首頁 > 優(yōu)秀范文 > 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)論文
時(shí)間：2023-03-22 17:47:42
序論：速發(fā)表網(wǎng)結(jié)合其深厚的文秘經(jīng)驗(yàn)，特別為您篩選了11篇計(jì)算機(jī)圖形學(xué)論文范文。如果您需要更多原創(chuàng)資料，歡迎隨時(shí)與我們的客服老師聯(lián)系，希望您能從中汲取靈感和知識(shí)！
引言
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門比較復(fù)雜也比較實(shí)用的學(xué)科，它給人們帶來了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)世界的方式。現(xiàn)如今，以圖形為主要認(rèn)知方式的“世界圖形時(shí)代”已經(jīng)成為數(shù)字化時(shí)代的一個(gè)重要標(biāo)志。因?yàn)樗恍枰哉Z文字或者一些文學(xué)的東西來表達(dá)思想，只需要借助于視覺感官加上一些自身的體會(huì)和想象就能獲得信息，因此它改變了傳統(tǒng)的文化方式，進(jìn)而成為一種在全球都適用的聯(lián)絡(luò)方式。為了將圖形這種最簡單直接的充滿了信息量的物質(zhì)進(jìn)研究和描述就產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，它屬于計(jì)算機(jī)學(xué)科這的其中一部分，但它自身所具有的魅力并非其他有關(guān)學(xué)科都能擁有的。文章嘗試性的將圖形的本質(zhì)進(jìn)行了概括，對(duì)有關(guān)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)所涉及到的相關(guān)重要科學(xué)問題都有一定的分析，使它具有重要的科學(xué)價(jià)值，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生一定影響。
1 計(jì)算機(jī)圖形
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是通過利用圖形這種充滿信息的東西來最直觀的表達(dá)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(zhì)和環(huán)境的幾何模型來表示在計(jì)算機(jī)中，它對(duì)環(huán)境的幾何特征和圖形的各個(gè)幾何參數(shù)和屬性參數(shù)都更為看重，因?yàn)樽罨镜膱D形單元及其包含的各類信息都會(huì)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(diǎn)陣圖，通常由那些有顏色特征的點(diǎn)組成圖形并在計(jì)算機(jī)中表示出來。那些最基礎(chǔ)的圖像單元都是通過點(diǎn)的屬性來體現(xiàn)，并由計(jì)算機(jī)來產(chǎn)生具有不同感覺的圖形等。對(duì)一幅圖形進(jìn)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(zhì)，如果用打印設(shè)備打印出來，就可以對(duì)客觀世界進(jìn)行描述。所以說抽象圖形簡單概括就是屬性加圖元。
2 計(jì)算機(jī)模型
計(jì)算機(jī)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(diǎn)、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(duì)外部描述，而幾何則注重內(nèi)部特性。因而在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中幾何一詞更能準(zhǔn)確的把圖形的各方面本質(zhì)講清楚。
3 計(jì)算機(jī)圖形繪制
把計(jì)算機(jī)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(dá)清楚就是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)里的一門重要學(xué)問，也是一項(xiàng)重要工作。這個(gè)工程是要求把機(jī)內(nèi)的幾何三維環(huán)境變換成人們能夠直觀了解分析的圖形表達(dá)，屬于幾何模型的視覺呈現(xiàn)過程。它把多個(gè)學(xué)科的知識(shí)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(gè)物體的相對(duì)位置及遮擋關(guān)系都在計(jì)算機(jī)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(chuàng)造。對(duì)這個(gè)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(shí)也會(huì)用到。但根據(jù)我國的使用習(xí)慣，對(duì)這個(gè)過程一般習(xí)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(rèn)為痕跡的消失都可以說是有走樣所導(dǎo)致的。繪制將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)真正的魅力向世人展示，它綜合的運(yùn)用了美學(xué)、幾何學(xué)、物理學(xué)等知識(shí)，屬于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)科中的專業(yè)部分。
4 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的定義
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)大概能夠歸納為以下幾個(gè)內(nèi)容：軟件和硬件，視圖變換，圖形變換和三維觀測等基本知識(shí)；界面管理、窗口管理，界面設(shè)計(jì)等用戶界面；視覺系統(tǒng)，顏色運(yùn)用，幾何描述等模型定義；矢量技術(shù)，光照模型，圖像操作，圖像儲(chǔ)存等圖像合成；高端軟件，動(dòng)畫技術(shù)，高級(jí)建模等高級(jí)技術(shù)。目前，我國對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的認(rèn)識(shí)是，它就是利用計(jì)算機(jī)來對(duì)圖形的原理、計(jì)算方法和怎樣生成處理圖形來進(jìn)行探索研究的。簡單來講計(jì)算機(jī)圖形學(xué)就等于幾何加繪制。物體在計(jì)算機(jī)中的幾何數(shù)據(jù)屬于一個(gè)靜態(tài)的概念，而用人眼的角度來繪制這些數(shù)據(jù)就屬于動(dòng)態(tài)流程。
5 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的大體框架
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的大體框架有以向量和幾何變換為主的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)；不被計(jì)算機(jī)圖形學(xué)方法構(gòu)造所限制的各種二維、三維空間的幾何模型；幾何的視覺實(shí)現(xiàn)過程繪制；還有就是用于圖形通訊的交互式圖形學(xué)交互技術(shù)。
6 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的幾何
（1）有關(guān)模型的建立和計(jì)算處理都會(huì)用到幾何。現(xiàn)在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)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(shù)。因?yàn)橐盐矬w的三維幾何特征隨著時(shí)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(shí)的一面展示出來，所用到的圖形工具也將會(huì)變得更為復(fù)雜，現(xiàn)在繪制工作已不是那么困難，工作重心已經(jīng)轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的幾何建模上去了。（2）導(dǎo)致幾何造型系統(tǒng)不夠穩(wěn)定的主要原因就是幾何奇異，要想解決因?yàn)閹缀纹娈愒斐傻挠绊?，就得將幾何?jì)算的主要點(diǎn)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)的本質(zhì)著手，解決幾何奇異的一個(gè)有效方法就是對(duì)幾何引入方向性概念。以此建立一個(gè)在方向性概念上的幾何算法和復(fù)雜性分析的理論體系，它的主要觀點(diǎn)有：a.把計(jì)算機(jī)的表現(xiàn)形式進(jìn)行統(tǒng)一幾何；b.建立輔助幾何屬性來解釋幾何設(shè)置屬性；c.仔細(xì)探究復(fù)雜性的理論；d.引入“交點(diǎn)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(duì)相應(yīng)的，在目前的一些幾何造型系統(tǒng)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(fù)雜的求交情況。當(dāng)一般用到20多種元素時(shí)，它的求交函數(shù)將是這些元素的十幾倍。如果在三維領(lǐng)域中，將會(huì)有更為復(fù)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(nèi)容，其實(shí)從根本上來說，依然是幾何計(jì)算的問題。幾何計(jì)算主要是在時(shí)間和光線跟蹤上有一些消耗，加上景色和光線的交點(diǎn)等各個(gè)光入射、折射線之間的計(jì)算。
7 結(jié)束語
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主要是針對(duì)把客觀事物在計(jì)算機(jī)當(dāng)中通過建模的方式進(jìn)行描述和處理，和將在計(jì)算機(jī)當(dāng)中建立好的抽象模型用具體的動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)的方式表達(dá)出來（俗稱視覺再現(xiàn)）這兩個(gè)問題進(jìn)行探索和研究。圖形在本質(zhì)上屬于線形、結(jié)構(gòu)、顏色等圖形基本元素所組合而成的，因此，圖形的本質(zhì)等于圖元加屬性。而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)就等于幾何加繪制。因此在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，處理幾何奇異問題是幾何計(jì)算的重點(diǎn)，而幾何計(jì)算又是這個(gè)學(xué)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?？傮w來講，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是由幾何、繪制、交互和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)等構(gòu)成的。
參考文獻(xiàn)
[1]孫家廣，胡事民.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.
