前言：我們精心挑選了數篇優質計算機圖形學論文文章，供您閱讀參考。期待這些文章能為您帶來啟發，助您在寫作的道路上更上一層樓。

第1篇

關鍵詞：圖形學；發展；應用

一、計算機圖形學的發展

計算機圖形學是利用計算機研究圖形的表示、生成、處理，顯示的科學。經過30多年的發展，計算機圖形學已成為計算機科學中最為活躍的分支之一，并得到廣泛的應用。1950年，第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學院（MIT）旋風一號——（Whirlwind）計算機的附件誕生．該顯示器用一個類似示波器的陰極射線管（CRT）來顯示一些簡單的圖形。在整個50年代，只有電子管計算機，用機器語言編程，主要應用于科學計算，為這些計算機配置的圖形設備僅具有輸出功能。計算機圖形學處于準備和醞釀時期，并稱之為：“被動式”圖形學。

二、計算機圖形學在曲面造型技術中的應用

曲面造型技術是計算機圖形學和計算機輔助幾何設計的一項重要內容，主要研究在計算機圖象系統的環境下對曲面的表示、設計、顯示和分析。它肇源機、船舶的外形放樣工藝，經三十多年發展，現在它已經形成了以Bezier和B樣條方法為代表的參數化特征設計和隱式代數曲面表示這兩類方法為主體，以插值（Intmpolation）、擬合（Fitting）、逼近（Ap-proximation）這三種手段為骨架的幾何理論體系。隨著計算機圖形顯示對于真實性、實時性和交互性要求的日益增強，隨著幾何設計對象向著多樣性、特殊性和拓撲結構復雜性靠攏的趨勢的日益明顯，隨著圖形工業和制造工業邁向一體化、集成化和網絡化步伐的日益加快，隨著激光測距掃描等三維數據采樣技術和硬件設備的日益完善，曲面造型在近幾年來得到了長足的發展。

2．1從研究領域來看，曲面造型技術已從傳統的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，擴充到曲面變形、曲面重建、曲面簡化、曲面轉換和曲面位差。

曲面變形（DeformationorShapeBlending）：傳統的非均勻有理B樣條（NURBS）曲面模型，僅允許調整控制頂點或權因子來局部改變曲面形狀，至多利用層次細化模型在曲面特定點進行直接操作；一些簡單的基于參數曲線的曲面設計方法，如掃掠法（Sweeping），蒙皮法（skinning），旋轉法和拉伸法，也僅允許調整生成曲線來改變曲面形狀。計算機動畫業和實體造型業迫切需要發展與曲面表示方式無關的變形方法或形狀調配方法，于是產生了自由變形（fFD）法，基于彈性變形或熱彈性力學等物理模型（原理）的變形法，基于求解約束的變形法，基于幾何約束的變形法等曲面變形技術和基于多面體對應關系或基于圖象形態學中Minkowski和操作的曲面形狀調配技術。

2．2從表示方法來看，以網格細分（Sub-division）為特征的離散造型與傳統的連續造型相比，大有后來居上的創新之勢。而且，這種曲面造型方法在生動逼真的特征動畫和雕塑曲面的設計加工中如魚得水，得到了高度的運用。

三、在計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）的應用

這是一個最廣泛，最活躍的應用領域。計算機輔助設計（ComputerAidedDesign，CAD）是利用計算機強有力的計算功能和高效率的圖形處理能力，輔助知識勞動者進行工程和產品的設計與分析，以達到理想的目的或取得創新成果的一種技術。它是綜合了計算機科學與工程設計方法的最新發展而形成的一門新興學科。計算機輔助設計技術的發展是與計算機軟件、硬件技術的發展和完善，與工程設計方法的革新緊密相關的。采用計算機輔助設計已是現代工程設計的迫切需要。CAD技術目前已廣泛應用于國民經濟的各個方面，其主要的應用領域有以下幾個方面。

