計算機圖形處理技術范文

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本文通過對計算機圖形學的研究內容、圖形系統的組成以及功能進行分析，闡述了計算機圖形技術以及計算機圖像技術存在的區別，通過對計算機圖形技術以及計算機圖像技術的區別分析，得出兩者在數據信息來源、處理方式、運用的理論以及用途方面的區別，并得出兩者之間的內在聯系與相互轉換關系，最后探討了計算機圖形圖像處理技術在輔助制造設計、可視化、動畫和藝術等方面的應用。

【關鍵詞】計算機圖形學 圖形圖像處理技術 應用

1 前言

計算機圖形學的理論產生與發展始于上世紀80年代，在經過了近40年的發展與進步，其已經發展成了前沿應用學科里非常重要的一門分支學科。同時，計算機圖形圖像處理技術也已廣泛的應用于工業制造、現代通訊、多媒體等多個領域中，得到了越來越多的關注與重視。

2 計算機圖形學概述

2.1 計算機圖形學研究的主要內容

計算機圖形學作為一門前沿應用科學，其研究內容非常的廣泛。例如，圖形標準化研究、圖像交互研究、圖形建模研究、圖形圖像的可視化研究、動畫以及仿真研究等。在計算機圖形學的研究中，其主要是通過一定的計算機手段，來展示出具有非常強烈真實感的圖形圖像。在研究計算機圖形學的過程中，離不開相關的幾何設計理論。

2.2 計算機圖形系統的組成與功能

2.2.1 計算機圖形系統的組成

在進行計算機圖形與圖像處理過程中，需要運用到計算機圖形系統，其主要包含有計算機硬件以及相關的處理軟件。硬件設備包含有處理器裝置、圖形輸入以及輸出裝置。處理器對于系統來說尤為關鍵，其是實現計算機與圖形終端設備信息傳遞的橋梁。處理器可以處理并儲存相關的圖形圖像信息數據，同時還可以對圖形幾何函數進行運算，從而使圖形系統擁有更加優異的圖形顯示功能以及更快的圖像呈現速率。

在硬件裝置不斷發展的同時，相應的軟件技術也取得了很大的進步?，F階段，已經開發出了多種能夠用于圖形處理的應用程序，使計算機圖形系統功能更加完善。

2.2.2 計算機圖形系統的功能

對于計算機領域以及工程制造領域來說，計算機圖形系統的發展與進步是極為重要的。計算機圖形系統也應當包含有計算功能、信息儲存功能、信息輸入與輸出功能以及對話功能等。

（1）計算功能。在此功能中，應當可以完成圖形設計與處理中必須的一些運算分析與匯總。例如，坐標的轉換、元素的合成等。

（2）信息存儲功能。此功能中，應當可以實現對圖形信息數據的存儲，同時應當實現對相關數據信息的檢索以及維護。

（3）信息輸入以及輸出功能。在此功能中，應當可以實現對各種數據參數與命令的寫入，并利用相關設備實現對圖形信息的輸出。

（4）對話功能。此功能可以實現利用顯示設備或者人機交換裝置而完成人機的信息交流。

3 計算機圖形與圖像技術的區別和聯系

（1）兩者的數據信息來源有所差異。圖像信息是取自客觀存在的環境中，而圖形信息則是取自主觀世界。

（2）兩者的處理方式有所差異。對于圖像進行處理時，多采用幾何修訂、信息強化、圖像識別等方式。而對于圖形的處理，則主要通過幾何的轉換、圖形裁剪以及曲線擬合等相關方式進行。

（3）兩者所運用的理論有所差異。在對圖像進行處理時，多是運用數據信息處理理論、統計理論以及模糊數學模型理論等。而對圖形進行處理時，多用到仿射理論、幾何以及分形理論等。

（4）兩者的用途有所差異。圖像處理技術大多是用在航空領域、醫學領域以及制造領域中。而圖型處理技術大多用在CAD、計算機模擬以及動畫模擬等相關領域中。

在目前的應用過程中，計算機圖形處理技術與計算機圖像處理技術又是密不可分的，只有將兩者有機地融合，才能夠對圖形圖像的處理更為的完善與完美。兩者之間的聯系與轉換關聯圖，如圖1所示。

4 計算機圖形圖像處理技術的實際應用

4.1 在輔助制造設計領域中的應用

在輔助制造以及設計方面，計算機圖形圖像處理技術應用最多的便是CAD技術。此技術對于工業產品的設計制造以及工程設計等均發揮著極大的作用。通過應用計算機圖形圖像處理技術，當設計過程中涉及數據量龐大、系統繁雜的電路圖時，單純的依靠人工來完成幾乎不可能實現，而通過使用計算機圖形圖像處理技術，則可以非常迅速、精準的完成相關的設計工作，如此便節約了大量的人力以及時間，為企業可以帶來更多的效益。

4.2 在可視化領域中的應用

在網絡通訊技術快速發展的同時，數據庫的數量不斷增加，導致對于數據信息的分析與處理過程中會出現較大的困難，我們很難從海量的信息數據中快速的找到所需的信息數據，更無法把掌握數據信息的規律性。而通過計算機圖形圖像處理技術，將不同種類、特征的數據分類、歸納，并以不同形式加以呈現，如此便可以為我們獲取數據信息提供極大的便利。例如，圖形圖像處理技術在可視化氣象分析、醫學以及流體力學等領域中有了很好的應用。

4.3 在動畫與藝術領域中的應用

在計算機技術以及圖形圖像處理技術快速發展與進步的同時，我們也逐漸的突破了靜態圖像的限制，逐步的發展了動畫技術。并且，現代的商業美術領域中，設計者也多會利用計算機圖形圖像處理技術，而完成相關的藝術設計。例如，對3DMAX、ALins等軟件的應用。其中，一些計算機圖形圖像處理技術所擁有的功能，是一般藝術工作者無法達到的水平。

5 結語

計算機圖形圖像技術被廣泛地應用于各個領域中，通過此技術的應用，可以呈現出更為完美與新奇的感官效果，同時更加激發了人們的潛在創作力，也使得我們的生活更為多樣與精彩。

參考文獻

[1]羅嘉柃.淺談計算機技術之計算機動畫和計算機圖形學[J].黑龍江科技信息，2016（07）.

[2]牛成英.淺談計算機圖形學與圖形圖像處理技術[J].信息化建設，2016（06）.

