以及系统的功能和组成

要了解计算机图形学，首先必须对相关的基本概念有一个大致的了解，主要有下：

3.1 基本概念

3.1.1 颜色的要素

颜色是图像的基础，所以对颜色的概念定义非常重要。我们通常用三个物理量来描述颜色，分别是色调、饱和度和亮度。色调指的是颜色的类别，例如红、绿、蓝。对于某一个物体的色调是有这种物体本身的辐射的光谱成分所决定的。饱和度则是指的某一种颜色的深浅程度，对于一种颜色来说，如果越浓，那么我们就称之为饱和度高，反之饱和度越低。亮度是指当光作用于人的眼睛时所引起的明暗程度的感觉。在亮度的衡量当中，一般发光物体如果彩色光辐射功率越大，那么表示的亮度就会很高，反之亮度很低。

3.1.2 三基色原理

这是在图形学中最为基本的一种色度原理，三基色是指红、绿、蓝。而三基色原理表达的是任何一种颜色均可按照这三种颜色根据不同的比例进行混合而形成。

3.1.3 颜色模型

颜色模型的作用是对生成颜色的规则进行制定以及对颜色进行精确的标定。各种颜色模型所运用的场合都不同，形成鲜明的特点。主要有RGB颜色模型，主要用于自发光的彩色显示器。其次就是CMY颜色模型，主要用于油墨打印上，最后就是YUV颜色模型，用于处理彩色视频信号。

3.1.4 计算机中的图形数据表示

图形学中另一基本的定义就是图形和图像，这是计算机中的图最为常用的两种表达方式，也是计算机图形学开展需要概念知识，图形也被称作“矢量图”，图形主要是有数学对象定义的由直线和曲线组成的图形，一般我们所用的机械图，电路图和CAD就是采用矢量图。另一种叫做图像，图像也被称作位图或者点阵图，图像采用像素作为基本单位来进行表示。

3.1.5 图像的属性

在图像当中涉及到一些基本的属性，首先是分辨率，这是衡量图像清晰度的属性，分为两种，一种是图像分辨率，也就是组成图像的像素数目，另外一种是显示分辨率，也就是显示器的分辨率，在图形图像处理工作中，对分辨率的相关工作是最基本的。其次是像素深度，它是存储每个像素需要用到的二进制位数。

3.2 主要操作

图形图像处理的主要操作主要有，关于投影，平移和缩放等几何上的处理，其次就是图像的分析，数字化和编码。还要对计算机中的图形图像的某些隐面进行消除，或者增强图像现实感，最后还要进行某些图像的色彩设计，渲染，贴图纹理材质等等。

3.3 功能和组成

3.3.1 功能

计算机图形处理系统的主要功能就是基本对话和输入输出，基本对话就是人可以在这个图形处理系统中进行人与计算的交互，将图形图像按照自己的需求进行修改，输入输出就是在对图形输入各种指令或者处理之后，可以在最终的显示设备上输出。

3.3.2 组成

计算机图形图像处理技术所需要的也就是图形系统的组成，那就是硬件和软件，硬件就是满足图形图像处理所需要的计算机硬件设备，包括所需的专业cpu，图形处理的专业显卡，以及输入输出设备等等。软件就是要有工作所需的图形处理软件。在图形图像处理工作当中，由于图形设计到数学上的函数运算，而图像又会对显示设备提出更高的要求，因此需要专门的处理器和显示卡，此外，两者的处理结果还需要用硬盘等存储介质进行存储。由于我国的行业规模的扩大，在这些方面的研究均达到国际先进水平

4 计算机图形学的研究前沿和应用

4.1 辅助制造和设计

在工业界当中，最能够反映计算机图形学应用的就是CAD了，CAD是工业设计最常用的软件工具，经常在涉及一些机械，土木等场合用到，另外一些集成的电路集合也会采用，由于在日常的工作当中，人们经常会遇到工程庞大的设计图案，其中土木工程，集成电路，网络分析等等，这些已经远远不是人力所能完成的了，所以这个时候图形处理软件的优势就凸显出来了，提高了工作的效率和质量。

5 区别和联系

计算机图形学的主要应用领域在于CAD等工业设计方面，以及计算机动画。而计算机图形图像处理则被应用在航天航空、医学和军事上。但是随着科技的进步，两者之间又有联系，将两者结合运用在许多商业领域，能够使得现实世界的物体更加逼真的出现在虚拟世界当中，他们之间相辅相成。

6 结语

总而言之，在生活当中，计算机图形学和图形图像处理技术已经被广泛的运用，并且给人们的工作和生活带来极大的便利，它不仅提高了工业的生产效率和生产质量，还使得人们的生活丰富多彩，不断的制造一些现实世界无法实现的视觉效果，从而让人们充分发挥他们的创造力和想象力，使得科学和艺术不断取得突破。

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