高懷棟 林志剛 莆田學(xué)院

引言

所謂數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指的是一種具有結(jié)構(gòu)特性的數(shù)據(jù)元素。研究數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以幫助數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，結(jié)合相應(yīng)的運(yùn)算算法，重新組成新的結(jié)構(gòu)，并使原先的結(jié)構(gòu)類(lèi)型不產(chǎn)生變化。因此，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究顯然已經(jīng)成為現(xiàn)階段眾多軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)內(nèi)容。因?yàn)閿?shù)據(jù)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分解下分化為三個(gè)層次，明確邏輯結(jié)構(gòu)，繼而劃分功能，得到運(yùn)算算法。其研究?jī)?nèi)容十分復(fù)雜，同樣十分抽象。

一、圖形圖像處理分析

眾所周知，計(jì)算機(jī)的圖像處理軟件在處理圖像中有十分強(qiáng)大的處理效果，其處理的背后離不開(kāi)眾多實(shí)物造型處理與圖像硬件處理等技術(shù)提供支持。同樣，這些技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)的常規(guī)應(yīng)用更有著極為密切且十分重要的關(guān)系。因此，提高對(duì)這些技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量可以顯著提高圖像處理中的美感、設(shè)計(jì)感和真實(shí)感，帶給用戶極佳的視覺(jué)體驗(yàn)。那么計(jì)算機(jī)是如何做到的呢？首先，計(jì)算機(jī)利用光照模型等相關(guān)技術(shù)構(gòu)建不同光源下以及不同敏感、距離的圖像效果，使其圖形呈現(xiàn)數(shù)字型結(jié)構(gòu)。在此之下可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，修改數(shù)據(jù)就等同于數(shù)據(jù)圖像，這時(shí)處理計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)顯然十分關(guān)鍵，需要在計(jì)算機(jī)處理圖像之際執(zhí)行操作處理的工作人員必須具備專(zhuān)業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)與處理能力，同時(shí)還要能夠不斷提高對(duì)圖像的操作能力。值得一提的是，在圖像的處理技術(shù)中遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些簡(jiǎn)單的處理，還可以變換圖像、對(duì)圖像進(jìn)行編碼壓縮、對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)或者復(fù)原圖像、分割圖像、分類(lèi)圖像、描述頭像、識(shí)別圖像等。

二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的應(yīng)用分析

(一）幾何造型中應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理的技術(shù)離不開(kāi)幾何造型技術(shù)，其幾何造型技術(shù)可以對(duì)目標(biāo)構(gòu)建相應(yīng)的模型，從而能夠?qū)⒛繕?biāo)圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)信息，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改達(dá)到處理、改變圖像的目的。因此，對(duì)于幾何造型技術(shù)可以將其分為三大內(nèi)容，分別為對(duì)幾何圖形的呈現(xiàn)、運(yùn)算與構(gòu)建。現(xiàn)如今計(jì)算機(jī)信息技術(shù)越來(lái)越發(fā)達(dá)，其先進(jìn)程度也十分高。同時(shí)隨著人們的審美需求不斷上升，對(duì)幾何造型的處理能力也越來(lái)越高，在一定程度上促進(jìn)幾何造型技術(shù)的發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，共同促進(jìn)人類(lèi)文明的進(jìn)步。尤其在建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、服裝設(shè)計(jì)以及室內(nèi)設(shè)計(jì)等方面起到十分重要的意義與作用。

1.三維形體的兩種信息

對(duì)于三維形體的處理離不開(kāi)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，同時(shí)在計(jì)算機(jī)的幫助下對(duì)其進(jìn)行重新定義與運(yùn)算，確保形成的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確、全面的概括出三維形體的基本形態(tài)，需要三維形體的幾何信息與拓?fù)湫畔⒂兄浞值牧私馀c掌握才能提高處理質(zhì)量。

(1）幾何信息

所謂幾何信息指的是一個(gè)三維形體中的點(diǎn)線面利用幾何數(shù)據(jù)表示在歐氏三維空間中的位置與大小，同時(shí)在坐標(biāo)系的幫助下，這些復(fù)雜的集合信息又可以利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)，使之成為對(duì)等數(shù)據(jù)的坐標(biāo)信息；而其三維形體的曲線與曲面等形態(tài)信息可以在昆氏曲面、貝塞爾曲線、B-樣條曲線與曲線擬合等的幫助下表示。而對(duì)于三維形體的變形操作便等同于對(duì)這些數(shù)據(jù)的修改工作，需要對(duì)原先的幾何數(shù)據(jù)應(yīng)用矩陣運(yùn)算。但實(shí)際上單單只有幾何信息是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在其中還需要應(yīng)用到拓?fù)湫畔ⅰ?/p>