[3]章偉.試分析計算機圖形學的應用與發展[J].科技與創新，2016（19）.

作者簡介

侯培文（1977-），男，山西省平遙市人。工學碩士學位?，F為太原學院講師。主要從事計算機圖形圖像、軟件測試方面的研究。

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關鍵詞:數字圖像處理 黑白圖像 灰度圖像 彩色圖像

中圖分類號:TP31 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)05(a)-0020-01

計算機數字圖像處理又稱為數字圖像處理,它是指將圖像信號轉化為數字矩陣存放在計算機中,并利用計算機對其加工處理的過程。在計算機數字圖像處理中,按照顏色的多少可以將圖像分為:黑白圖像、灰度圖像和彩色圖像3種。目前絕大多數的圖像圖形處理軟件都支持這3種類型的圖像。

1 黑白圖像

黑白圖像中,每個像素要么是黑,要么是白。其色彩沒有中間過渡顏色的圖像。黑白圖像一般用來描述文字或者圖形,它的優點就是占用存儲空間少,缺點是不能描述細節,如當表示人物,風景的圖像時,它只能描述其輪廓,而不能描述人物、風景的細節。

黑白圖像是每個像素只有兩個可能值的數字圖像。這種圖像中所有的像素只能從0和1這兩個值中取,因此在存儲矩陣中,黑白圖像用一個由0和1組成的二維矩陣表示。這兩個可取的值分別對應于關閉和打開,關閉表征該像素處于背景,而打開表征該像素處于前景。以這種模式來操作圖像可以更容易識別出圖像的基本結構特征,特別是輪廓特征。這種非0即1的圖像在很多圖像處理算法中是必須的。它還經常出現在數字圖像處理中作為圖像掩碼或者在圖像分割、二值化和dithering的結果出現。

黑白圖像操作只返回與黑白圖像的形式或結構有關的信息,如果希望對其他類型模式的圖像進行這樣的操作,則首先要將其轉換為黑白圖像的圖像格式。把一個圖像轉換成黑白圖像的操作叫做“二值化”。“二值化”的關鍵是選取合適的“閾值”,低于這個閾值的像素被轉換成黑色,高于這個閾值的像素被轉換成白色。在很多圖像處理軟件中使用“閾值”運算進行文字識別、輪廓分析等。“二值化”也可以通過調用MATLAB提供的im2bw()來實現。

2 灰度圖像

灰度圖像的每個像素通常用一個byte表示,分別代表256個灰度級。人眼能夠識別的灰度級大約是100個。通常,最高的灰度級(255)呈現最亮的像素,最低的灰度級(0)呈現最暗的像素,在最暗和最亮的像素之間有256個不同的灰度級。

灰度數字圖像是每個像素只有一個采樣顏色的圖像。這類圖像通常顯示為從最暗黑色到最亮的白色的灰度,盡管理論上這個采樣可以是任何顏色的不同深淺,甚至可以是不同亮度上的不同顏色。但是灰度圖像與黑白圖像不同,在計算機圖像領域中黑白圖像只有黑色與白色兩種顏色,而灰度圖像在黑色與白色之間還有許多級的灰色深度,也就是說黑與白之間有不同深度的灰色存在。

通常一幅完整待編輯的圖像是RGB模式,它由紅綠藍3個通道組成。紅色、綠色、藍色3個通道的縮覽圖都是以灰度形式顯示的。用不同的灰度色階來表示紅色綠色藍色在圖像中的比重。

8個采樣位256個灰度級,這種精度剛剛能夠避免圖像中可見的條帶失真,并且非常易于編程。在醫學圖像與遙感圖像這些技術應用中經常采用更多的級數以充分利用每個采樣10或12位的傳感器精度,并且避免計算時的近似誤差。在這樣的應用領域采樣16位即65536級很流行。

3 彩色圖像

在計算機處理中,彩色圖像的顏色信息可以用多種形式呈現,這些表示彩色圖像的不同方式叫做圖像的“色彩空間”,也可以稱之為“色彩模式”。彩色圖像通常使用RGB色彩模式和HSL色彩模式。RGB模式使用紅綠藍三原色呈現圖像色彩。HSL模式通常使用色相、飽和度和亮度呈現圖像色彩。

3.1 RGB色彩模式

一個能發出光波的物體稱為有源物體,它的顏色由該物體發出的光波決定,使用RGB相加混合模型。計算機彩色顯示器的輸入需要RGB3個彩色分量,通過3個分量的不同比例,在顯示屏幕上合成所需要的任意顏色。在RGB色彩模式,任意彩色光F的配色方程可表達為:

F=r[R](紅色百分比)+g[G](綠色百分比)+b[B](藍色百分比)

3.2 HSL色彩模式

HSL和HSV(也叫做HSB)是對RGB色彩空間中點的兩種有關系的表示,它們嘗試描述比RGB更準確的感知顏色聯系,并仍保持在計算上簡單。HSL表示hue(色相)、saturation(飽和度)、lightness(亮度),HSV表示hue、saturation、value(色調)而HSB表示hue、saturation、brightness(明度)。

有時,圖像的色彩信息是必要的。比如,從紅蘋果中挑出青蘋果,就必須使用色彩信息。有的時候色彩信息是沒有必要的,這時候通常把彩色圖像轉換成灰度圖像或黑白圖像。比如文字識別,通常用黑白圖像處理即可。有些圖像處理算法,只能用于灰度圖像和黑白圖像。

在不同的彩色模式間切換編輯處理圖像,可以簡化一些常見的編輯問。比如,判定兩個物體顏色是否相同,如果用RGB彩色模式,就需要分別比較R、G、B值,但是如果把圖像轉換成HSL彩色模式,那么只要比較其中的hue的值就可以了。

合理地運用黑白圖像、灰度圖像、彩色圖像以及彩色圖像的不同彩色模式,是進行圖像處理的第一步。

參考文獻

[1] 何東健.數字圖像處理[M].西安電子科技大學出版社,2003.