1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述
我們現(xiàn)代人生活在各種各樣的信息之中，如何應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理信息，處理圖形成為了一個(gè)越來越重要的課題。本論文所要介紹的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的熱門領(lǐng)域之一，它是同電子硬件和計(jì)算機(jī)的周邊設(shè)備一同發(fā)展而來。隨著人類在航空航天、軍事和通信等領(lǐng)域的突破，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)也得到了很快的發(fā)展。
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門實(shí)用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生、顯示以及處理圖形界面的知識(shí)體系。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已經(jīng)變得越來越重要，主要原因是：人們接收和發(fā)出信息，圖形是很好的一種傳遞信息的方式。一個(gè)圖形本身，就具有很豐富的信息，人們根據(jù)圖形能夠很自然快速地與外界進(jìn)行交流。
1.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究熱點(diǎn)
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主要研究以下三個(gè)方面的內(nèi)容。第一：隱藏線（面）的消除；第二：基本曲線的裁剪以及繪制；第三：現(xiàn)代圖形學(xué)熱點(diǎn)研究的內(nèi)容，主要是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、可視化、三維立體的重建等等。
由于在一個(gè)圖形應(yīng)用或圖形軟件中要大量重復(fù)調(diào)用這些基礎(chǔ)算法，因此在這方面的任何進(jìn)步都會(huì)對(duì)整個(gè)圖形系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基礎(chǔ)算法經(jīng)過人們幾十年的研究，己比較成熟。但每一個(gè)進(jìn)步對(duì)解決圖形技術(shù)所面臨的存儲(chǔ)、傳輸、顯示等問題都有很大的幫助。
2. 基礎(chǔ)算法的研究
2.1 多邊形裁剪算法
裁剪是處理圖形一種很基礎(chǔ)的方法，常見的裁剪操作主要有將不同的圖形裁剪拼接形成新的圖形。我們可以看出，裁剪算法在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中是一種十分基礎(chǔ)但是卻又十分重要的操作[1]。
本論文所提到的裁剪方法，主要是針對(duì)凸多邊形的。裁剪方法主要可以分為四個(gè)方法：中點(diǎn)算法、CS算法、CB算法、梁B算法。
（1）CS算法是Cohen-Sutherland的一種分區(qū)編碼算法[2]。CS算法以前是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中很重要的一種算法。CS算法對(duì)線段可以分為以下三種情況：窗內(nèi)、窗外以及其它情況。我們?cè)谑褂肅S算法的時(shí)候，需要判斷線段兩端端點(diǎn)的編碼，進(jìn)而判斷窗口和線段之間的位置關(guān)系，這種算法的缺點(diǎn)是對(duì)于判斷所做的工作比其他算法多。端點(diǎn)編碼檢查算法的核心代碼如下：
end point code algorithm
P1 and P2 are the end points of the line
xL，xn，yT，yB are the left， right， top and bottom window coordinates calculate the end point codes
put the codes for each end into 1*4 arrays called P1code and P2code
first end point： P1
if x1 < xL then P1code（4） = 1 else P1code（4） = 0
if x1 > xR then P1code（3） = 1 else P1code（3） = 0
if y1 < yB then P1code（2） = 1 else P1code（2） = 0
if y1 < yT then P1code（1） = 1 else P1code（1） = 0
second end point： P2
if x2 < xL then P1code（4） = 1 else P1code（4） = 0
if x2 > xR then P1code（3） = 1 else P1code（3） = 0
if y2 < yB then P1code（2） = 1 else P1code（2） = 0
if y2 < yT then P1code（1） = 1 else P1code（1） = 0
finish
（2）中點(diǎn)算法是基于硬件實(shí)現(xiàn)的。重點(diǎn)算法同樣把窗口和線段的關(guān)系分成三種情況：窗內(nèi)、窗外以及其它情況。對(duì)于窗內(nèi)和窗外這兩種情況，中點(diǎn)算法和CS算法的處理方法相同；對(duì)于第三種情況，中點(diǎn)算法簡單地將線段分成兩段。中點(diǎn)算法是基于硬件的，所以算法比較簡單，相對(duì)于用軟件來實(shí)現(xiàn)，更偏重于用硬件來實(shí)現(xiàn)。
（3）CB算法能夠裁剪任意一種凸多邊形的窗口。CB算法會(huì)將交點(diǎn)簡化成上下兩組，主要判斷的方法是：直線段的方向矢量和窗口邊法矢量的點(diǎn)積是否大于零。CB算法會(huì)取上組部分最小的交點(diǎn)以及下組最大的交點(diǎn)，作為可見部分的端點(diǎn)。由于CB算法更適用于一般情況，所以CB算法的運(yùn)算更加復(fù)雜。
（4）梁B算法在四種方法中，運(yùn)算速度最快。但是在某些特殊情況下，梁B算法也需要進(jìn)行大量的運(yùn)算。
四種基礎(chǔ)算法的適用情況，如表2-1所示。
2.2 逐點(diǎn)生成算法
上一小節(jié)主要介紹了圖像的裁剪，本小節(jié)的逐點(diǎn)生成算法主要著重于研究圖形曲線的繪制。由于任何圖像都是根據(jù)圖形而來，而任何圖形都需要繪制，所以圖形曲線的繪制也是一項(xiàng)非常基礎(chǔ)性的研究課題。
科學(xué)家最開始采用幾何算法作為繪圖算法，這是因?yàn)橐郧暗膱D形顯示器都是掃描類型的顯示器。目前這種算法已經(jīng)很少采用，但是在工程制圖的繪制過程中，受到各方面的限制，我們往往不得不采取這種方法。這種算法的基本思想就是：步長之間的兩個(gè)點(diǎn)，采取直線的方法連接。但是由于步長很小，我們實(shí)際看起來就是一條曲線。由于繪制條件以及算法本身的限制，這類算法有著自身的缺點(diǎn)：運(yùn)算量非常大而且繪制不夠精細(xì)。
不同于曲線的幾何算法，像素級(jí)生成算法是一種全新的基于計(jì)算機(jī)的算法，這種算法主要分成兩種。第一種是對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行求導(dǎo)，進(jìn)而計(jì)算出小于或等于一個(gè)像素迭代步長的距離的點(diǎn)。這類算法的優(yōu)點(diǎn)是能夠適用于大多數(shù)曲線的繪制；這類算法的缺點(diǎn)是計(jì)算量很大，而且會(huì)造成多余的計(jì)算。第二種是根據(jù)曲線的隱式方程，找出曲線走向中下一個(gè)像素中最近的點(diǎn)。正是由于采用了這種原理進(jìn)行曲線繪制，所以曲線的誤差在一個(gè)像素范圍內(nèi)。這類算法的優(yōu)點(diǎn)是速度快，因?yàn)槊恳淮蔚牟介L都是一個(gè)像素點(diǎn)的距離；這類算法的缺點(diǎn)是適用范圍狹窄[3]。
3. 結(jié)論
我們現(xiàn)代人生活在各種各樣的信息之中，如何應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理信息，處理圖形成為了一個(gè)越來越重要的課題。本論文主要介紹了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，以及兩種基礎(chǔ)算法：多邊形裁剪算法和逐點(diǎn)生成算法。對(duì)于這些基礎(chǔ)算法的研究，對(duì)提高計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)系能具有重要的意義。
參考文獻(xiàn)
[1]高云 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)若干基礎(chǔ)算法的研究[J] 沈陽工業(yè)大學(xué)，2002.
