李會芬

（寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，750021）

淺談計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)

李會芬

（寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，750021）

計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)日益成熟，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在多個行業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，為了加深對其認(rèn)識的和理解，本文主要介紹了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖形圖像處理的基本概念，基本工作原理，主要應(yīng)用領(lǐng)域以及所進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理的技巧、技術(shù)等。

圖形學(xué)；圖形圖像；處理技術(shù)

0 引言

計(jì)算機(jī)圖形學(xué) ( Computer Graphics ) 是借住計(jì)算機(jī)來研究圖形表達(dá)、處理圖像、顯示生成的學(xué)科，實(shí)現(xiàn)了人們主觀意識中圖像和真實(shí)存在的圖形之間的相互結(jié)合。經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，各種各樣的計(jì)算機(jī)圖形圖像處理軟件應(yīng)運(yùn)而生，為人們的主觀處理和操作提供了很多的便利，并且在很多的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述

1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的內(nèi)容

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門新興的學(xué)科，主要是研究如何使用計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的，其中包含了圖形硬件、圖形交互技術(shù)、曲面曲線建模、虛擬實(shí)現(xiàn)以及實(shí)物造型等，涵蓋算法、成像原理等方面知識。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)學(xué)科成立的主要目的是為了讓計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換出來的圖像更加的真實(shí)，就必須要建立圖形描述場景的幾何表示，從中計(jì)算出虛擬的光源、紋理以及材質(zhì)屬性產(chǎn)生的效果。由計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化出的圖形， 通常都需要對圖形進(jìn)行再一次的處理，因此計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與相應(yīng)的圖形圖像處理技術(shù)需要緊密聯(lián)系起來，這樣才能夠產(chǎn)生更好的圖形真實(shí)感。

1.2 圖形圖像處理技術(shù)的基本概念

計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和計(jì)算機(jī)圖形圖像處理軟件是計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)組成部分。計(jì)算機(jī)圖形圖像處理軟件是將終端顯示和計(jì)算機(jī)結(jié)合在一起，其圖形圖像處理技術(shù)主要是將數(shù)學(xué)描述中的幾何數(shù)據(jù)與幾何模型，用計(jì)算機(jī)技術(shù)將其進(jìn)行相應(yīng)的修改、存儲以及完善。其主要處理技術(shù)包括幾何變換、 圖像數(shù)字化、建模造型設(shè)計(jì)、隱線與隱面的消除以及各種色彩設(shè)計(jì)等。鍵盤和鼠標(biāo)作為終端的輸入設(shè)備，可以完成對圖形的修改和定位，并且利用顯示器、繪圖儀、打印機(jī)等顯示設(shè)備和輸出設(shè)備，可以完整的保存計(jì)算機(jī)圖片。通常用的計(jì)算機(jī)軟件包括CAD/CAM、CAI等，同時還需要應(yīng)用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)藝術(shù)設(shè)計(jì)、模擬、動畫以及虛擬實(shí)現(xiàn)等知識技術(shù)領(lǐng)域。

1.3 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)與功能

圖形系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與繪制各種圖形的過程中，必須具備輸入、輸出、存儲、對話以及計(jì)算等能力，因此圖形系統(tǒng)的功能主要包括：能夠輸入各種命令與幾何參數(shù)的輸入功能、能夠讓圖形保持顯示狀態(tài)且可永久保存的輸出功能、能夠存放所有幾何數(shù)據(jù)并能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)與檢測的存儲功能、能夠進(jìn)行人機(jī)通信的對話功能，計(jì)算功能是指計(jì)算機(jī)圖形圖像處理軟件對相關(guān)的圖形圖像進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)交換和計(jì)算分析。

2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)的應(yīng)用

圖像信息載荷量大，能夠直觀、形象給不同觀察者不同的有用的價值信息。隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)不斷發(fā)展與成熟，這種技術(shù)應(yīng)用開始在許多領(lǐng)域中進(jìn)行了應(yīng)用，并且在社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著巨大作用。

2.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造

計(jì)算機(jī)圖像學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)最早是應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。其中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造軟件CAD/CAM已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行廣泛應(yīng)用，制造各種精密的儀器以及設(shè)計(jì)各種機(jī)械產(chǎn)品如各種汽車、船舶以及飛機(jī)設(shè)計(jì)制造零件、廠房的建造布局、電子線路和電子器件結(jié)構(gòu)等。CAD 技術(shù)不僅能夠提高設(shè)計(jì)效率和縮短設(shè)計(jì)周期，改善設(shè)計(jì)質(zhì)量和降低設(shè)計(jì)成本，而且可以為后續(xù)工序的計(jì)算機(jī)輔助制造建立CAD數(shù)據(jù)庫。