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【關鍵詞】計算機 圖像處理 應用

1 什么是計算機圖像處理技術

根據是否能數字化，圖像可以分為模擬圖像和數字化圖像兩大類。模擬圖像指由相機拍攝得到的圖像和由攝像機錄制而成的電視圖像等，這類圖像處理起來較快，輸出簡單，但精度不夠，靈活性也較差，因而其應用也受到一些限制。數字化圖像即模擬圖像，經專業軟件離散化后轉變而成的點陳圖像，這類圖像能被計算機辨識，精度高且處理方便。

計算機圖像處理技術，是將模擬圖像轉換成數字化圖像再運用計算機對數字圖像進行分割、壓縮、去噪、平移、旋轉、平滑、增強等操作的技術，因而也被稱為數字圖像處理。其核心就在于將圖像轉化為計算機能識別的形式，從而使計算機能夠對其進行分析處理，得到圖像所蘊含的信息。

2 計算機圖像處理技術簡介

從廣義上來說，計算機圖像處理技術就是指從圖像采集開始到圖像輸出為止的全部過程。但是在從專業的角度上來說，計算機圖像處理技術主要就是通過對已經采集到的圖像進行一些列的處理時所運用的一系列技術，而在這一系列技術中，大致可以分為三大類，分別是在前期進行預處理的技術、中期處理技術和后期處理技術。經過前面的介紹，我們也大致了解了計算機圖像處理技術，知道了這其實是一門有些復雜的學科。基于本文的基礎性和簡便性，以下將介紹去噪技術和壓縮技術：

2.1 圖像去噪技術

在計算機圖像處理技術中有一個景點的分支：這便是圖像去噪。圖像去噪是因為在圖像進行采集的過程中受到采集設備等許多硬件設備的影響，肯定會有一部分不太規則的噪聲會被帶入，這些噪聲主要包括器件本身的噪聲和光量子噪聲等，噪聲會對圖像的品質有特別大的不良影響，這些不良影響所帶來的后果會使后期處理圖像難度急劇增加，所以，我們得到圖像之后需要做的第一件事就是去噪。

2.2 圖像壓縮技術

圖像壓縮技術的本質其實就是對圖像的數據進行壓縮。僅僅就是一個電視，它的圖像產生的數據率就已經超過了十兆。在進行遠程醫療的時候，我們需要把非常多的數據盡可能快的傳輸到其他地方，在傳輸數據的同時還要盡可能保證圖像質量不能太低，這就使得人們對圖像壓縮方法就有了一定的要求，簡單說來，就是需要在盡可能多的壓縮數據的同時又盡量保真。

3 計算機圖像處理技術的應用

3.1 工業生產方面的應用

工業方面，圖像處理技術的一個重要應用就是對生產線上的產品和部件進行無損檢測，其中，質量檢測又是其主要內容，這廣泛應用在印刷行業。比如說，在對印刷品做質量好壞的檢驗時使用圖像配準技術可以很有效的進行檢測。同時，在很多的工業部門上使用CAD軟件從而使技術員在開發、設計新產品的時候可以更加便捷和準確。

3.2 農業生產方面的應用

計算機圖像處理技術已經在農業上取得了廣泛且有效的使用。其中，最重要的應用之一就是對農產品的質量進行檢測，使用計算機圖像處理技術可以方便、快捷、準確得到檢測結果。同時，計算機圖像處理技術還可以使得農產品的收獲變得更加的快捷和方便，現在已經有人研究并制造出采摘機器人對農產品進行采摘。而采摘機器人的核心就是將果實或其他農產品進行識別和定位并通過圖像處理技術轉化為一系列參數，使得機械手臂可以順利的采摘。

3.3 生物醫學領域的應用

圖像處理技術已經在生物醫學領域使用得非常多。它可以使許多臨床手術能夠直觀、無創、準確的進行，受到了許多人的喜愛。計算機圖像處理技術是在上個世紀70年代的時候開始在醫學上取得的突破，在70年代初期的時候，X射線和CT技術在臨床上開始運用并取得良好的效果。圖像處理技術逐步發展到現在，有越來越多的新技術和新設備應用在了臨床上，如：超聲波圖像、X光圖像、核磁共振圖像、同位素圖像以及顯微圖像等等。這些圖像技術能夠使得醫生了解病人身體內部的情況，更加準確的找到病因從而對癥下藥。

3.4 在遙感通信領域的應用

計算機圖像處理技術在遙感通信等領域的作用是不可替代的。在航空航天技術方面，航空遙感技術和衛星遙感技術都必須利用計算機圖像處理技術來進行一系列的處理和加工，從而保障航空航天技術可以順利的發展。遙感技術迅速發展的同時，在農業、林業、畜牧業、副業以及氣象預測，環境監控和軍事等部門都運用了許多波段的遙感圖像且取得了很重要的作用。然而，在這些方面的遙感圖像通常都有大量的數據，這使人工處理圖像的效率完全跟不上它的需要，所以，尋求自動分析圖像的方法則成為了遙感技術發展最重要的方面之一；在通信領域方面，計算機圖像處理技術的主要作用是盡可能在進行視頻通話、電視會議和用網絡傳輸圖像時，壓縮數據并保證圖像不失真。

4 結語

快速、準確是計算機圖像處理技術的優點，這使其在眾多領域都發揮著重要作用。相信在不久的將來，計算機圖像處理技術會飛速的發展并愈加完善，將應用于人們生活的各個方面發揮其最佳作用。

參考文獻

[1]王倫，韓卿.計算機圖像處理技術在紙頁Z向結構分析中的應用研究[J].中華紙業，2010（12）.

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眼睛的出現，是生物進化的一。它如此復雜且迷人，但起初只是一些感光細胞的聚集，隨著進化，這些感光細胞聯合、壯大，越發特異、復雜，進而可以感知、辨識周圍的環境。通過視覺獲得的海量信息的涌入，大腦變得更加聰明。在Imagination的CEO Hossein Yassaie看來，類似的發展進程正在移動設備上發生，處理圖形能力日趨強大，將催生更加智能的手機。

C：移動設備處理視覺/圖像領域的焦點有哪些？

Y：目前這一領域有4個主要的關注點。第一，手機本身的功耗已經非常大了，在不斷增加圖形處理性能的同時，如何不提高或很少提高功耗？提高效率將是移動設備上非常重大的問題。第二，用手機的GPU（圖形處理器）來實現超出圖形處理本身的功能，比如實現類似神經網絡視覺的計算機視覺。第三，移動設備多次或從不同角度拍攝同一個場景，然后利用GPU提高圖片質量或者展現出不同的視覺景象，這也就是所謂的計算攝影。第四，未來的圖形處理會更接近硬件，比如蘋果最近推出的了一個編程接口，使得游戲開發者更有效控制硬件和編程，給用戶更好的體驗。這些都是正在發生的，但消費者可能需要三四年才能真正看到這些趨勢帶來的全面的好處。