主管單位：中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)
主辦單位：中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)
出版周期：月刊
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號(hào)：1003-9775
國內(nèi)刊號(hào)：11-2925/TP
郵發(fā)代號(hào)：82-456
發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時(shí)間：1989
期刊收錄：
SA 科學(xué)文摘(英)(2009)
CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(bào)(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
期刊榮譽(yù)：
第三屆(2005)國家期刊提名獎(jiǎng)期刊
聯(lián)系方式
期刊簡介
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(ComputerGraphics，簡稱CG)是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)。簡單地說，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容就是研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。圖形通常由點(diǎn)、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。從處理技術(shù)上來看，圖形主要分為兩類，一類是基于線條信息表示的，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等，另一類是明暗圖，也就是通常所說的真實(shí)感圖形。經(jīng)過30多年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已成為計(jì)算機(jī)科學(xué)中最為活躍的分支之一，并得到廣泛的應(yīng)用。本文將介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容、發(fā)展歷史，應(yīng)用和圖形學(xué)前沿的方向。
1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展簡史
1950年，第一臺(tái)圖形顯示器作為美國麻省理工學(xué)院(MIT)旋風(fēng)號(hào)—(Whirlwind)計(jì)算機(jī)的附件誕生了。該顯示器用一個(gè)類似示波的陰極射線管(CRT)來顯示一些簡單的圖形。在整個(gè)50年代，只有子管計(jì)算機(jī)，用機(jī)器語言編程，主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算，為這些計(jì)算機(jī)置的圖形設(shè)備僅具有輸出功能。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)處于準(zhǔn)備和醞釀時(shí)期并稱之為：“被動(dòng)式”圖形學(xué)。1963年，伊凡•蘇澤蘭在麻省理工學(xué)院發(fā)表了名為《畫板》的博士論文，它標(biāo)志著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的正式誕生。此前的計(jì)算機(jī)主要是符號(hào)處理系統(tǒng)，自從有了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，計(jì)算機(jī)可以部分地表現(xiàn)人的右腦功能了，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的建立意義重大。
2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用
2.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造
CAN/CAN是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在工業(yè)界最廣泛，最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)被用來進(jìn)行土建工程，機(jī)械結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)飛機(jī)、汽車、船舶的外形和發(fā)電廠、化工廠等的布局以及電子線路、電子器件等。有時(shí)，著眼于產(chǎn)生工程和產(chǎn)品相應(yīng)結(jié)構(gòu)的精確圖形，然而更常用的是對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，產(chǎn)品和工程的相關(guān)圖形進(jìn)行人—機(jī)交互設(shè)計(jì)和修改，經(jīng)過反復(fù)的選代設(shè)計(jì)，便可利用結(jié)果數(shù)據(jù)輸出零件表、材料單、加工流程和工藝卡，或者數(shù)據(jù)加工代碼的指令。在電子工業(yè)中，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用到集成電路、印刷電路板，電子線路和網(wǎng)絡(luò)分析等方面的優(yōu)勢十分明顯。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行異地異構(gòu)系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)，已成為CAD領(lǐng)域最熱門的課題之一?，F(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)已不再是一個(gè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)孤立的技術(shù)問題，而是綜合了產(chǎn)品各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域，相關(guān)過程，相關(guān)技術(shù)資源和相關(guān)組織形式的系統(tǒng)化工程。
CAD領(lǐng)域另一個(gè)非常重要的研究領(lǐng)域是基于工程圖紙的三維形體重建。三維形體重建是從二維信息中提取三維信息，通過對(duì)這些信息進(jìn)行分類，綜合等一系列處理，在三維空間中重新構(gòu)造出二維信息所對(duì)應(yīng)的三維形體，恢復(fù)形體的點(diǎn)、線、面及其拓?fù)潢P(guān)素，從而實(shí)現(xiàn)形體的重建。
2.2科學(xué)計(jì)算可視化
目前科學(xué)計(jì)算可視化廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，流體力學(xué)，有限元分析，氣象分析當(dāng)中。尤其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可視化有著廣闊的發(fā)展前途。依靠精密機(jī)械做腦部手術(shù)是目前醫(yī)學(xué)上很熱門的課題，而這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)則是可視化。當(dāng)我們做腦部手術(shù)時(shí)，可視化技術(shù)技術(shù)將醫(yī)用CT掃描的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖象，使得醫(yī)生能夠看到并準(zhǔn)確的判別病人的體內(nèi)患處，然后通過碰撞檢測一類的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手術(shù)效果的反饋，幫助醫(yī)生成功完成手術(shù)。我們利用了可視化技術(shù)。天氣氣象站將大量數(shù)據(jù)，通過可視化技術(shù)轉(zhuǎn)化成形象逼真的圖形后，經(jīng)過仔細(xì)的分析就可以清晰的預(yù)見幾天后的天氣情況。
2.3圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真
重現(xiàn)真實(shí)世界的場景叫做真實(shí)感繪制。真實(shí)感繪制主要是模擬真實(shí)物體的物理屬性，簡單的說就是物體的形狀，光學(xué)性質(zhì)，表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對(duì)位置，遮擋關(guān)系等等。在自然景物仿真這項(xiàng)技術(shù)中我們需要過行消除隱藏線及面、明暗效應(yīng)、顏色模型、紋理、光線跟蹤，輻射度等工作。這其中光照和表面屬性是最難摸擬的。而且還必須處理物體表面的明暗效應(yīng)，以便用不同的色彩灰度來增加圖形的真實(shí)感。自然景物仿真在幾何圖形、廣告影視、指揮控制，科學(xué)計(jì)算等方面應(yīng)用范圍很廣。除了建造計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)的逼真物理模型外，真實(shí)感繪制還有一個(gè)研究重點(diǎn)是研究加速算法，力求能在最短的時(shí)間內(nèi)繪制出最真實(shí)的場景。
2.4計(jì)算機(jī)動(dòng)畫
隨著計(jì)算機(jī)圖形和計(jì)算機(jī)硬件的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫應(yīng)運(yùn)而生。事實(shí)上動(dòng)畫也只是生成一幅幅靜態(tài)的圖象，但是每一幅都是對(duì)前一幅小部分修改，如何修改便是計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的研究內(nèi)容，這樣，當(dāng)這些連續(xù)播放時(shí)，整個(gè)場景就動(dòng)起來。