2.2 計(jì)算機(jī)輔助動畫設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)用于各種廣告設(shè)計(jì)、游戲開發(fā)設(shè)計(jì)、動畫制作以及各種影視中的特技制作。計(jì)算機(jī)動畫主要分兩個階段即二維動畫和三維動畫，而基于物理模型的計(jì)算機(jī)動畫大量運(yùn)用彈性力學(xué)方程計(jì)算還有許多內(nèi)容需進(jìn)一步研究。利用計(jì)算機(jī)的圖形圖像處理技術(shù)將書法中的藝術(shù)添加到各種廣告設(shè)計(jì)中，很大程度上提高廣告的宣傳效果。如在影視行業(yè)中、電腦游戲等中，利用計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)，設(shè)計(jì)一些特寫鏡頭、激烈打斗場面、驚險特效等，增加吸引力，收到更多年輕人喜愛。

2.3 計(jì)算機(jī)仿真和模擬

計(jì)算機(jī)仿真與模擬是利用計(jì)算機(jī)模擬某個系統(tǒng)或者某種過程，把某個物理現(xiàn)象經(jīng)數(shù)值模擬而數(shù)字模型化,再將該模型以圖像的形式顯示出來，圖形顯示在其中有著重要作用。在研制產(chǎn)品或者設(shè)計(jì)系統(tǒng)中往往都要用到計(jì)算機(jī)仿真，包括方案論證、技術(shù)指標(biāo)確定、設(shè)計(jì)分析、生產(chǎn)制造、試驗(yàn)測試、維護(hù)訓(xùn)練、故障處理等各個階段。通過計(jì)算分析，轉(zhuǎn)化大量數(shù)據(jù)得到相應(yīng)的圖形與圖像，將虛擬轉(zhuǎn)化成圖像更直觀，并且對結(jié)果圖像要求非常高。這樣的好處是幫助人們處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，如在環(huán)境保護(hù)、生物分析、飛機(jī)模擬器等領(lǐng)域都有很好地應(yīng)用，人們通過計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)，可讓其中的各種圖像以及模型分析更加的生動， 對科學(xué)研究有很重要的意義。

2.4 計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)在藝術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用

大多數(shù)人可能覺得藝術(shù)與計(jì)算機(jī)這樣的科技很難聯(lián)系到一起，但是作為一種新的研究，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在藝術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，正是計(jì)算機(jī)與藝術(shù)學(xué)結(jié)合的一種代表，這種結(jié)合可讓兩者皆得到發(fā)展與進(jìn)步。通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)來完成藝術(shù)設(shè)計(jì)，一般需要設(shè)計(jì)人員具備較高的藝術(shù)功底，同時也需要配置高端的硬件與軟件設(shè)備。利用各種計(jì)算機(jī)軟件讓二維與三維圖形變得更加完美精確，利用計(jì)算機(jī)的圖形圖像處理技術(shù)把虛擬空間中變得更加細(xì)膩、生動與自然。

3 圖形與圖像的關(guān)系

圖形圖像處理技術(shù)中，圖形與圖像之間有一定聯(lián)系也存在一定區(qū)別。在實(shí)際應(yīng)用中，圖形、圖像技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，二者處理技術(shù)結(jié)合而已使視覺效果和質(zhì)量更加完善和精美。圖形與圖像之間主要有四點(diǎn)即數(shù)據(jù)來源不同、處理方法不同、理論基礎(chǔ)不同以及用途不同。①數(shù)據(jù)來源不同：圖像是來自客觀世界，而圖形來自主觀世界。②處理方法不同：圖像的處理方法是幾何修正以及圖像的各種變換、識別以及理解等。而圖形的處理方法是幾何變換以及圖形的各種修剪、消除以及隱藏等。③理論基礎(chǔ)不同：圖像的主要理論基礎(chǔ)是以概率統(tǒng)計(jì)、模糊數(shù)學(xué)等相關(guān)理論作為理論基礎(chǔ)。而圖形時以計(jì)算幾何、樣條幾何等相關(guān)的理論做為理論基礎(chǔ)。④用途不同：圖像的處理用途主要是應(yīng)用于工業(yè)、 醫(yī)學(xué)等方面，而圖形處理則主要應(yīng)用于 CAD/CAM/CAE/CAI 計(jì)算機(jī)藝術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬、 計(jì)算機(jī)動畫等。

隨著圖形圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，圖形與圖像技術(shù)結(jié)合，相互交叉和滲透，把圖形與圖像處理技術(shù)結(jié)合起來可以使視覺效果和質(zhì)量更加完善。如 CAGD技術(shù)，利用這種計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)，能夠更加靈活的分析各種幾何形體，并且能夠?qū)⑶媾c曲線中的各種數(shù)據(jù)擬合。