C：可不可以做這樣一個判斷，未來移動設備將會越來越依賴圖形處理技術？

Y：圖形處理在移動設備中將發揮越來越重要的作用，因為GPU擅長浮點計算（圖形圖像處理），這意味著在處理圖形時，基本上可以不用CPU，整個都運行在GPU上。實際上今天就有超級計算機和高性能計算機在使用GPU上的神經網絡，只不過還沒應用在手機上。未來這個功能會更為常見和普通。

C：未來移動設備上圖形處理將會達到一個什么樣的程度？

Y：高端設備的性能上升，價格下降。圖形處理在可穿戴設備逐步得以使用；還有就是軟件更加接近硬件。3年后，我們會看到移動端的光線追蹤技術。這一技術將在屏幕上實現如同電影一般的虛擬圖像。這一技術分為兩種，一種是完全場景的光線追蹤，剛開始可能在高端市場、游戲手柄中應用；第二種是光線追蹤技術和現有圖形能力結合，比如30%的光線追蹤，70%用既有的圖形，這樣就能在手機上產生非常先進的視覺表現，比如整個陰影的制作。此外，再過幾年，人類將抵達硅晶芯片的極限，一些比現有制程還要精密還要小的產品將會產生，促使圖形處理方面有新的產品出現。雖然我們稱現在的手機為智能手機，但它們并非真正的智能。未來5年，圖形處理領域的進展，將會促進手機就能夠理解使用者想要做什么，從而預測下一步行動，提供幫助。利用其神經網絡的計算能力真正為使用者提供智力服務。

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演示機型：華為MateBook X 系統版本：win10 rtx2060ultra的意思是增強版的RTX2060顯卡。RTX 2060 Ultra采用全尺寸PCB，焊點圓潤飽滿，還采用了超量鍍銀技術，能進一步加強穩定性。散熱器配備了三條8mm粗熱管，熱管與鰭片之間采用了接觸更為緊密的的回流焊工藝，進一步加強導熱效能。

顯卡：

是個人計算機基礎的組成部分之一，將計算機系統需要的顯示信息進行轉換驅動顯示器，并向顯示器提供逐行或隔行掃描信號，控制顯示器的正確顯示，是連接顯示器和個人計算機主板的重要組件，是人機的重要設備之一，其內置的并行計算能力現階段也用于深度學習等運算。配置較高的計算機，都包含顯卡計算核心。在科學計算中，顯卡被稱為顯示加速卡。顯示芯片是顯卡的主要處理單元，因此又稱為圖形處理器，GPU是NVIDIA公司在GeForce 256圖形處理芯片時首先提出的概念。

（來源：文章屋網 ）

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【關鍵詞】計算機圖形學 實踐教學 應用型教育 數字媒體技術專業

【基金項目】基于CDIO的數字媒體技術專業卓越型人才培養模式的構建與實踐（2012jyxm358）。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）08-0152-02

1.引言

計算機圖形學是數字媒體技術專業一門重要的核心專業課，它在虛擬現實、計算機輔助設計與制造（CAD/CAE）、科學計算可視化、計算機動畫、地理信息系統（GIS）、計算機游戲、、影視廣告計算機仿真等領域均有廣泛應用，該課程也是新一輪專業教學改革中計算機科學方向的16門主干核心課程之一。該課程一方面內容十分豐富，涵蓋了計算機圖形學表示、生成、顯示和處理圖形的基本原理與方法，另一方面理論性強、難度大，以計算機程序設計技術為基礎，與數學、物理學等學科結合緊密，對數學、物理學的要求較高，如何教好、學好這門課程無論對教師還是學生都是一個挑戰[1]。

數字媒體技術專業是一個以計算機程序設計技術為主，藝術設計為輔，技術與藝術相結合，涉及多種學科交叉的新興專業。我校數字媒體技術專業依托文學院、美術學院，以游戲開發為主線，設置技術與藝術相結合的人才培養課程體系，探索培養復合型（面向應用的理論型）數字媒體技術人才的新模式。為了培養社會急需的高素質數字媒體技術人才，我國高等院校紛紛開設了數字媒體技術專業，竭力在人文藝術素質提高的同時，加強學生面向網絡、新型數字媒體技術的研究與開發能力[2]。

在高校計算機教學改革的推動下，在我校大學生的培養模式下，數字媒體技術專業的課程是本著厚基礎、重實踐、求創新的總體原則設置的。計算機圖形學作為一門專業基礎課，是該專業課程體系中占有重要位置的一門課。因此，如何結合當前教學改革的要求，圍繞該課程的教學目標，上好這門課是值得深入思考和研究的，本文圍繞我校數字媒體技術專業計算機圖形學的教學目標，探討了幾點計算機圖形學的具體教學措施，應用于我校該專業的計算機圖形學教學實踐中，取得較好效果。

2.專業特點與課程教學目標

數字媒體技術專業是旨在培養具有良好科學素養和創新精神，具備信息傳播理論、數字媒體和設計管理能力的復合型高級應用型專門人才。本專業的畢業生能從事數字媒體開發、音視頻數字化、網頁設計與網站維護、多媒體設計制作、數字媒體管理等工作。主干課程有：數字媒體技術概論、計算機科學與技術、藝術學、通信工程、C++語言程序設計、JAVA語言程序設計、計算機圖形學、數據結構、數據庫原理及應用、 數字圖像處理、網頁設計與制作、流媒體技術、OpenGL編程與應用、游戲開發等。該專業以基礎教育為根本，創新應用為提高，主要通過開設全面的專業基礎課和應用提高型選修課來實現這一專業特點。

計算機圖形學設在數字媒體技術專業大二下學期講授，將重點介紹計算機圖形學的基本概念、方法與算法，主要由五部分組成：第一部分是計算機圖形學的歷史、應用、發展和前沿；第二部分是二維圖形處理技術，包括基本圖元的生成、填充、裁剪、觀察與變換以及反走樣；第三部分是三維圖形處理技術，包括三維圖形的投影、表示、消隱和真實感顯示；第四部分是曲線曲面，掌握經典的Bezier曲線/曲面、B樣條曲線/曲面、NURBS曲線/曲面的概念及生成算法；第五部分是與人機交互相結合，介紹常規交互的基礎上，了解最新的自然人機交互知識。本課程的教學目標是使學生掌握計算機圖形學的基本原理和基本方法，了解其發展方向及前沿成果，為今后從事計算機輔助設計和制造、計算機圖形處理，如虛擬現實、動漫設計、游戲開發等方面的工作打下良好的基礎。