早期的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫靈感來源于傳統(tǒng)的卡通片，在生成幾幅被稱作“關(guān)健幀”，連續(xù)播放時(shí)2個(gè)關(guān)健幀就被有機(jī)的結(jié)合起來了。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫內(nèi)容豐富多彩，生成動(dòng)畫的方法也多種多樣，比如基于特征的圖象變形，二維形狀混合，軸變形方法，三維自由形體變形等。近年來人們普遍將注意力轉(zhuǎn)向基于物理模型的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫生成方法。這是一種嶄新的方法，該方法大量運(yùn)用彈性力學(xué)和流體力學(xué)的方程進(jìn)行計(jì)算，力求使動(dòng)畫過程體現(xiàn)出最適合真實(shí)世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。然而要真正到達(dá)真實(shí)運(yùn)動(dòng)是很難的，比如人的行走或跑步，要實(shí)現(xiàn)很自然的人走路的畫面，計(jì)算機(jī)方程非常復(fù)雜和計(jì)算量極大，基于物理模型的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫還有許多內(nèi)容需要進(jìn)一步研究。
2.5計(jì)算機(jī)藝術(shù)
中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門理論與實(shí)驗(yàn)并重的學(xué)科。從理論方面看，該學(xué)科主要涉及與圖形相關(guān)的概念和算法，和數(shù)
學(xué)、物理等相關(guān)學(xué)科的關(guān)系緊密，學(xué)起來有一定的難度。而實(shí)驗(yàn)是理論教學(xué)的深化與補(bǔ)充，是抽象轉(zhuǎn)化為具體的方式，是晦澀難懂的公式變?yōu)榛钌嬅娴倪^程。通過實(shí)驗(yàn)，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，而且對(duì)于建立學(xué)生自信心、培養(yǎng)學(xué)生興趣也起至關(guān)重要的作用。學(xué)生對(duì)該課程是既喜歡又擔(dān)心學(xué)起來難度太大，如何上好第一次課，改變學(xué)生的態(tài)度，如何安排教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，使學(xué)生既易于接受又能反映計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和最新知識(shí)。本文針對(duì)這些問題，結(jié)合教學(xué)中的實(shí)際情況淺談一下自己的看法和體會(huì)。
1課程內(nèi)容介紹
在多數(shù)人的印象中，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和其它專業(yè)課相比較，數(shù)學(xué)公式太多，難以學(xué)習(xí)和理解。但是由于它的諸多應(yīng)用非常具有吸引力，尤其它是大家所感興趣的游戲和動(dòng)畫的基礎(chǔ)，很多學(xué)生又想接觸它。如何加強(qiáng)學(xué)生的這個(gè)念
頭，第一次課非常關(guān)鍵，它在很大程度上決定了學(xué)生是否選學(xué)這門課。圖形學(xué)的理論雖然抽象，但是所表示的內(nèi)容卻形象，可以以此作為突破口。我們知道被稱為“圖形學(xué)之父”的Sutherland博士論文答辯時(shí)，將所研究的內(nèi)容制作一部電影，邊放映邊講解，大獲成功。所以我覺得可以從一個(gè)動(dòng)畫短片或游戲片段出發(fā)，將所涉及的圖形學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通起來。因?yàn)樵跊]學(xué)習(xí)圖形學(xué)之前，學(xué)生很難建立圖形學(xué)知識(shí)和游戲動(dòng)畫之間的聯(lián)系。他們只知道圖形學(xué)理論很抽象，游戲動(dòng)畫很容易吸引學(xué)生眼球，而且也知道它們之間的關(guān)系很緊密，但具體有什么聯(lián)系卻不是很清楚。我們可以從此出發(fā)，引出圖形學(xué)的相關(guān)知識(shí)，讓學(xué)生在不知不覺中了解圖形學(xué)，接受圖形學(xué)。這樣輕松建立了相關(guān)知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，也解答了學(xué)生學(xué)有何用的疑問。
現(xiàn)以動(dòng)畫短片《棋逢敵手》(Geri's Game)為例來說明如何引出圖形學(xué)內(nèi)容。該短片講述的是Geri老頭在公園跟自己下棋的事，故事情節(jié)生動(dòng)，動(dòng)畫效果惟妙惟肖，很具吸引力。學(xué)生非常感興趣，這是怎么做的，采用什么技術(shù)，Geri老頭是怎么得到的等等一系列問題。我們便可以問題為導(dǎo)向一一解釋給學(xué)生。Geri老頭采用的是一種稱為Catmull－Clark的細(xì)分曲面造型技術(shù)，在造型之前需要準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，所謂巧婦難為無米之炊，一般這樣的數(shù)據(jù)是先建立一個(gè)實(shí)物的模型，然后通過三維激光掃描儀獲取的。三維掃描儀掃描實(shí)物的表面數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)量大，而且?guī)в性胍?，所以需要做去噪，簡化等處理。簡化后得到Geri老頭的表面骨架，然后再采用細(xì)分曲面造型技術(shù)獲取光滑逼真的模型。細(xì)分造型是一種逐層加細(xì)技術(shù)，如圖1所示，圖1(a)-(c)是不同層次的效果。從中可以看出圖(c)圖形的光滑效果最好，而圖(a)最差。但是圖(c)的數(shù)據(jù)量最大，這就需要根據(jù)不同情況選擇不同的圖形，如圖2所示，當(dāng)圖形距離我們較遠(yuǎn)時(shí)可以選擇精度不高的(a)圖形，而較近時(shí)選擇(c)圖形。在游戲動(dòng)畫方面，對(duì)速度要求高，而對(duì)圖形逼真性的要求相對(duì)低，這時(shí)可以選擇數(shù)據(jù)量小的圖形。這樣通過圖形展示給學(xué)生以感性的認(rèn)識(shí)，一方面易于接受，易于理解，另一方面也能增加學(xué)習(xí)的興趣。另外，形象逼真的圖形采用真實(shí)感繪制技術(shù)，場景遠(yuǎn)近變化利用了圖形變換的知識(shí)等等。一個(gè)短篇，基本上把圖形學(xué)的相關(guān)內(nèi)容都包括了，我們還可以再結(jié)合其它一些具體生動(dòng)的圖形動(dòng)畫介紹給學(xué)生。實(shí)際上，在圖形學(xué)授課的各個(gè)環(huán)節(jié)，為了調(diào)節(jié)枯燥的數(shù)學(xué)公式，都可以演示一些相關(guān)內(nèi)容的圖形，也所謂的多媒體教學(xué)，在這方面，圖形學(xué)應(yīng)該更有優(yōu)勢。
2理論與實(shí)踐并重
對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這樣的專業(yè)課而言，理論的學(xué)習(xí)離不開實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。抽象的理論，乏味的數(shù)學(xué)公式，如果不和實(shí)驗(yàn)結(jié)合，學(xué)生是體會(huì)不到學(xué)習(xí)樂趣的。通過實(shí)驗(yàn)，所學(xué)的知識(shí)得以鞏固，枯燥的算法與生動(dòng)的圖形之間建立聯(lián)系。學(xué)生的興趣也是通過實(shí)驗(yàn)建立起來的。每次實(shí)驗(yàn)報(bào)告，我都會(huì)要求學(xué)生寫下心得體會(huì)，從報(bào)告可以看出，多數(shù)學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)中找到快樂，能夠通過實(shí)驗(yàn)建立自信心，成就感。他們說做實(shí)驗(yàn)很受鍛煉，知識(shí)掌握的也更牢固。當(dāng)然有的學(xué)生也提到，做實(shí)驗(yàn)是一件非常辛苦的事情，特別是沒有思路或者找不到錯(cuò)誤時(shí)，真的很痛苦。但是成功后的滿足，特別是做出來的那一瞬間，那種心境別人無法體會(huì)。