3.1制造業中的應用。CAD技術已在制造業中廣泛應用，其中以機床、汽車、飛機、船舶、航天器等制造業應用最為廣泛、深入。眾所周知，一個產品的設計過程要經過概念設計、詳細設計、結構分析和優化、仿真模擬等幾個主要階段。同時，現代設計技術將并行工程的概念引入到整個設計過程中，在設計階段就對產品整個生命周期進行綜合考慮。當前先進的CAD應用系統已經將設計、繪圖、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一個系統內。現在較常用的軟件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD應用系統，這些系統主要運行在圖形工作站平臺上。在PC平臺上運行的CAD應用軟件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。由于各種因素，目前在二維CAD系統中Autodesk公司的AutoCAD占據了相當的市場。

3．2工程設計中的應用。CAD技術在工程領域巾的應用有以下幾個方面：①建筑設計，包括方案設計、三維造型、建筑渲染圖設計等。②結構設計，包括有限元分析、結構平面設計、框/排架結構計算和分析等。③設備設計，包括水、電、暖各種設備及管道設計。④城市規劃、城市交通設計，如城市道路、高架、輕軌等。⑤市政管線設計，如自來水、污水排放、煤氣等。⑥交通工程設計，如公路、橋梁、鐵路等。⑦水利工程設計，如大壩、水渠等。⑧其他工程設計和管理，如房地產開發及物業管理、工程概預算等。

3．3電氣和電子電路方面的應用。CAD技術最早曾用于電路原理圖和布線圖的設計工作。目前，CAD技術已擴展到印刷電路板的設計（布線及元器件布局），并在集成電路、大規模集成電路和超大規模集成電路的設計制造中大顯身手，并由此大大推動了微電子技術和計算及技術的發展。

3．4仿真模擬和動畫制作。應用CAD技術可以真實地模擬機械零件的加工處理過程、飛機起降、船舶進出港口、物體受力破壞分析、飛行訓練環境、作戰方針系統、事故現場重現等現象。在文化娛樂界已大量利用計算機造型仿真出逼真的現實世界中沒有的原始動物、外星人以及各種場景等，并將動畫和實際背景以及演員的表演天衣無縫地合在一起，在電影制作技術上大放異彩，拍制出一個個激動人心的巨片。:

3．5其他應用。CAD技術除了在上述領域中的應用外，在輕工、紡織、家電、服裝、制鞋、醫療和醫藥乃至體育方面都會用到CAD技術。CAD標準化體系進一步完善；系統智能化成為又一個技術熱點；集成化成為CAD技術發展的一大趨勢；科學計算可視化、虛擬設計、虛擬制造技術是CAD技術發展的新趨向。

第2篇

關鍵詞：圖形學；發展；應用

1計算機圖形學的發展

計算機圖形學是利用計算機研究圖形的表示、生成、處理，顯示的科學。經過30多年的發展，計算機圖形學已成為計算機科學中最為活躍的分支之一，并得到廣泛的應用。1950年，第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學院（MIT）旋風一號——（Whirlwind）計算機的附件誕生．該顯示器用一個類似示波器的陰極射線管（CRT）來顯示一些簡單的圖形。在整個50年代，只有電子管計算機，用機器語言編程，主要應用于科學計算，為這些計算機配置的圖形設備僅具有輸出功能。計算機圖形學處于準備和醞釀時期，并稱之為：“被動式”圖形學。

2計算機圖形學在曲面造型技術中的應用

曲面造型技術是計算機圖形學和計算機輔助幾何設計的一項重要內容，主要研究在計算機圖象系統的環境下對曲面的表示、設計、顯示和分析。它肇源機、船舶的外形放樣工藝，經三十多年發展，現在它已經形成了以Bezier和B樣條方法為代表的參數化特征設計和隱式代數曲面表示這兩類方法為主體，以插值（Intmpolation）、擬合（Fitting）、逼近（Ap-proximation）這三種手段為骨架的幾何理論體系。隨著計算機圖形顯示對于真實性、實時性和交互性要求的日益增強，隨著幾何設計對象向著多樣性、特殊性和拓撲結構復雜性靠攏的趨勢的日益明顯，隨著圖形工業和制造工業邁向一體化、集成化和網絡化步伐的日益加快，隨著激光測距掃描等三維數據采樣技術和硬件設備的日益完善，曲面造型在近幾年來得到了長足的發展。