3.具體教學措施

在計算機圖形學的課程教學中，對枯燥難懂的理論，教師應力求講解清楚，圖文并茂，著重加強對學生上機實踐的計劃安排與現場指導，以達到良好的教學效果。主要采用以下教學措施，來激勵和促進學生對計算機圖形學的學習。

（1）“問題驅動式”教學

現代教育思想強調以培養學生發現、分析、解決問題的能力為主要目的，首先發現問題，這是認識和解決問題的起點，所以“問題驅動式”教學是許多現代教育家所提倡、推崇的教學方法，“問題驅動式”教學法的正確使用對于提高學生的素質，強化學生學習興趣，調動學生主觀能動性，培養學生創新能力有積極作用，在教學過程中，我們自始至終都圍繞問題而展開教學活動，激勵學生自覺思考、主動探索，引導學生不斷發現問題、提出問題、分析問題并最終解決問題，培養了學生的創造性思維。在專業教學中遵循這一自然規律，通過不斷的提出與教學內容相關的問題，引導學生的課程學習，再通過課程實際算法的講授，解決每個教學內容之初提出的問題，不僅有利于同學對基礎知識的掌握，而且培養了學生針對實際問題的計算思維。

例如，在三維圖形處理技術部分內容的講授之初，提出“真實感茶杯的繪制”問題，該問題以前面所學的二維圖形處理技術為基礎，涉及茶杯三維模型的建立、投影變換、消隱技術以及真實感顯示等內容，圍繞該簡單易實現的實例來講解該部分內容，將打消學生的畏難情緒，提起學習興趣，學生實現后又能增強自信心。

圖1 學生實現的茶杯效果圖

（2）真實題目的實踐教學

充分利用計算機與信息學院的實驗資源，采用課間實驗和集中實驗相結合的方式進行實驗安排，其中課間實驗和相應課程同步進行，集中實驗一般在相應課程結束后集中進行，以綜合性、設計型為主，旨在鍛煉綜合運用知識，解決實際問題的能力。在學院的帶領下，不斷加強數字媒體技術實驗室的建設，培養學生動手操作能力。提出切合學生知識水平的實際題目，結合課程知識進行實踐教學。

另外，通過校內、校外實踐環節相結合的方式培養和發展學生創新和實踐動手能力。在實踐教學中，加強工程實踐、課程設計、畢業設計等環節中的工程訓練，帶領學生到相關企業、研究所和高校參觀學習，使學生初步接觸實際工程，從宏觀上理解數字媒體技術專業的架構和發展方向。積極鼓勵和指導學生參加校級、省級、國家級各類學科競賽，如數學建模、電子設計、工業設計、挑戰杯和信息技術技能等大賽，鼓勵學有余力的學生根據學校合作企業的需求參加業余科研活動。

例如，結合校企合作項目，在課程實踐上設置三維游戲場景、角色設計、游戲綜合創作等圍繞游戲開發的綜合性實踐。應用圖形學的基本圖元生成算法、掃描線填充算法、種子填充算法、坐標變換等創建模型，并利用程序設計語言設計小型動畫作品，如蝴蝶花間飛舞、茶葉沉降動畫等。

圖2 學生設計作品抓圖

（3）培養興趣的前沿技術介紹

興趣是學習的原動力，因此應充分利用該專業豐富多彩的多媒體作品激發學生的學習和創作興趣，鼓勵學生動手實踐。運用啟發式、討論式等先進的教學方法提高學生獨立思考和綜合分析問題的能力，給學生方法論、發散思維、多維思想等啟迪，給學生開設本學科前沿知識講座，開闊學生的視野，培養學生的科學素養，培養學生的學習興趣，并注重學生應用技能的培養和提高，在應用中反思基本的原理和知識。

例如，最新的數字電影和視頻展示、新穎的平面廣告設計、先進的工業品造型設計、環境藝術設計及建筑表現，Kinect在虛擬現實中的應用，交互感知技術發展，AR增強現實技術等。

4.結語

總之，計算機圖形學作為一門基本的理論算法類課程，在教學中不能過多地強調理論問題，而應結合其在數字媒體技術中的應用來講，明確計算機圖形學的教學目的是與后面的游戲引擎相結合，在內容的取舍上側重OpenGL的應用，結合實際問題，在實際應用中激發學生學習興趣，以“問題驅動式”教學方法，促進學生的基礎知識學習，面向項目的案例教學模式，開展綜合性實踐教學，為優秀學生提供發展平臺。在教學過程中，不斷收集整理學生作品，作為課程實例進行展示和講解，提高學生的自我認同感和自信心；以學生作品或課程素材形式放在課程網站上，為打造有專業特色的計算機圖形學課程服務，在原有教學基礎上針對性地提高。

參考文獻：

[1]杭后俊. 計算機專業計算機圖形學教學實踐探討[J]. 計算機教育，2012（17）：76―79.

[2]葉福軍，潘瑞芳，張帆. 復合型數字媒體技術專業人才培養探討[J]. 新聞界，2009（4）：126―127轉125.