由于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是專業(yè)限選課，學(xué)時(shí)不多。我們一般安排32個(gè)上課學(xué)時(shí)和16個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。為了增加學(xué)生的知識(shí)面，我們的實(shí)驗(yàn)是在Sun工作站Solaris操作系統(tǒng)下采用gcc編譯器進(jìn)行，編程時(shí)調(diào)用OpenGL庫中的圖形函數(shù)。通常安排4個(gè)學(xué)時(shí)熟悉這些內(nèi)容。這樣根據(jù)剩余學(xué)時(shí)安排五個(gè)小實(shí)驗(yàn)：直線生成、裁剪、幾何變換、曲線生成以及真實(shí)感圖形繪制，還有一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)：做一個(gè)簡單的圖形系統(tǒng)。題目的要求隨著難易程度變化。直線生成算法比較簡單，學(xué)生編寫的程序應(yīng)具有通用性，適用于任何直線。裁剪算法是為了確定顯示區(qū)域內(nèi)的圖形，實(shí)驗(yàn)一般要求實(shí)現(xiàn)線段裁剪算法，算法易于實(shí)現(xiàn)，考慮到易操作性，采用交互式的畫線方式，即以鼠標(biāo)點(diǎn)擊繪圖區(qū)的位置確定線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)，其中涉及消息映射和屏幕坐標(biāo)到世界坐標(biāo)轉(zhuǎn)化等相關(guān)知識(shí)。幾何變換幾乎在每個(gè)圖形系統(tǒng)或圖形應(yīng)用軟件都有使用，其主要包括旋轉(zhuǎn)、平移、縮放以及復(fù)合變換等內(nèi)容。學(xué)生對(duì)三維圖形更感興趣，尤其是較復(fù)雜的圖形。在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，通常先介紹一些三維圖形的相關(guān)知識(shí)，包括幾何圖形表示、存儲(chǔ)形式以及讀文件操作等，一般以簡單的OBJ數(shù)據(jù)文件為例。然后讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)三維圖形的幾何變換。另外，考慮到該實(shí)驗(yàn)包括幾個(gè)操作，增加了菜單選擇功能。曲線曲面也是圖形學(xué)的核心內(nèi)容，生成方法有兩種：一種是逐層遞推的方法，另一種是根據(jù)參數(shù)曲線定義。學(xué)生根據(jù)自己的理解選擇不同的方法實(shí)現(xiàn)。在曲線生成的基礎(chǔ)上，增加鼠標(biāo)拖動(dòng)控制點(diǎn)改變曲線曲面形狀的功能。真實(shí)感實(shí)驗(yàn)是為了增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，通過調(diào)用OpenGL的庫函數(shù)做出一些漂亮的效果，讓學(xué)生感覺到圖形學(xué)功能很強(qiáng)大，一些看似復(fù)雜的效果實(shí)現(xiàn)起來也簡單，只需調(diào)用OpenGL中現(xiàn)成的庫函數(shù)。綜合性實(shí)驗(yàn)報(bào)告我也鼓勵(lì)學(xué)生做一些自己感興趣的東西，比如有的學(xué)生對(duì)游戲很感興趣，基礎(chǔ)也較好，想做一個(gè)小游戲，我是完全許可的。應(yīng)該來說，安排的實(shí)驗(yàn)任務(wù)重，覆蓋內(nèi)容多，在有限學(xué)時(shí)內(nèi)完成這些實(shí)驗(yàn)是不可能的，需要學(xué)生在課外做許多準(zhǔn)備工作。而且，有些知識(shí)點(diǎn)較難，學(xué)生難以消化。針對(duì)這種情況，實(shí)驗(yàn)部分也分了解和掌握兩種情況，這樣做的一個(gè)目的就是想增加學(xué)生的知識(shí)面。
3教學(xué)內(nèi)容安排
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)更新快，內(nèi)容深而廣，如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)安排教學(xué)內(nèi)容，使講解的知識(shí)難度適中，既兼顧基礎(chǔ)知識(shí)又可以反映計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的最新成果和技術(shù)，同時(shí)，既兼顧理論又兼顧實(shí)驗(yàn)。另外，在學(xué)生可以接受的情況下盡可能介紹三維知識(shí)。
我們的教學(xué)內(nèi)容主要分這幾部分內(nèi)容：光柵圖形學(xué)，圖形變換，幾何造型，真實(shí)感圖形繪制。而且，各部分內(nèi)容貫穿OpenGL的相關(guān)知識(shí)。前兩部分比較基礎(chǔ)，內(nèi)容相對(duì)簡單，課時(shí)盡可能安排緊湊，理論講的相對(duì)深入。但是對(duì)于幾何造型，尤其是曲線曲面造型部分，內(nèi)容的深淺需要根據(jù)學(xué)生情況來把握。曲面難度較大，一般只介紹大致的思路及做一些演示。對(duì)于曲線，如果講得比較深入，對(duì)于基礎(chǔ)不好的學(xué)生來說也難以接受。我曾嘗試采用分段多項(xiàng)式的形式推導(dǎo)B樣條基函數(shù)，不少同學(xué)聽得很費(fèi)力，甚至影響后面知識(shí)的學(xué)習(xí)?，F(xiàn)在講這部分內(nèi)容時(shí)，我只是介紹基函數(shù)的由來，告訴學(xué)生基函數(shù)是根據(jù)曲線的性質(zhì)和定義推導(dǎo)出來的，不是隨隨便便指定的，這樣學(xué)生比較容易接受。實(shí)際上，無論Bezier曲線或B樣條曲線，都是曲線造型技術(shù)中的經(jīng)典算法，但也存在缺點(diǎn)。目前比較流行的曲線造型技術(shù)是細(xì)分算法，它有很多很好的性質(zhì)，如多分辨率，應(yīng)用簡單等。由于其比較新，很多教科書中尚未介紹。一般我從應(yīng)用層的角度將三次B樣條細(xì)分和四點(diǎn)插值細(xì)分等典型算法介紹給學(xué)生，介紹他們的特點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)技術(shù)。真實(shí)感圖形繪制部分，涉及數(shù)學(xué)、物理、心理學(xué)等方面的知識(shí)，理論較深，不太適合本科生學(xué)習(xí)。但由于其做出來的圖形太漂亮，很具吸引力。而且，用OpenGL的庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)并不難，所以這部分內(nèi)容我一般是介紹一些基本概念，然后做一些程序演示。一方面增加學(xué)習(xí)的興趣，另一方面讓他們意識(shí)到，有些知識(shí)盡管理論比較深，但由于有現(xiàn)成的類似OpenGL庫函數(shù)這樣的技術(shù)支撐，也容易實(shí)現(xiàn)。很多東西并不是想象的那么神秘，那么可怕。
4結(jié)語
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門理論內(nèi)容深，應(yīng)用范圍廣的課程。本文就如何組織教學(xué)內(nèi)容談了自己的見解和體會(huì)，目的在于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在易于接受的情況下學(xué)到更多有用的知識(shí)。實(shí)踐表明方法具有一定的可行性，普遍學(xué)生反映，通過課程的學(xué)習(xí)體會(huì)到了圖形學(xué)的博大精深，增加了圖形學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。但也有部分同學(xué)感覺有些內(nèi)容講解不夠深入，難以理解。所以，如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)更好地組織教學(xué)，還有待進(jìn)一步探討。相信通過學(xué)習(xí)、思考和實(shí)踐可以做得更好。
參考文獻(xiàn)：
[1] 唐榮錫,汪嘉業(yè),彭群生. 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教程(修訂版)[M]. 北京:科學(xué)出版社,2000.
英國高校的三維動(dòng)畫教育一般采取三位一體的教學(xué)模式。其中包括計(jì)算圖形學(xué)技術(shù)的學(xué)習(xí)，藝術(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的學(xué)習(xí)。這三方面互為補(bǔ)充，構(gòu)成了一個(gè)比較完善的教學(xué)體系。相比于英國計(jì)算機(jī)動(dòng)畫教育，我們存在以下幾個(gè)問題：
1．1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)教育的缺乏計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（ComputerGraphics，簡稱CG）是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)。簡單地說，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容就是研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。在計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫中，要依靠計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種效果，如毛發(fā)、火焰及模擬各種真實(shí)的動(dòng)作，如地震。可以說，計(jì)算機(jī)技術(shù)的開發(fā)大大推動(dòng)了計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫領(lǐng)域的前進(jìn)，可見其重要性。英國三維動(dòng)畫教育很重視這方面技術(shù)的教學(xué)和實(shí)踐，也針對(duì)這些技術(shù)也開設(shè)了一系列課程。伯恩茅斯大學(xué)傳媒學(xué)院就開設(shè)了MotionCapture（動(dòng)作捕捉）課程，而在國內(nèi)高職院校的三維動(dòng)畫教育中，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的學(xué)習(xí)是是非常欠缺的一部分。當(dāng)然也存在一些客觀因素，例如MotionCapture（動(dòng)作捕捉）這門課，需要相關(guān)硬件設(shè)備和軟件支持，并且設(shè)備價(jià)格不菲，由于資金的不足或?qū)W院的忽視都導(dǎo)致這些必備課程的無法開設(shè)，并直接導(dǎo)致學(xué)生嚴(yán)重缺乏必要的計(jì)算機(jī)技術(shù)，這也大大桎梏了三維動(dòng)畫在中國的發(fā)展。