2．1從研究領域來看，曲面造型技術已從傳統的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，擴充到曲面變形、曲面重建、曲面簡化、曲面轉換和曲面位差。

曲面變形（DeformationorShapeBlending）：傳統的非均勻有理B樣條（NURBS）曲面模型，僅允許調整控制頂點或權因子來局部改變曲面形狀，至多利用層次細化模型在曲面特定點進行直接操作；一些簡單的基于參數曲線的曲面設計方法，如掃掠法（Sweeping），蒙皮法（skinning），旋轉法和拉伸法，也僅允許調整生成曲線來改變曲面形狀。計算機動畫業和實體造型業迫切需要發展與曲面表示方式無關的變形方法或形狀調配方法，于是產生了自由變形（fFD）法，基于彈性變形或熱彈性力學等物理模型（原理）的變形法，基于求解約束的變形法，基于幾何約束的變形法等曲面變形技術和基于多面體對應關系或基于圖象形態學中Minkowski和操作的曲面形狀調配技術。

2．2從表示方法來看，以網格細分（Sub-division）為特征的離散造型與傳統的連續造型相比，大有后來居上的創新之勢。而且，這種曲面造型方法在生動逼真的特征動畫和雕塑曲面的設計加工中如魚得水，得到了高度的運用。

3在計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）的應用

這是一個最廣泛，最活躍的應用領域。計算機輔助設計（ComputerAidedDesign，CAD）是利用計算機強有力的計算功能和高效率的圖形處理能力，輔助知識勞動者進行工程和產品的設計與分析，以達到理想的目的或取得創新成果的一種技術。它是綜合了計算機科學與工程設計方法的最新發展而形成的一門新興學科。計算機輔助設計技術的發展是與計算機軟件、硬件技術的發展和完善，與工程設計方法的革新緊密相關的。采用計算機輔助設計已是現代工程設計的迫切需要。CAD技術目前已廣泛應用于國民經濟的各個方面，其主要的應用領域有以下幾個方面。

3.1制造業中的應用。CAD技術已在制造業中廣泛應用，其中以機床、汽車、飛機、船舶、航天器等制造業應用最為廣泛、深入。眾所周知，一個產品的設計過程要經過概念設計、詳細設計、結構分析和優化、仿真模擬等幾個主要階段。同時，現代設計技術將并行工程的概念引入到整個設計過程中，在設計階段就對產品整個生命周期進行綜合考慮。當前先進的CAD應用系統已經將設計、繪圖、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一個系統內。現在較常用的軟件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD應用系統，這些系統主要運行在圖形工作站平臺上。在PC平臺上運行的CAD應用軟件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。由于各種因素，目前在二維CAD系統中Autodesk公司的AutoCAD占據了相當的市場。

3．2工程設計中的應用。CAD技術在工程領域巾的應用有以下幾個方面：①建筑設計，包括方案設計、三維造型、建筑渲染圖設計等。②結構設計，包括有限元分析、結構平面設計、框/排架結構計算和分析等。③設備設計，包括水、電、暖各種設備及管道設計。④城市規劃、城市交通設計，如城市道路、高架、輕軌等。⑤市政管線設計，如自來水、污水排放、煤氣等。⑥交通工程設計，如公路、橋梁、鐵路等。⑦水利工程設計，如大壩、水渠等。⑧其他工程設計和管理，如房地產開發及物業管理、工程概預算等。

3．3電氣和電子電路方面的應用。CAD技術最早曾用于電路原理圖和布線圖的設計工作。目前，CAD技術已擴展到印刷電路板的設計（布線及元器件布局），并在集成電路、大規模集成電路和超大規模集成電路的設計制造中大顯身手，并由此大大推動了微電子技術和計算及技術的發展。