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關鍵詞：計算機圖形系統；功能；應用

中圖分類號：F49文獻標識碼：A

由于計算機圖形系統的廣闊應用領域和前景，使得我們不得不花更多精力和時間來研究這門技術。本文簡單介紹了計算機圖形系統的概念和發展概況，重點論述了計算機圖形系統的功能與應用問題。希望與相關學科的學者、專家共同探討。

一、計算機圖形系統概述

1、概念。計算機圖形系統是基于計算機技術的應用系統，由軟件系統、硬件系統和人員組成。其中，軟件是計算機圖形系統的核心，硬件系統為軟件正常運行提供了基礎保障和運行平臺；計算機圖形系統是一個輔助工具，系統的運行離不開系統使用人員及其智力活動。

2、歷史發展。上世紀五十年代，第一臺具有指揮和控制功能的CRT（陰極射線管）顯示器誕生，利用該顯示器，使用者可以用光筆進行簡單的圖形交互操作，這標志著交互式計算機圖形處理技術的誕生。六十年代是交互式計算機圖形學發展的重要時期。1962年MIT林肯實驗室的Ivan E.Sutherland在其博士論文中，首次提出了“計算機圖形學”這個術語，他開發的Sketchpad圖形軟件包可以實現在計算機屏幕上進行圖形顯示與修改的交互操作。在此基礎上，美國的一些大公司和實驗室開展了對計算機圖形學的大規模研究。七十年代，交互式計算機圖形處理技術日趨成熟，計算機繪圖技術也得到了廣泛的應用，基于電視技術的光柵掃描顯示器的出現，這些都極大地推動了計算機圖形學的發展。再之后，有關的圖形標準被相繼推出，如計算機圖形接口、圖形核心系統、程序員層次交互式圖形系統，以及初始圖形交換規范、產品模型數據轉換標準等。

二、計算機圖形系統的功能

隨著計算機硬件功能的不斷提高、系統軟件的不斷完善，計算機繪圖已廣泛應用于各個相關領域，并發揮愈來愈大的作用。計算機圖形系統功能強大，主要有計算功能、存儲功能、輸入功能、輸出功能和交互功能等。

1、計算功能。計算機圖形系統的計算功能包括形的描述、分析和設計；圖形的平移、旋轉、投影、透視等幾何變換；曲線、曲面的生成；圖形之間相互關系的檢測等。

2、存儲功能。在計算機圖形系統中圖形數據庫可以存放各種圖形的幾何數據及圖形之間的相互關系，并可以快捷便利地實現對圖形的編輯、刪除、增加、修改等操作。

3、輸出功能和輸入功能。在計算機圖形系統中圖形數據經過計算后可在顯示器上顯示當前的狀態，經過圖形編輯后的結果，同時還能通過繪圖儀、打印機、一體機等設備實現輸出，以便長期保存。

4、交互功能。設計人員可通過顯示器或其他人機交互設備直接進行人機通信，對計算結果和圖形利用定位，拾取等手段進行修改，同時對設計者或操作員輸入的錯誤給以必要的提示和幫助。

5、算法生成。計算機圖形系統所涉及的算法是非常豐富的，圍繞著生成、表示物體的圖形、圖像的準確性、真實性和實時性，其算法大致可分為以下幾類：基于圖形設備的基本圖形元素的生成算法；基本圖形元素的幾何變換、投影變換、窗口裁剪等算法；山、水、花、草、煙云等模糊景物的生成算法；三維或高維數據場的可視化算法；虛擬現實環境的生成及其控制算法。

三、計算機圖形系統的應用

隨著計算機技術的快速發展以及計算機圖形系統的不斷更新和圖形軟件功能的不斷擴充，使得計算機圖形系統中計算機硬件功能的不斷增強和系統軟件不斷完善，計算機圖形系統在近年得到了愈來愈廣泛的應用。目前，主要的應用領域有：用戶接口；計算機輔助設計與制造；科學、技術及事務管理中的交互繪圖；繪制勘探，測量圖形；過程控制及系統環境模擬；電子印刷及辦公室自動化；藝術模擬；科學計算的可視化；工業模擬，一個十分大的應用領域，包含對各種機構的運動模擬和靜，動態裝配模擬，在產品和工程的設計、數控加工等領域迫切需要；計算機輔助教學，計算機圖形系統已廣泛應用于計算機輔助教學系統中，通過它可以使教學過程更加形象、直觀、生動，可以極大地提高學生的學習興趣和教學效果。

計算機圖形系統的應用領域還有許多其他的領域，追溯計算機圖形系統的起源，計算機圖形系統技術自開始出現起就與動畫制作、影視廣告、造船、汽車制造、電子、機械、土建工程、園藝建筑、地理信息、輕紡化工等各個領域和行業緊密結合。

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這一切都對顯卡提出了更高的要求，于是，新一代顯卡開始有了自己的“心臟”――GPU(GraphicProcessing Unit)圖形處理芯片。GPU對于顯卡來說就相當于CPu在電腦中的作用，它是能夠從硬件上支持T&L(Transform and Lighting，也可以稱為“幾何處理”，是3D渲染中的一個重要部分，其作用是計算多邊形的3D位置和處理動態光線效果)的顯示芯片，同時也是2D顯示卡和3D顯示卡的區別依據。

2D時代，很多顯示運算都需要由CPU來完成，人們一般稱之為“軟加速”。不過由于CPU任務繁多，除了顯示之外，還要做內存管理、輸入響應等非3D圖形處理工作，因此在實際運算的時候性能會大打折扣，常常出現顯卡等待CPU數據的情況，其運算速度遠跟不上今天復雜3D游戲的要求。即使CPU的工作頻率超過1GHz或更高，對它的幫助也不大，這是由于PC本身設計造成的問題，與CPU的速度無太大關系。而具有GPU的3D顯示芯片是將三維圖像和特效處理功能集中在顯示芯片內，實現所謂的“硬件加速”功能，從而從根本上解決圖形運算的問題。

不過，顯示技術的發展并不會止步于GPU。英特爾高級副總裁帕特?基辛格在主題演講中就提到在下一代視覺計算中，顯卡產業已走到了盡頭，取而代之的是可編程的顯示計算通用架構芯片。視覺計算是一個將前沿技術、科學以及藝術融為一體的神奇領域。視覺計算的強大功能同時又使其成為一種創造工具，以及用于娛樂、探索和通信的平臺。視覺計算技術突飛猛進的發展正在改變著全球各行各業，這些行業涵蓋了游戲、電影、汽車、廣告以及醫藥。

對于英特爾的這一說法，顯卡界霸主英偉達(nVIDIA)并不認同，兩者之間也就CPU和GPU究竟誰更強甚至誰取代誰進行了一場口水大戰。

實際上，因為設計的目標不同，當今的CPU和GPU功能上有本質的不同。作為通用處理器的CPU，顧名思義，它是負責通用任務的處理、加工、運算以及系統核心控制等等的。GPU設計的宗旨是實現圖形加速，現在最主要的是實現3D圖形加速，因此它的設計基本上是為3D圖形加速的相關運算來優化的，今天GPU在計算機系統的作用已經從以前不顯眼的角色上升到比較重要的位置，但主要還是輔助和分擔CPU來執行3D圖形加速方面的大量計算。