1.2計(jì)算機(jī)動(dòng)畫教育缺乏人性化和個(gè)性化英國動(dòng)畫教育不但注重培養(yǎng)的學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神，更注重學(xué)生個(gè)性和專長的發(fā)展，相比較而言，國內(nèi)高等職業(yè)教育存在一種通病，就是通才教育。過分注重學(xué)生什么都要會(huì)，缺乏人性化和個(gè)性化發(fā)展，使得學(xué)生本身的特點(diǎn)和優(yōu)勢受到遏制，反而學(xué)到最后什么都會(huì)，缺什么都不精，反倒不利于專業(yè)素質(zhì)的提高。
2考試評(píng)價(jià)體系
2.1評(píng)分的公開性對(duì)于伯恩茅斯大學(xué)傳媒學(xué)院，每門課程內(nèi)容及進(jìn)度安排，任課老師都會(huì)公布在學(xué)習(xí)網(wǎng)站上，提前讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。課程的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和考試分?jǐn)?shù)，任課老師也會(huì)公布在學(xué)院網(wǎng)站上，供學(xué)生查閱。
2.2評(píng)分公平性英國的考生，為了公平起見，一般都安排兩個(gè)考試或以上評(píng)分，包括卷面考試、論文和操作考試等，而且大部分的考試就是老師評(píng)分完了以后，也要等學(xué)院的考試委員會(huì)專門開會(huì)通過才能夠正式公布。而且英國考生可以對(duì)考試分?jǐn)?shù)提出質(zhì)疑，甚至進(jìn)行投訴，針對(duì)院校的投訴如果不能通過校內(nèi)協(xié)商解決的話，有關(guān)學(xué)生可以把投訴提交給獨(dú)立仲裁員辦公室。這種評(píng)價(jià)體系可以督促老師嚴(yán)格公正的作出評(píng)分，有效的減少不嚴(yán)謹(jǐn)不認(rèn)真的評(píng)分現(xiàn)象。對(duì)于伯恩茅斯大學(xué)傳媒學(xué)院，如果學(xué)生在評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)中的某一方面特別突出，還可以要求老師改變?cè)u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)在這方面多占比重。最后的考試作品，會(huì)有多個(gè)教師同時(shí)參與考評(píng)并寫出分?jǐn)?shù)及評(píng)價(jià)語言，指出學(xué)生作品的優(yōu)缺點(diǎn)，提出改進(jìn)意見。而這也是我們高職專業(yè)課考試評(píng)分體系所欠缺的，往往只有簡單的阿拉伯?dāng)?shù)字，缺乏針對(duì)性的評(píng)語，也不利于學(xué)生后續(xù)專業(yè)提高和發(fā)展。
3設(shè)備支持
中圖分類號(hào)：F49文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
由于計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的廣闊應(yīng)用領(lǐng)域和前景，使得我們不得不花更多精力和時(shí)間來研究這門技術(shù)。本文簡單介紹了計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的概念和發(fā)展概況，重點(diǎn)論述了計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能與應(yīng)用問題。希望與相關(guān)學(xué)科的學(xué)者、專家共同探討。
一、計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)概述
1、概念。計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)，由軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)和人員組成。其中，軟件是計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的核心，硬件系統(tǒng)為軟件正常運(yùn)行提供了基礎(chǔ)保障和運(yùn)行平臺(tái)；計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)是一個(gè)輔助工具，系統(tǒng)的運(yùn)行離不開系統(tǒng)使用人員及其智力活動(dòng)。
2、歷史發(fā)展。上世紀(jì)五十年代，第一臺(tái)具有指揮和控制功能的CRT（陰極射線管）顯示器誕生，利用該顯示器，使用者可以用光筆進(jìn)行簡單的圖形交互操作，這標(biāo)志著交互式計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)的誕生。六十年代是交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展的重要時(shí)期。1962年MIT林肯實(shí)驗(yàn)室的Ivan E.Sutherland在其博士論文中，首次提出了“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”這個(gè)術(shù)語，他開發(fā)的Sketchpad圖形軟件包可以實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕上進(jìn)行圖形顯示與修改的交互操作。在此基礎(chǔ)上，美國的一些大公司和實(shí)驗(yàn)室開展了對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的大規(guī)模研究。七十年代，交互式計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)日趨成熟，計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，基于電視技術(shù)的光柵掃描顯示器的出現(xiàn)，這些都極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展。再之后，有關(guān)的圖形標(biāo)準(zhǔn)被相繼推出，如計(jì)算機(jī)圖形接口、圖形核心系統(tǒng)、程序員層次交互式圖形系統(tǒng)，以及初始圖形交換規(guī)范、產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)等。
二、計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能
隨著計(jì)算機(jī)硬件功能的不斷提高、系統(tǒng)軟件的不斷完善，計(jì)算機(jī)繪圖已廣泛應(yīng)用于各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域，并發(fā)揮愈來愈大的作用。計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)功能強(qiáng)大，主要有計(jì)算功能、存儲(chǔ)功能、輸入功能、輸出功能和交互功能等。
1、計(jì)算功能。計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的計(jì)算功能包括形的描述、分析和設(shè)計(jì)；圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、投影、透視等幾何變換；曲線、曲面的生成；圖形之間相互關(guān)系的檢測等。
2、存儲(chǔ)功能。在計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)中圖形數(shù)據(jù)庫可以存放各種圖形的幾何數(shù)據(jù)及圖形之間的相互關(guān)系，并可以快捷便利地實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的編輯、刪除、增加、修改等操作。
3、輸出功能和輸入功能。在計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)中圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算后可在顯示器上顯示當(dāng)前的狀態(tài)，經(jīng)過圖形編輯后的結(jié)果，同時(shí)還能通過繪圖儀、打印機(jī)、一體機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)輸出，以便長期保存。
4、交互功能。設(shè)計(jì)人員可通過顯示器或其他人機(jī)交互設(shè)備直接進(jìn)行人機(jī)通信，對(duì)計(jì)算結(jié)果和圖形利用定位，拾取等手段進(jìn)行修改，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)者或操作員輸入的錯(cuò)誤給以必要的提示和幫助。
5、算法生成。計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)所涉及的算法是非常豐富的，圍繞著生成、表示物體的圖形、圖像的準(zhǔn)確性、真實(shí)性和實(shí)時(shí)性，其算法大致可分為以下幾類：基于圖形設(shè)備的基本圖形元素的生成算法；基本圖形元素的幾何變換、投影變換、窗口裁剪等算法；山、水、花、草、煙云等模糊景物的生成算法；三維或高維數(shù)據(jù)場的可視化算法；虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的生成及其控制算法。