3．4仿真模擬和動畫制作。應用CAD技術可以真實地模擬機械零件的加工處理過程、飛機起降、船舶進出港口、物體受力破壞分析、飛行訓練環境、作戰方針系統、事故現場重現等現象。在文化娛樂界已大量利用計算機造型仿真出逼真的現實世界中沒有的原始動物、外星人以及各種場景等，并將動畫和實際背景以及演員的表演天衣無縫地合在一起，在電影制作技術上大放異彩，拍制出一個個激動人心的巨片。

3．5其他應用。CAD技術除了在上述領域中的應用外，在輕工、紡織、家電、服裝、制鞋、醫療和醫藥乃至體育方面都會用到CAD技術。CAD標準化體系進一步完善；系統智能化成為又一個技術熱點；集成化成為CAD技術發展的一大趨勢；科學計算可視化、虛擬設計、虛擬制造技術是CAD技術發展的新趨向。

第3篇

關鍵詞：圖形；計算機圖形學；幾何計算

引言

計算機圖形學是一門比較復雜也比較實用的學科，它給人們帶來了一個全新的認識世界的方式。現如今，以圖形為主要認知方式的“世界圖形時代”已經成為數字化時代的一個重要標志。因為它不需要言語文字或者一些文學的東西來表達思想，只需要借助于視覺感官加上一些自身的體會和想象就能獲得信息，因此它改變了傳統的文化方式，進而成為一種在全球都適用的聯絡方式。為了將圖形這種最簡單直接的充滿了信息量的物質進研究和描述就產生了計算機圖形學，它屬于計算機學科這的其中一部分，但它自身所具有的魅力并非其他有關學科都能擁有的。文章嘗試性的將圖形的本質進行了概括，對有關計算機圖形學所涉及到的相關重要科學問題都有一定的分析，使它具有重要的科學價值，對相關領域產生一定影響。

1 計算機圖形

計算機圖形學是通過利用圖形這種充滿信息的東西來最直觀的表達了解世界，它所研究的是客觀世界并不存在的帶有形狀和顏色信息的圖形，它一般分為圖形和圖像兩類：圖形類一般展示出來的是方式是矢量圖，通常由景觀的物理性質和環境的幾何模型來表示在計算機中，它對環境的幾何特征和圖形的各個幾何參數和屬性參數都更為看重，因為最基本的圖形單元及其包含的各類信息都會在工程圖紙上有所提到；而圖像類一般展示出來的方式是點陣圖，通常由那些有顏色特征的點組成圖形并在計算機中表示出來。那些最基礎的圖像單元都是通過點的屬性來體現，并由計算機來產生具有不同感覺的圖形等。對一幅圖形進行總體的表述就是圖元的幾何特征和屬性將，其決定一幅圖的本質，如果用打印設備打印出來，就可以對客觀世界進行描述。所以說抽象圖形簡單概括就是屬性加圖元。

2 計算機模型

計算機圖形的第一工作就是需要建模，如果沒有模型，那么圖形就像無源之水一樣，而模型就是由一些基本的集合元素（點、線、線、面等基本幾何）按不同組合方式而成。一般來講，模型主要是針對外部描述，而幾何則注重內部特性。因而在計算機圖形學中幾何一詞更能準確的把圖形的各方面本質講清楚。

3 計算機圖形繪制

把計算機中不夠具體的模型用一些人們能夠理解、比較直觀的圖形來表達清楚就是計算機圖形學里的一門重要學問，也是一項重要工作。這個工程是要求把機內的幾何三維環境變換成人們能夠直觀了解分析的圖形表達，屬于幾何模型的視覺呈現過程。它把多個學科的知識綜合利用起來，把建立起來的模型的物理特性，幾何形狀，還有各個物體的相對位置及遮擋關系都在計算機上把它們模擬出來，好比拍攝電視劇一樣，屬于幾何到畫面的再次創造。對這個過程有著很多的修飾詞，比方說圖形合成、圖像可視化、模型繪制等，渲染和顯示有時也會用到。但根據我國的使用習慣，對這個過程一般習慣把它說成是繪制，一些可見面和光照等的效果，加上某些認為痕跡的消失都可以說是有走樣所導致的。繪制將計算機圖形學真正的魅力向世人展示，它綜合的運用了美學、幾何學、物理學等知識，屬于計算機圖形學科中的專業部分。