因此，雖然CPU和GPU都是具有運算能力的芯片，但CPU更像“通才”――指令運算(執行)為重+數值運算，GPU更像“專才”――圖形類數值計算為核心。CPU擅長的是操作系統、系統軟件、應用程序、通用計算、系統控制等等；游戲中人工智能、物理模擬等等；3D建模一光線追蹤渲染；虛擬化技術――抽象硬件，同時運行多個操作系統或者一個操作系統的多個副本等等。GPU擅長的是圖形類矩陣運算，非圖形類并行數值計算以及高端3D游戲。

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關鍵詞：CAD技術；CAD功能；處理技巧

當今社會CAD技術日漸廣泛的應用，早已深入到各行各業的方方面面，它不僅僅再局限于實現紙質繪圖的無紙化，更多的為工程包括信息技術提供技術支持和智力保障，帶給決策者更加直觀的感受和更全面的信息支撐。計算機輔助設計技術水平的高低，已經用來標定一個企業乃至一個國家的技術水平。本文主要從CAD的基本概述和在實際工作中經常能用到的幾個使用技巧進行敘述。

一、 CAD技術概述

1、CAD的產生與發展

CAD全稱是Computer Aided Design，即計算機輔助設計。隨著計算機技術的高速發展，它帶來了前所未有的強大圖形處理功能和高效率的計算運行能力，繪圖工作者在對產品和設計進行分析的時候，可以使用依托這一背景的CAD系統，創造出令人訝異的技術成果。上世紀50年代，CAD技術誕生了，開始階段它處于被動的圖形處理時期，60年代業界提出了混合了計算機圖形學、數據結構等新思想的學術理論，終于70年代第一個完整的CAD系統誕生了，緊接著在80年代進入了飛速發展階段，一直蓬勃發展到了今天?，F在的CAD系統具有良好地共享性和實用性，圖形接口和功能日趨標準化，在各行各業形成了統一，在這個趨勢下，我們可以跨領域的綜合結合運用各項技術，例如圖形處理、圖像分析、語言等多媒體技術，以及人工智能、專家系統等技術，從而提高了工作效率，降低了人工成本，并產生了新學科。

2、CAD的功能

現在普遍認為完善的系統具有更強的功能，一個完整的CAD系統包括：

（1） 圖形處理能力，如二維、三維空間模型，圖形的仿真模擬和圖形輸入輸出等；

（2） 計算和分析能力，如完成：可靠性分析、有限元分析、動態分析和設計包括產品常規設計、優化設計，以及數字仿真模擬等；

（3） 數據管理與交換功能，在不同的系統中，由于有了統一的接口，數據庫實現了統一管理和數據交換；

（4） 其他功能，這部分主要與其他領域進行結合，如進行軟件的編程進行軟件設計，完成文字處理制作文檔制作等。

二、CAD常用技巧

初步了解CAD的基本概念之后，我們來談談技巧的提高。在廣大的從業者面前，現實的問題不是如何操作AutoCAD，經過在校學習，大部分專業的學生已經學會CAD軟件的基本應用，然而在實際的項目操作中，往往又覺得無從下手，簡單的繪圖知識的背后除了專業知識的缺乏，技能技巧方面也顯示出不足。那么如何能快速的提高CAD的技能成為擺在眼前的重要課題。

在此介紹幾個在制圖中常常遇見但不知道如何解決的問題，這里常使用的幾個技巧。

1、如何減少文件大小

在成圖后，往往會發現文件過大，不利于傳輸和攜帶，如何去除沒有實體的圖層、無用的塊、沒有未用的線型、字體、尺寸樣式等多余的數據呢？這時清理命令PURGE將極大的幫助我們去清理掉多余的數據。一般來說，徹底清理需要使用PURGE二至三次。

2、如何修改塊？

在繪圖中，這個問題我們經常會遇到，最常見到的辦法就是就將其炸開，改完后再合并，重定義成塊，其實，在操作中我們可以使用修改塊命令：REFEDIT。按照提示，進行修改，然后使用命令：REFCLOSE，確定保存即可。

3、DWG文件破壞了怎么辦？

點擊“文件-繪圖實用程序-修復”，選中要修復的文件，當然也可以使用recover命令，在使用該方法時，如果有設自動保存，在某些情況下，比如停電后，電腦有UPS的情況，建議馬上手動備份，否則可能出現無法恢復的情況。

4、如何打出平方？

這個問題在圖紙的文字部分時常能見到，使用文字命令，輸入數字67 2，在2前面輸入SHIFT+6，然后按B/A 鍵，此時2為下標；在2后面輸入SHIFT+6，然后按B/A 鍵，此時2為上標即平方。

5、如何在CAD中插入EXCEL表格？

在制圖過程中，我們經常會使用這個功能，如何操作呢？首先復制表格中的內容，然后在CAD中點擊編輯命令EDIT，然后點擊選擇性粘貼PASTE SPECIAL，接著AutoCAD圖元按確定，然后選擇插入點后炸開，這樣就完成了整個過程。

6、如何修改CAD背景顏色？

這個問題可以說是一個會者不難、難者不會的典型，但是在實際操作中，往往我們發現不少人對此存在疑惑。點擊“工具-選項-顯示-顏色”，然后在下拉菜單中選擇所需要的顏色，如白色通?？梢詰迷谄撩娼貓D，也可以根據需要選擇其他的顏色。在這個顏色功能中，不僅僅可以更改背景色，還可以根據實際需要更改十字光標等的顏色。

7、如何在Word文檔中插入CAD圖形？

Word背景顏色為白色，與CAD是不同的，使用我們上一條中所描述的方法，可以進行背景色的修改。完成這一步之后我們首先要復制CAD的圖形到剪貼板上，再在Word文檔中進行粘貼。這里可能會出現一個問題，CAD的圖形完成插入Word文檔以后，往往文檔中空邊過大，此時我們可以使用裁剪功能進行修正，裁剪功能在Word的圖片工具欄上找到。這樣我們就完成了插入工作。

8、如何處理線寬比例的問題？

在繪圖中，線寬往往也成為困擾繪圖者的問題之一。多義線線寬是相對線寬，而LineWeight線寬是絕對線寬，也就是說，多義線線寬則隨打印尺寸比例大小變化而變化，而LineWeight線寬并不會隨著打印尺寸比例大小變化而變化，因而多義線線寬則會隨著縮放比例改變而改變，而LineWeight線寬都不變不會隨著縮放比例的改變而改變。