(2）拓?fù)湫畔?/p>

拓?fù)湫畔⒋砣S形體中的點(diǎn)線面在不同連接方式中的關(guān)系，同時(shí)其拓?fù)湫畔⒂钟扇齻€(gè)基本拓?fù)湓亟M成，分別為點(diǎn)、邊、面，總共有九種連接類(lèi)型。在常規(guī)的幾何造型中不同的造型需要應(yīng)用到不同的拓?fù)湫畔?，比如線框圖一般應(yīng)用兩種以上的拓?fù)湓仃P(guān)系，而幾何形體的拓?fù)湓嘏c幾何信息有一定的關(guān)系，拓?fù)潢P(guān)系的異同和幾何信息的異同有一定的關(guān)系，其拓?fù)潢P(guān)系的改變離不開(kāi)對(duì)其的運(yùn)算推導(dǎo)。但實(shí)際上往往很多時(shí)候?qū)τ谶@些拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)需要花費(fèi)不少時(shí)間，對(duì)三維形體的處理效率有一定的影響作用，并且比較占用儲(chǔ)存內(nèi)存。也正因?yàn)槿绱耍芏鄷r(shí)候圖像處理人員往往利用折中的方式對(duì)拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行篩選，不同圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有著十分明確的拓?fù)潢P(guān)系。

2.三維形體的幾何模型

(1）線框模型

對(duì)線框模型來(lái)講僅需要幾何形體的點(diǎn)、邊展示具體的幾何形體，比如常見(jiàn)的正方體便可以利用八個(gè)頂點(diǎn)以及十二個(gè)邊進(jìn)行構(gòu)建，需要在計(jì)算機(jī)中對(duì)正方體的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)與邊數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與處理，才能在計(jì)算中構(gòu)建正方體相應(yīng)的線框模型。總的來(lái)說(shuō)線框模型的好處有很多，其特點(diǎn)主要分為三點(diǎn)：其一，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)往往十分簡(jiǎn)單，因?yàn)樗枰鎯?chǔ)的信息十分少，同時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的處理需要并不高。在計(jì)算機(jī)中生成相應(yīng)的平面例題，利用簡(jiǎn)單的棱與線便可以構(gòu)建相應(yīng)的平面立體模型；其二，在平面立體中的輪廓線與棱線在絕大多數(shù)情況下是相同的，所以一般的線框模型往往可以應(yīng)用于多種線框圖，比如平視圖、透視圖、電路圖等，對(duì)一些管道建設(shè)等方面的圖案設(shè)計(jì)有著十分普遍的應(yīng)用；其三，線框模型普遍是棱線組成，因此沒(méi)有信息在其中，所以線框模型不能對(duì)剖面圖、曲面例題等進(jìn)行消隱處理與求交運(yùn)算，同樣對(duì)一些重量與慣性矩等物理參量也不能進(jìn)行計(jì)算。

(2）表面模型

所謂面即指線框模型中棱線與棱線之間包圍的區(qū)域，而表面模型即對(duì)常規(guī)的線框模型增加面信息，所以在表面模型的構(gòu)建中可以應(yīng)用兩種三表結(jié)構(gòu)進(jìn)行建立。第一種為頂點(diǎn)表、邊表與面表的結(jié)構(gòu)，也就是對(duì)于具有頂點(diǎn)表與邊表的線框模型增加面表信息。而第二種則為頂點(diǎn)表、面表與環(huán)表單鏈的三表結(jié)構(gòu)，在常規(guī)的線框模型基礎(chǔ)上利用指針將各個(gè)棱線進(jìn)行連接，再提供相應(yīng)的面信息，這種三標(biāo)結(jié)構(gòu)以單鏈表式的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。

(3）實(shí)體模型

實(shí)體模型指的是對(duì)表面模型增設(shè)實(shí)心形體，從而構(gòu)建成實(shí)體模型。圖1 所展示的即三種實(shí)體定義方法：第一種是在實(shí)體表面門(mén)外一側(cè)的P 點(diǎn)，即a 部分；第二種為表面內(nèi)指向?qū)嶓w外側(cè)的法線方向矢量，也被稱(chēng)為外法矢，即b 部分；而第三種即在面表、環(huán)表中根據(jù)邊號(hào)與點(diǎn)好的有序排列使形體額度外法線方向沿著右方向旋轉(zhuǎn)的法則，形成所謂的外法矢，即c 部分。

圖1 實(shí)體在表面一側(cè)的三種表示方法

（二）消隱技術(shù)中應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

消隱技術(shù)的存在意義是為了能夠確保實(shí)際圖形不會(huì)存在多種定義特征的現(xiàn)象，也是為了能夠使圖形的真實(shí)感變得更為強(qiáng)烈。因此，在應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪制三維形體中難免少不了應(yīng)用消隱技術(shù)消除一些隱蔽的內(nèi)容。應(yīng)用消隱技術(shù)的計(jì)算方法主要是通過(guò)對(duì)三維形體表面的分量進(jìn)行計(jì)算與判斷，如果所計(jì)算的分量≥0，即表面朝向是前方，需要對(duì)該面的棱邊進(jìn)行繪制。反之則為后方，不需要對(duì)其進(jìn)行繪制。

三、結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，使千萬(wàn)領(lǐng)域受益，尤其是對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)講可以顯著提高計(jì)算機(jī)對(duì)圖像的處理效率，使設(shè)計(jì)行業(yè)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用下得以實(shí)現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。但是從宏觀角度來(lái)看，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還有很多，本文篇幅有限不再贅述，相信在未來(lái)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠帶給人類(lèi)更多應(yīng)用成果。