4 計算機圖形學的定義

計算機圖形學大概能夠歸納為以下幾個內容：軟件和硬件，視圖變換，圖形變換和三維觀測等基本知識；界面管理、窗口管理，界面設計等用戶界面；視覺系統，顏色運用，幾何描述等模型定義；矢量技術，光照模型，圖像操作，圖像儲存等圖像合成；高端軟件，動畫技術，高級建模等高級技術。目前，我國對計算機圖形學的認識是，它就是利用計算機來對圖形的原理、計算方法和怎樣生成處理圖形來進行探索研究的。簡單來講計算機圖形學就等于幾何加繪制。物體在計算機中的幾何數據屬于一個靜態的概念，而用人眼的角度來繪制這些數據就屬于動態流程。

5 計算機圖形學的大體框架

計算機圖形學的大體框架有以向量和幾何變換為主的數學基礎知識；不被計算機圖形學方法構造所限制的各種二維、三維空間的幾何模型；幾何的視覺實現過程繪制；還有就是用于圖形通訊的交互式圖形學交互技術。

6 計算機圖形學中的幾何

（1）有關模型的建立和計算處理都會用到幾何。現在計算機圖形學的發展趨勢是不僅要求能把物體的外觀生成出來，還得有更好的物體建模技術。因為要把物體的三維幾何特征隨著時間的變化都能描述出來也并非那么輕而易舉，要想把物體最為真實的一面展示出來，所用到的圖形工具也將會變得更為復雜，現在繪制工作已不是那么困難，工作重心已經轉移到計算機圖形學的幾何建模上去了。（2）導致幾何造型系統不夠穩定的主要原因就是幾何奇異，要想解決因為幾何奇異造成的影響，就得將幾何計算的主要點給把握好，重新探索出一套能夠解決問題的、簡單、方便、有效和體系化的理論體系。從計算機圖形學的本質著手，解決幾何奇異的一個有效方法就是對幾何引入方向性概念。以此建立一個在方向性概念上的幾何算法和復雜性分析的理論體系，它的主要觀點有：a.把計算機的表現形式進行統一幾何；b.建立輔助幾何屬性來解釋幾何設置屬性；c.仔細探究復雜性的理論；d.引入“交點特征”的新概念。（3）精確表示的邊界模型中的邊界元素和某些幾何元素是互相對相應的，在目前的一些幾何造型系統中。它們可以形成直線、曲線等各種幾何圖形，使得它們有著非常復雜的求交情況。當一般用到20多種元素時，它的求交函數將是這些元素的十幾倍。如果在三維領域中，將會有更為復雜的幾何問題。而有些像隱藏面、線的消除和一些用來提升圖形效果的看似繪制的內容，其實從根本上來說，依然是幾何計算的問題。幾何計算主要是在時間和光線跟蹤上有一些消耗，加上景色和光線的交點等各個光入射、折射線之間的計算。

7 結束語

計算機圖形學主要是針對把客觀事物在計算機當中通過建模的方式進行描述和處理，和將在計算機當中建立好的抽象模型用具體的動態或者靜態的方式表達出來（俗稱視覺再現）這兩個問題進行探索和研究。圖形在本質上屬于線形、結構、顏色等圖形基本元素所組合而成的，因此，圖形的本質等于圖元加屬性。而計算機圖形學就等于幾何加繪制。因此在計算機圖形學中，處理幾何奇異問題是幾何計算的重點，而幾何計算又是這個學科的根本，所以需要引入幾何方向性概念才能建立合理的理論體系。總體來講，計算機圖形學是由幾何、繪制、交互和數學基礎等構成的。

參考文獻

[1]孫家廣，胡事民.計算機圖形學基礎教程[M].北京：清華大學出版社，2005.

[2]何援軍.計算機圖形[M].北京：機械工業出版社，2006.