結語：

要提高CAD的操作技巧，最重要的一步是熟練使用軟件中的各項快捷命令，僅靠使用圖標是無法加快畫圖速度的，最好的辦法是與實際相結合，從臨摹別人的作品開始，反復練習，加強整體規劃和局部思維設計，養成良好地繪圖習慣，同時學會變通，不斷總結和學習更多的技巧，舉一反三，最終達到理想的業務水平。（作者單位：江蘇省南京市公路管理處公路科學研究所）

參考文獻

[1]儲偉俊，工程機械CAD應用技術（工程機械系列教材），2008。

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1計算機技術

在當前智能技術發展過程中，智能信息管理也離不開計算機技術的應用，計算機技術可以有效的對信息進行處理、分析、集成，以及保證其安全。信息的采集和處理包含有智能電子設備、精確的數據、資源的共享、數據實時采集系統以及分布式的數據采集和處理等等；這些技術均是實施圖形圖像設計的重要技術。

2計算機技術在圖形圖像設計中的應用

2.1計算機技術和3D動畫制作設計

現代技術的發展，在動畫片制作中出現的越來越明顯，其三維動畫的呈現，在很大程度上都促進了這方面程序的開發。我們可以說在這一方面的應用中，人們通過數碼技術可以很輕松的將產業內的圖像信息進行設計統計。在進行計算機技術上的圖形設計中，利用不同質感的圖像進行鮮明的對比，或者利用皮影三維效果來實現計算機軟件在這方面的應用，這對于整體的結構劃分上，都能夠進行場景上的完整設計，對于整體的結構來說，都能夠很好的促進其發展。而這種動畫技術，在電子演示和道路橋梁等方面的場景設計中，也被廣泛的應用起來，對于現代化的建設歷程提供了很好的幫助，有助于提高道路橋梁設計準確性。

2.2計算機技術和園林景觀圖形圖像設計

信息技術的圖形處理，在我國的園林景觀應用，極大的促進了現代園林景觀的虛擬設計，進而通過現實的籌建，從而實現設計上的真實體現，對于整體的結構演示上，都能夠極大的提供良好的表現能力，這樣減少了很多的不必要浪費。在進行計算機圖形軟件的虛擬設計中，通過對虛擬現實的表現場景進行設計，對于我們整個園林景觀的設計方面，都有很好的促進。在專業的園林設計軟件中，通過縷空貼圖來進行景觀的動態瀏覽進行三維動畫上的實現，這樣就可以通過動畫系統來從不同的角度進行園林的觀察。在園林的景觀設計中，通過三維設計，進行植物的模型覆蓋，或高效立體建筑的結構拼湊，這樣能夠很好的體現其中的結構劃分，在層次的分理上，也能夠更逼真的將全景畫面呈現出來。

2.3計算機技術和電視廣告、影視動畫設計

圖像設計技術對于現代廣告、影視傳媒工作方面，也有著極大的促進作用。圖像設計技術對于銷售商品目的上整體的信息反饋，都有極大的促進。通過三維立體的結構效果，人們能更好的欣賞到其中表達的信息，對于動畫的運行，能夠喚起人們對商品或那種深層次的精神體驗。在在刺激消費方面，則通過這些廣告和影視動畫來表達一種對精神層次上的一種需求，在表現實拍過程中的完整畫面效應上，則能夠進行兩者之間的創意提升，對于整體的視覺圖像效果上，都能夠提供較好的常識性的信息交流。在信息處理上，通過數字的展示手段充分利用視覺上的效果，建立一種在虛擬信息之上的世界溝通形式，對于現在影視動畫效果上的研究上，能夠更好的順應計算機的圖像處理上來，而在進行技術上的處理中，則主要通過進行動畫上的流程制作來完成現代效益上的設計，這樣能夠更大幅度的提高生產效益上的提高，而同時伴隨著處理上的簡化，對于那些動畫愛好者來說，通過手動制作自己喜愛的動畫，在另外一種層次上，也能夠更好的順應其發展。

2.4計算機技術和模擬動畫設計

設計模擬動畫的過程中，通過對動畫進行現實意義上的生產，能夠適應各種情境下的動畫表演。同時這種形式對于電力生產的輸出結構，能夠更好的順應圖像中變化的設計。在電力生產系統中，我們通過對化學反應的動作演練，能夠十分清晰的讓人們看到其中的精細問題，對于視覺上的效果，能夠更好的表現出其中的現實感。在現階段的模擬設計中，我們針對房地產的樓盤展示，以及相應的企業單位對自己產品的展示，能夠通過虛擬的結構來進行簡單直接的結石，讓人能夠一目了然，從各個領域上理解其中所要表達含義。而這種動畫的制作，則主要是通過靜態圖片和虛擬現實技術的實現，對于技術的應用，實現了價值上的體現。

2.5計算機技術和木材加工設計

在我國，木材加工作為最主要的產業之一，在使用先進的計算機圖像處理技術的同時，利用有效的木材加工技術，在實現精確化采集原木的輪廓數據中，對于實現旋轉切木加工技術上，都能夠更好的優化工藝技術的實施。而這種先進的技術理念，對于傳統的加工工藝，能夠更為有效的提高其生產的工藝水準。在進行計算圖像的程序研究中，從不同的角度和長度計算，進行面積上的計算，在實現自動化的過程中，更好的實現旋切以及原木的檢測，對于科學實用上，能夠更好的完成出件率。

2.6計算機技術和產品演示設計

在展銷上，人們可以通過產品的展示效果來對產品進行直觀上的理解，對于整體的產品傾向能夠較為精確的獲得認知。而在計算機的圖形處理技術應用中，我們通過產品的巖石以及應用，來進行產品的器械研究，通過動畫能夠更為清晰的了解到這些電子產品或檢測儀器在實際應用中的功能。在現代的三維動畫技術的展現中，我們通過這些立體影像來獲得產品的信息，對于整體的結構把握上，也能夠更好的獲得其中集合模型的認知。在針對產品的演示中，我們通過體型的模擬，可以展現產品的藝術含義，對于那些模型，也能夠更好的把握其中的利用價值。

3結語