4 圖形圖像軟件及實(shí)例分析

4.1 Photoshop的運(yùn)用技巧分析

Photoshop 是一款具有強(qiáng)大功能的圖像編輯處理軟件，其應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛的，在圖像、圖形、文字、視頻、出版各方面都有涉及。功能上主要分為圖像編輯、圖像合成、校色調(diào)色及特效制作部分。 Photoshop 運(yùn)用技巧主要有以下幾種：

（1）圖像素材獲取方面，要合理并且恰當(dāng)選擇圖像素材，可以通過購買素材光盤和網(wǎng)絡(luò)獲取兩種途徑，根據(jù)用戶的需要進(jìn)行選擇。好的素材可以為設(shè)計(jì)提供更多的思路和創(chuàng)意，激發(fā)人的創(chuàng)新思想。

（2）使用套索工具抽取圖像，一般會用來處理簡單的、輪廓不復(fù)雜的圖像，通過剪切圖層使背景和主體分離。如果處理背景和主體顏色反差較大的圖像，適合選用磁性套索工具。具體使用情況要依據(jù)實(shí)際處理圖像而看。

（3）曲線調(diào)整。Photoshop 軟件因具有豐富的圖像編輯功能，可以對數(shù)碼照片、進(jìn)行處理，主要原理就是亮度值重新分布。確定調(diào)節(jié)點(diǎn)是需要技巧的，可以通過鼠標(biāo)移動到圖像窗口，在需要查看地方點(diǎn)擊，曲線上會出現(xiàn)和該點(diǎn)相對應(yīng)的點(diǎn)，就可以隨意而精確地調(diào)整圖象中任一點(diǎn)的亮度值了。

（4）線性減淡。利用Photoshop 來的圖層混合中的線性減淡技術(shù)就能夠減少背景中黑色字體或圖案的干擾。原理是利用黑色字體或圖案在RGB 通道中都占相同的比例這一特點(diǎn)，選擇其中一個通道并反相，來和原圖像進(jìn)行圖層的線性減淡混全，以達(dá)到將黑色字體或圖案減淡來凸顯痕跡。

4.2 乒乓球器材設(shè)計(jì)與檢測中的圖像處理技術(shù)

為了提高乒乓球拍膠皮的性能,設(shè)計(jì)更具有性能特點(diǎn)的膠皮,使之滿足具有不同技術(shù)特點(diǎn)的運(yùn)動員的需要。具體研究內(nèi)容可細(xì)分為以下幾個方面：①對原有乒乓球拍性能檢測系統(tǒng)的改進(jìn)；②乒乓球拍套膠膠粒分布對乒乓球作用力的分析；③乒乓球拍套膠膠粒分布設(shè)計(jì)；④力學(xué)特性檢測與評價和乒乓球運(yùn)動仿真模塊實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)中要選擇三款不同的正膠球拍作為測試對象，將球拍按不同方式固定，用發(fā)球機(jī)發(fā)球，然后利用高速攝像機(jī)記錄下撞擊瞬間，并將圖像轉(zhuǎn)存到本地計(jì)算機(jī)中。圖像采集中可以看到兵乓球以右向左方向運(yùn)動，與球拍發(fā)生碰撞的時的瞬間情景，通過乒乓球拍外在性能檢測系統(tǒng)，能夠快速分析圖像序列，準(zhǔn)確計(jì)算出乒乓球與球拍碰撞前后的運(yùn)行速度和旋轉(zhuǎn)速度，通過膠粒物理參數(shù)的設(shè)定,輕松實(shí)現(xiàn)膠粒分布的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),并通過三維的形式展示出來，進(jìn)而得出與力學(xué)分析結(jié)論相符合。用二維曲線的方式對乒乓球運(yùn)動仿真，將乒乓球在與球拍碰撞后的運(yùn)動軌跡描述出來，更加直觀展示球拍的性能包括加速能力、旋轉(zhuǎn)能力和控制能力等，在性能仿真模塊的幫助下,獲取大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在性能仿真模塊的幫助下,通過乒乓球的運(yùn)動曲線,反應(yīng)出該款球拍的性能。

5 結(jié)語

生活生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技，充分挖掘了人的創(chuàng)造潛力，創(chuàng)造出新奇的視覺效果。因此將讓計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)融入到各個領(lǐng)域中，促進(jìn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)的發(fā)展有很重要的意義。因而需要大力開展這方面的研究，有待于我們進(jìn)一步探索和研究。

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On computer graphics and image processing technology

Li Huifen
（Ningxia Vocational Technical College of industry and Commerce，750021）

Computer graphics and image processing technology is increasingly mature, have achieved extensive application in many industries, in order to deepen the understanding and understanding,this paper introduces the basic concepts of computer graphics and image processing,the basic working principle,main applications and computer graphics and image processing techniques, technology.

computer graphics;graphic image;processing technology