三、計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的應(yīng)用
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展以及計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的不斷更新和圖形軟件功能的不斷擴(kuò)充，使得計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)硬件功能的不斷增強(qiáng)和系統(tǒng)軟件不斷完善，計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)在近年得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用。目前，主要的應(yīng)用領(lǐng)域有：用戶接口；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造；科學(xué)、技術(shù)及事務(wù)管理中的交互繪圖；繪制勘探，測量圖形；過程控制及系統(tǒng)環(huán)境模擬；電子印刷及辦公室自動(dòng)化；藝術(shù)模擬；科學(xué)計(jì)算的可視化；工業(yè)模擬，一個(gè)十分大的應(yīng)用領(lǐng)域，包含對(duì)各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)模擬和靜，動(dòng)態(tài)裝配模擬，在產(chǎn)品和工程的設(shè)計(jì)、數(shù)控加工等領(lǐng)域迫切需要；計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)中，通過它可以使教學(xué)過程更加形象、直觀、生動(dòng)，可以極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果。
一、引言
隨著三維掃描技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)廣泛應(yīng)用于工業(yè)，機(jī)械，醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，三維模型成為一種新多媒體數(shù)據(jù)類型，面對(duì)龐大的三維模型數(shù)據(jù)庫， 幫助用戶快速準(zhǔn)確地獲取所需三維模型，實(shí)現(xiàn)資源重用成為了計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。如何合理地描述三維模型即特征提取成為三維模型檢索首先要解決的難點(diǎn)問題。同時(shí)絕大多數(shù)三維模型檢索的研究都是針對(duì)通用模型進(jìn)行的. 這也使得對(duì)三維模型特征提取的研究更加復(fù)雜。現(xiàn)有的三維模型檢索技術(shù)可以分為基于統(tǒng)計(jì)特征、基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、基于幾何結(jié)構(gòu)分析和基于視圖四大類。
基于統(tǒng)計(jì)特征的方法通過對(duì)三維模型的某一特征信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得統(tǒng)計(jì)直方圖后將其量化而得到三維模型特征向量，但是大多數(shù)統(tǒng)計(jì)特征帶有隨機(jī)性， 檢索性能不穩(wěn)定。基于拓?fù)浜徒Y(jié)構(gòu)分析得到的特征在檢索系統(tǒng)中檢索響應(yīng)時(shí)間較長?；谝晥D將三維模型投影成多個(gè)不同視角的二維圖像，再對(duì)二維投影進(jìn)行特征的提取用以描述三維模型。這種方法將復(fù)雜的三維問題轉(zhuǎn)化為較為成熟的二維圖像處理問題，降低了計(jì)算的復(fù)雜度，符合人的視覺特征，檢索性能較好?；谝晥D的三維模型特征提取一般為三個(gè)步驟模型預(yù)處理，視圖獲取，描述符提取。
二、模型預(yù)處理
對(duì)于任意三維模型，其初始空間位置、尺寸及方向具有很大的隨機(jī)性，為了對(duì)三維模型在相同尺度、相同規(guī)則下進(jìn)行比較檢索，首先對(duì)其進(jìn)行位置和尺寸標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理。一般分為三個(gè)部分平移歸一化，旋轉(zhuǎn)歸一化，尺度歸一化。 完整的模型歸一化過程表述為如下的幾何變換。
S*R*（I-C） （2-1）
式中： s 為縮放系數(shù)；R 為對(duì)應(yīng)于PCA變換的旋轉(zhuǎn)矩陣；I 為原始模型坐標(biāo)；C為坐標(biāo)原點(diǎn)。
2.1平移歸一化
平移歸一化的目的是為了在模型上找到一個(gè)點(diǎn)作為新坐標(biāo)系的原點(diǎn)，重新計(jì)算模型在新坐標(biāo)系中的頂點(diǎn)坐標(biāo)實(shí)際應(yīng)用中的三維模型往往不是密度均勻分布的模型，文獻(xiàn)[1]采用面積加權(quán)法來提高重心平移的魯棒性，也就是將每個(gè)點(diǎn)的表面積作為該頂點(diǎn)的權(quán)重。
2.2旋轉(zhuǎn)歸一化
旋轉(zhuǎn)歸一化的目的是為了保證模型具有一個(gè)統(tǒng)一的姿態(tài)方向，使得提取的特征具有旋轉(zhuǎn)不變性，文獻(xiàn)[2]對(duì)旋轉(zhuǎn)歸一化改進(jìn)利用蒙特卡羅法在三維模型表面均勻采點(diǎn)，以此代替原來頂點(diǎn)。該方法的特點(diǎn)是能快速地按照等面積原則，在三維模型表面采樣大量的三維點(diǎn)數(shù)據(jù)。
2.3 尺度歸一化
為了統(tǒng)一三維模型的尺度，保證拉伸不變性，需要計(jì)算縮放因子。文獻(xiàn)[1]采用的方法是找到模型中距離質(zhì)心最遠(yuǎn)的頂點(diǎn)，取值為這個(gè)最大距離的倒數(shù)，然后按照這個(gè)系數(shù)進(jìn)行縮放。
三、視圖獲取
模型預(yù)處理完成后需要進(jìn)行視圖提取，按照提取的視圖是否進(jìn)行二次選擇可分為：最優(yōu)視圖提取和多視圖提取.
3.1多視圖提取
多視圖提取一般將模型放在球體或正方體盒內(nèi)，在不同角度攝取二維深度圖像，Min[3]等人提出使用三維模型的二維輪廓圖描述比較模型之間的相似性。該方法從模型的正視、側(cè)視及俯視三個(gè)固定方向獲得二維投影視圖，然后對(duì)每副視圖進(jìn)行輪廓特征提取。該方法由于只選擇了三個(gè)固定方向上獲取視圖。不能夠完全表達(dá)模型Chen[4]等提出一種基于光場（LightFiel Descriptor， LFD）的特征算法。首先，在正十二面體的10個(gè)頂點(diǎn)處捕獲二維圖像，由于正十二面體是對(duì)稱的所以只取20個(gè)頂點(diǎn)中的10個(gè)。每個(gè)頂點(diǎn)處設(shè)定10中不同的光場，這樣對(duì)于各個(gè)三維模型可以采100張圖像。對(duì)于每張圖像提取Zemike矩特征（取35個(gè)系數(shù)）和傅里葉變換特征（取10個(gè)系數(shù)），最后用4500維的特征向量來表示一個(gè)三維模型，龐大的特征向量帶來計(jì)算的困難。Shih[5]等提出了一種基于正視圖的特征提取算法，提取六個(gè)正視圖來表示三維模型，所有正視圖都是二維灰度圖形，用最小正方體盒包圍三維模型分別從前部，上部，右部，后部，下部和左部6個(gè)角度投影獲得正視圖，將每個(gè)圖形分解為L個(gè)同心正方形提取出圖形描述符。
3.2最優(yōu)視圖提取
由于產(chǎn)生的多視圖來描述模型在檢索模型時(shí)計(jì)算時(shí)間長，且有些視圖是冗余的。有些研究者會(huì)將多視圖進(jìn)行最優(yōu)選擇出一組或一個(gè)最優(yōu)視圖。Cyr[6]等人提出基于形狀相似性的代表性視圖（Aspect Graph）方法。該方法首先對(duì)三維模型從不同視點(diǎn)得到大量視圖，然后用一組代表性視圖描述三維模型。代表性視圖通過對(duì)視圖集聚類分析，選擇那些彼此之間存在明顯差異的視圖而得到。
劉志等采用AdaBoost算法對(duì)輸入三維模型形狀特征進(jìn)行相似性學(xué)習(xí)得到該模型的最優(yōu)視圖樣例，然后將輸入模型從不同視點(diǎn)得到的渲染視圖和最優(yōu)視圖樣例進(jìn)行形狀相似性分析，以相似度最高者作為輸入模型的最優(yōu)視圖.得到的最優(yōu)視圖不僅可以有效地逼近用戶選擇結(jié)果而且具有較好的穩(wěn)定性。
四、總結(jié)
由于三維模型及其組成的三維場景能提供比二維圖像更多、更豐富的視覺感知細(xì)節(jié)。所以三維模型的檢索與復(fù)用近年來成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要研究課題。但三維模型比二維圖像特征提取更為復(fù)雜，現(xiàn)在二維圖像處理技術(shù)非常成熟所以將三維模型表達(dá)成視圖在進(jìn)行處理，得到很好的模型描述符在檢索三維模型時(shí)節(jié)省時(shí)間。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]基于視圖的三維模型檢索技術(shù)研究 馮毅攀 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 2011.10.20
[2]三維模型特征提取與檢索 柳 偉 申請(qǐng)上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文 2008.1
[3] P. Min， J. Chen， T. Funkhouser. A 2D sketch interface for a 3D model search engine[A]. Proc of 2002 annual conference on Computer Graphics Proceedings[C]. San Autonio： ACM， 2002， 138.
