摘要：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究怎樣用數(shù)字計(jì)算機(jī)生產(chǎn)、處理和顯示圖形的一門新興學(xué)科。其側(cè)重點(diǎn)在于根據(jù)物體描述模型、光照及想象中的攝像機(jī)的成像幾何，生成一幅圖像的過程。它的重要性體現(xiàn)在人們?cè)絹碓綇?qiáng)烈地需要和諧的人機(jī)交互環(huán)境：圖形用戶界面已經(jīng)成為一個(gè)軟件的重要組成部分，以圖形的方式來表示抽象的概念或數(shù)據(jù)（可視化）已經(jīng)成為信息領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：CAD/CAM 計(jì)算機(jī)藝術(shù) 輔助教學(xué) 動(dòng)畫藝術(shù) 醫(yī)療診斷 科學(xué)計(jì)算可視化

一、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷程

1950年，美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出了第一臺(tái)圖形顯示器，作為旋風(fēng)1號(hào)（Whirlwind 1）計(jì)算機(jī)的輸出設(shè)備。

1962年，美國(guó)麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的Ivan. E .Sutherland發(fā)表了一篇題為“Sketchpad：一個(gè)人機(jī)交互通信的圖形系統(tǒng)”的博士論文，其中首次使用了“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”（Computer Graphics）這個(gè)術(shù)語(yǔ)。

1964年，孔斯（S.Coons）提出了用小塊曲面片組合表示自由曲面，使曲面片邊界上達(dá)到任意高階連續(xù)的理論方法，稱孔斯曲面，此方法受到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大重視。法國(guó)雷諾汽車公司的工程師貝塞爾也提出了Bezier曲線和曲面。

從20世紀(jì)80年代中期以來，計(jì)算機(jī)圖形處理速度的加快，已廣泛應(yīng)用于動(dòng)畫、CAD/CAM、影視娛樂、科學(xué)計(jì)算可視化等各個(gè)領(lǐng)域。

二、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域

隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的不斷發(fā)展，它的應(yīng)用范圍也日趨廣泛。目前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：

1.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）與計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用的一個(gè)最活躍的領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要應(yīng)用是在設(shè)計(jì)方面，尤其是工程和建筑系統(tǒng)，現(xiàn)在幾乎所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)都由計(jì)算機(jī)來完成。將計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)運(yùn)用于大樓、汽車、飛機(jī)、輪船、宇宙飛船、計(jì)算機(jī)、紡織品以及機(jī)械結(jié)構(gòu)和部件、電子線路及器件的設(shè)計(jì)和制造過程中，已成為目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展趨勢(shì)。

２.計(jì)算機(jī)藝術(shù)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在藝術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用成效也越來越顯著。除了廣泛用于藝術(shù)品的制作，如各種圖案、花紋、工藝外形設(shè)計(jì)及傳統(tǒng)的油畫、中國(guó)國(guó)畫和書法等，還成功地用來制作廣告、動(dòng)畫片和電視電影。借助于計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，藝術(shù)家可以利用圖形輸入板作圖繪畫。計(jì)算機(jī)不僅可以繪制動(dòng)畫片中的景象，還可以用來生成各種藝術(shù)模型和景物，如山水風(fēng)景、花草樹木等。

3.計(jì)算機(jī)動(dòng)畫

用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的方法產(chǎn)生動(dòng)畫形象逼真、生動(dòng)。在制作動(dòng)畫片時(shí)，往往相鄰圖片之間區(qū)別較小，或背景相同，用人工來完成就不得不做大量重復(fù)性的工作，而用計(jì)算機(jī)來完成，這些重復(fù)性的資料可存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，需要時(shí)直接調(diào)出來，再在其基礎(chǔ)上進(jìn)行改動(dòng)，或利用圖形學(xué)中窗口、旋轉(zhuǎn)等功能，對(duì)圖像的比例和角度進(jìn)行調(diào)整。這樣就可以即準(zhǔn)確又輕松地解決人工繪圖時(shí)的重復(fù)性問題，從而大大提高了工作效率。

4.計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

在這個(gè)領(lǐng)域中，圖形是一個(gè)重要的表達(dá)手段，它可以使教學(xué)過程形象、直觀、生動(dòng)，極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果。如計(jì)算機(jī)生成的物理模型、財(cái)政模型和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)模型常用作教學(xué)的輔助工具。物理系統(tǒng)模型、哲學(xué)系統(tǒng)或者人口趨勢(shì)等模型都可以幫助學(xué)員理解系統(tǒng)操作，有助于學(xué)員直觀的理解所學(xué)知識(shí)。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)現(xiàn)已深入到家庭和幼兒教育中。

5.管理和辦公自動(dòng)化

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在管理和辦公自動(dòng)化領(lǐng)域中應(yīng)用最多的是繪制各種圖形，如統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的二維和三維圖形、餅圖、折線圖、直分圖等，還可繪制工作進(jìn)程圖、生產(chǎn)調(diào)度圖、庫(kù)存圖等，所有這些圖形均以簡(jiǎn)明形式呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)的模型和趨勢(shì)，加快了決策的制定和執(zhí)行。

6.醫(yī)療診斷

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)圖像在臨床診斷和治療中起著越來越重要的作用。醫(yī)學(xué)圖像主要包括X線圖像、CT圖像、超生圖像等。為了得到表現(xiàn)人體生理變化過程（如器官新陳代謝，腦神經(jīng)活動(dòng)）的圖像，又出現(xiàn)了單光子輻射斷層攝像（SPECT）以及正電子放射層析成像（PET）等。醫(yī)學(xué)上還往往結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖形處理技術(shù)來進(jìn)行人體組織器官的建模，并研究其物理功能。如現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)，就是通過圖形圖像方法模擬實(shí)際手術(shù)過程，試驗(yàn)手術(shù)位置。

7.科學(xué)計(jì)算可視化

科學(xué)計(jì)算可視化廣泛應(yīng)用于氣象、地震、天體物理、分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域。

8.過程控制及系統(tǒng)環(huán)境模擬

在過程控制中，常常將計(jì)算機(jī)與現(xiàn)實(shí)世界中的其他設(shè)備連成一個(gè)系統(tǒng)，用戶可以利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)現(xiàn)與其控制或管理對(duì)象間的相互作用。例如在石油化工、金屬冶煉或電網(wǎng)控制等領(lǐng)域中，有關(guān)人員可以根據(jù)設(shè)備關(guān)鍵部位的傳感器送來的圖像和數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行過程進(jìn)行有效地監(jiān)視和控制。另外在各種交通管理中，如機(jī)場(chǎng)的飛行控制人員或鐵路的調(diào)度人員也可以通過計(jì)算機(jī)顯示的運(yùn)行狀態(tài)，來調(diào)整空中運(yùn)輸和鐵路交通，以達(dá)到安全、有效的調(diào)度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，成思源，張群瞻編著.冶金工業(yè)出版社，2003.8

[2] 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（第二版），孫家廣等編著.清華大學(xué)出版社，2000.1

[3] 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)（第二版），陸楓，何云峰編著.電子工業(yè)出版社，2008.10

[4] 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的算法基礎(chǔ)，David F. Rogers著，（中文版）石教英，彭群生譯.機(jī)械工業(yè)出版社，2002.1