计算机图形学

末蓝、 2022-08-06 02:29 258阅读 0赞

**学习总结**

本学期通过对计算机图形学课程的学习，了解到了许多有关图形学以及现代计算机行业的迅速发展给人类带来的巨大影响。与此同时，理论课与实验课的结合，更让我们从中真正学到了实用技能，对简单图形、动画图形等等的编程原理及内部方法有了清晰地认识。

计算机图形学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。简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、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。是计算机科学的一个分支领域，主要关注数字合成与操作视觉的图形内容。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。从构成要素上看，图形主要分为两类，一类是几何要素在构图中具有突出作用的图形，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类非几何要素在构图中具有突出作用的图形，如明暗图、晕渲图、真实感图形等。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。

第1章，简要介绍计算机图形学的基本概念、应用和发展动态。

第2～5章，由“外”到“内”介绍计算机图形处理系统的硬件设备、人机交互处理、图形对象在计算机内的表示以及基本图素的生成算法等。

第6章，主要介绍二维变换和二维观察的概念。

第7～10章，主要涉及三维图形的变换、处理和绘制。

第7章介绍三维变换及三维观察的基本内容，包括几何变换和投影变换等。

第8章介绍曲线和曲面的生成。

第9章简要介绍常用的消隐算法。

第10章对真实感图形绘制的基本思想做了简单描述。

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的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的场景的几何表示，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。所以计算机图形学与另一门学科计算机辅助几何设计有着密切的关系。事实上，图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。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。   图形与图像两个概念间的区别越来越模糊，但还是有区别的：图像纯指计算机内以位图形式存在的灰度信息，而图形含有几何属性，或者说更强调场景的几何表示，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的。

计算机图形学的研究内容非常广泛，主要有以下几个方面：计算机图形学的应用；计算机图形设备和系统；国际标准化组织(ISO) 发布的图形标准；人机交互接口技术；基本图形实体、自由曲线和自由曲面的生成算法；图形变换和裁剪；曲面和实体造型算法；颜色、光照模型及真实感图形显示技术与算法等内容。  从计算机图形学目前学科发展来看，有以下几个发展趋势：与图形硬件的发展紧密结合，突破实时高真实感、高分辨率渲染的技术难点；研究和谐自然的三维模型建模方法；利用日益增长的计算性能，实现具有高度物理真实的动态仿真；研究多种高精度数据获取与处理技术，增强图形技术的表现；计算机图形学与图像视频处理技术的结合；从追求绝对的真实感向追求与强调图形的表意性转变。

** 对本课程的建议**

计算机图形学是一门需要深入学习并且注重实践的学科，因此，在学习的过程中，必须以实践为重点，在平时勤加练习，编写代码时应当首先理解每行代码所代表的具体含义，掌握其用法，才能灵活运用。但是，我觉得我们的实验课没有达到此目的，因为每次上实验课的过程都是比照课本敲代码的过程，并未做到真正从中学到知识，当然，很大一部分原因是我们自己学习不够深入，可是，虽然大学的学习基本是靠学生自觉性，老师起引导以及解答疑难问题的作用，尽管如此，我还是希望老师可以对我们严格要求，不定时的检查我们学习状况，实验之前可以先给我们讲解作图的思想和代码的具体含义，这样我们才能充分从试验中学到新知识。再者，就是平时上理论课，我明白，大学的课程是自由选择的，学生对上课有很大的自由度，但是，既然是必修课，我还是觉得学生应该尊重老师，尊重老师的劳动，迟到甚至旷课都是对老师不尊重的行为，我希望老师还是能以点名制度来制约学生的这种行为，诚然，有些同学可能是对某一个科目不感兴趣，所以旷课，但是我相信更多的学生是为逃课而逃课，大学生是一类特殊的群体，很多没有限制与制约的事情我们还是肆无忌惮，毫无顾忌的，规则可以让我们更加有能力约束自己，以端正的态度对待大学学习，只有这样，才能发挥大学这一优良环境所带给我们的巨大作用。

**计算机图形学的应用前景及新技术的发展**

计算机图形学一个主要的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的场景的几何表示，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。我也正在学这门课,至少有一点应用就是电影特效!像魔戒,侏罗纪公园之类的就是专门用图形学编程制作的.

在电脑游戏中，计算机图形学的首要任务就是实现电脑游戏中的虚拟场景，这主要通过在计算机中重现真实世界场景来实现。游戏编程的主要任务是要模拟真实物体的物理属性，即物体的形状、光学性质、表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置、遮挡关系等等。其中，光照和表面属性是最难模拟的。为了模拟光照，已有各种各样的光照模型。从简单到复杂排列分别是：简单光照模型、局部光照模型和整体光照模型。从绘制方法上看有模拟光的实际传播过程的光线跟踪法，也有模拟能量交换的辐射度方法。

除了在计算机中实现逼真物理模型外，电脑游戏中图形学应用的另一个研究重点是加速算法，力求能在最短时间内绘制出最真实的场景，提高游戏的流畅度。例如求交算法的加速、光线跟踪的加速等等，像包围体树、自适应八叉树都是著名的加速算法。实时的游戏场景绘制已成为当前游戏开发的研究热点，而当前计算机游戏实时绘制的两个热点问题则是物体网络模型的面片简化和基于图像的绘制(IBR Image Based Rendering)。网络模型的面片简化，就是指对网格面片表示的模型，在一定的误差范围内，删除部分点、边、面，从而简化所绘制场景的复杂程度，加快图形绘制速度。IBR 完全摒弃传统的先建模，然后确定光源的绘制方法，它直接从一系列已知的图像中生成未知视角的图像。这种方法省去了建立场景的几何模型和光照模型的过程，也不用进行如光线跟踪等极费时的计算。该方法尤其适用于野外极其复杂场景的生成和漫游。

中国图形学已取得了长足的进步，在国际图形学界也有一足之地。但是，整体地看，中国图形学在国际上理论研究方面的地位不高。在另一方面，国内关于图形图象的应用很多，但这些应用基本是照搬国外先进国家的模式、采用的也大多是这些国家的技术和软件。在中国，图形学的研究和应用严重脱节。

根据马克思的哲学理论，这种脱节在中国目前的经济现状下是完全合理的！因为经济基础决定上层建筑。当一个国家的经济基础没有发展到一定的程度，它就不可能有更高层次的需求；而当它的需求可以从外面照般时，它当然会采用最便宜、最经济的方式从国外照搬，而不会自己独立地发展。目前，欧美发达国家的国民经济比我国发达，他们已经历过的一些需求发展，正是我国正在经历的。因此，在现阶段，中国图形学的研究很难得到产业界的支持。

当自己提不出先进的需求时，中国图形学界的研究主要是跟踪国际图形学发展的潮流。在一些技术难点问题上，中国图形学界也取得了一些进展。但是，由于缺乏应用需求刺激的强大基础，中国图形学要在国际上整体性有较高的地位是不太现实的。由于缺乏这种整体性的先进性，中国图形学的学术基础很不平衡、也不厚实，这对将来的发展很不利。