[4]D.Y. Chen， X.P. Tian， Y.T. Shen. et al. On visual similarity based on 3D model retrieval[J]. Computer Graphics Forum. 2003， 22（3）： 223-232
主管單位：黑龍江省科學(xué)院
主辦單位：黑龍江省科學(xué)院自動(dòng)化所;黑龍江省自動(dòng)化學(xué)會(huì)
出版周期：月刊
出版地址：黑龍江省哈爾濱市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號(hào)：1003-7241
國內(nèi)刊號(hào)：23-1474/TP
郵發(fā)代號(hào)：14-37
發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時(shí)間：1982
期刊收錄：
核心期刊：
期刊榮譽(yù)：
就本體而言，任何一個(gè)畫種都包括技術(shù)和藝術(shù)兩個(gè)方面，所謂數(shù)碼畫藝術(shù)就是一門借助于數(shù)碼技術(shù)手段進(jìn)行繪畫創(chuàng)作的藝術(shù)。然而與數(shù)碼畫相關(guān)的技術(shù)到底有哪些，傳統(tǒng)繪畫的技術(shù)、機(jī)械復(fù)制的動(dòng)畫技術(shù)與數(shù)碼畫的技術(shù)關(guān)系如何?目前理論界尚沒有做出明確和系統(tǒng)的回答，對(duì)于這一問題的回答直接關(guān)系到什么是數(shù)碼畫以及數(shù)碼畫所涵蓋的藝術(shù)類型究竟有哪些。本文重點(diǎn)從后現(xiàn)代性技術(shù)視野下對(duì)數(shù)碼畫的技術(shù)展開闡述。
一、后現(xiàn)代性技術(shù)與數(shù)碼畫的技術(shù)限定
界定數(shù)碼畫首先要對(duì)數(shù)碼畫藝術(shù)中的技術(shù)因素進(jìn)行界定，這一技術(shù)有別于傳統(tǒng)繪畫的前現(xiàn)代技術(shù)，機(jī)械復(fù)制的現(xiàn)代技術(shù)，我們把它定位在后現(xiàn)代性技術(shù)。在西方的藝術(shù)史長河中，技術(shù)因素是直到現(xiàn)代社會(huì)才充分重視起來的。
在現(xiàn)代之前，由于生產(chǎn)力落后，和藝術(shù)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展水平也一直比較低，所以在思想家的眼中藝術(shù)的本質(zhì)更多地是和歷史、理念、精神、信仰等因素結(jié)合在一起。而人類進(jìn)人現(xiàn)代社會(huì)以后，飛速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)對(duì)藝術(shù)產(chǎn)生了重大影響，藝術(shù)品從制作、傳播到接受都發(fā)生了本質(zhì)變化。
技術(shù)，尤其是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)能從形式和內(nèi)容兩個(gè)方面對(duì)藝術(shù)產(chǎn)生巨大影響，關(guān)于此，德國思想家瓦爾特.本雅明的理論尤其值得重視，哈佛大學(xué)的學(xué)者林賽·沃特斯這樣概括本雅明的理論:“藝術(shù)作品中沒有一個(gè)突然出現(xiàn)并能夠解決一切難題的藝術(shù)創(chuàng)造者;相反，那兒卻有一個(gè)機(jī)器，它與人一起創(chuàng)造了如電影和搖滾樂等一些思想高超的人寧愿其流產(chǎn)的藝術(shù)形式。這其中，隱含的話語是有一種技術(shù)(那是代表機(jī)器的技術(shù))參與了藝術(shù)品的創(chuàng)作，由此可以看出，藝術(shù)中的技術(shù)自此分為兩個(gè)層次，一是以人的“肉體”為基礎(chǔ)的“技藝”，即藝術(shù)家制作藝術(shù)品的技能二是以機(jī)器為基礎(chǔ)的“技術(shù)系統(tǒng)”，前者是主體所具備的技能技巧，后者是指人類社會(huì)發(fā)明的機(jī)器所構(gòu)成的系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以幫助人們擴(kuò)張自己的技能技巧，它是獨(dú)立于藝術(shù)品和藝術(shù)家的技術(shù)體系。后者是在前者的基礎(chǔ)上被發(fā)展起來的(其發(fā)展的動(dòng)力就是科技進(jìn)步)?；蛘哒f被“科學(xué)化”的技藝構(gòu)成了數(shù)碼畫的技術(shù)系統(tǒng)。應(yīng)該說，數(shù)碼畫技術(shù)的這兩種含義是統(tǒng)一的，因?yàn)榧夹g(shù)系統(tǒng)的功能應(yīng)該是人類自身技藝的延續(xù)和拓展，就像麥克盧漢所說的，技術(shù)是人的延伸，人是技術(shù)的主人。因此在技術(shù)現(xiàn)代性的背景下，數(shù)碼畫的技術(shù)已非傳統(tǒng)繪畫的“肉體技藝”，而是包含了“機(jī)器的技術(shù)系統(tǒng)”。該系統(tǒng)包含了現(xiàn)代的機(jī)械復(fù)制技術(shù)系統(tǒng)以及后現(xiàn)代的數(shù)字仿真技術(shù)系統(tǒng)，本文論述的重點(diǎn)不是前現(xiàn)代的“肉體技藝”，也不是現(xiàn)代的機(jī)械復(fù)制技術(shù)而是與數(shù)碼畫相關(guān)后現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)的技術(shù)，它涉及到數(shù)碼畫的創(chuàng)作、傳播與接受環(huán)節(jié)。這些技術(shù)主要分為三大類，一是數(shù)碼畫的制作(生產(chǎn))技術(shù)，包括類傳統(tǒng)繪畫技術(shù)(非真實(shí)渲染靜態(tài)作品的技術(shù))、三維技術(shù)、動(dòng)畫技術(shù)等二是數(shù)碼畫的傳播技術(shù)(網(wǎng)絡(luò)等技術(shù));三是數(shù)碼畫的接受技術(shù)(多媒體互動(dòng)技術(shù)等)。
生產(chǎn)數(shù)碼畫的技術(shù)，數(shù)碼畫技術(shù)的核心是其創(chuàng)作(制作、生產(chǎn))技術(shù)，即數(shù)碼畫的創(chuàng)作者在創(chuàng)作數(shù)碼畫時(shí)使用的技術(shù)，它能夠直接造成數(shù)碼畫的獨(dú)特藝術(shù)形式及類型。它實(shí)際上包含了接受環(huán)節(jié)與大眾互動(dòng)的技術(shù)以及在創(chuàng)作環(huán)節(jié)與其他畫家或大眾互動(dòng)的技術(shù)，在創(chuàng)作數(shù)碼畫的時(shí)候同樣也要考慮到數(shù)碼畫的傳播環(huán)節(jié)與接受環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)碼畫創(chuàng)作技術(shù)上的限制。
1.非真實(shí)渲染靜態(tài)作品的技術(shù)
計(jì)算機(jī)科學(xué)的迅速發(fā)展對(duì)人類的藝術(shù)活動(dòng)產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響，提出了許多新的命題和挑戰(zhàn)。在視覺藝術(shù)領(lǐng)域數(shù)字藝術(shù)迅速成長和壯大，漸漸成為主流的藝術(shù)形態(tài)。數(shù)字藝術(shù)以嶄新的理念和多樣的形式向我們展示了它的迷人魅力，但是我們也驚奇地發(fā)現(xiàn)，在數(shù)字圖形圖像的研究和表現(xiàn)領(lǐng)域還存在著一種以模擬傳統(tǒng)繪畫風(fēng)格為目標(biāo)的技術(shù)和藝術(shù)，它在滿足藝術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域需要的同時(shí)，也體現(xiàn)了人們對(duì)傳統(tǒng)藝術(shù)的留戀之情。對(duì)傳統(tǒng)繪畫的數(shù)字仿真，專業(yè)名稱叫“非真實(shí)渲染”，又叫“非照片真實(shí)感繪制”，顧名思義，是“指利用計(jì)算機(jī)生成不具有照片般真實(shí)感，而具有傳統(tǒng)手繪風(fēng)格的圖形的技術(shù)。非真實(shí)渲染以模擬傳統(tǒng)繪畫效果作為自己的目標(biāo)，很自然的我們就會(huì)想將它與傳統(tǒng)藝術(shù)進(jìn)行比較，非真實(shí)渲染和傳統(tǒng)手繪都是在二維平面上以點(diǎn)、線、面等造型元素構(gòu)成的一種藝術(shù)形式，因而所呈現(xiàn)出來的視覺特征總體來說是一致的，而且，非真實(shí)渲染就是把模擬傳統(tǒng)手繪的效果作為自己的根本任務(wù)，傳統(tǒng)繪畫的藝術(shù)效果正是非真實(shí)渲染技術(shù)所孜孜以求的。
2.基于三維建模的模擬繪畫技術(shù)
傳統(tǒng)繪畫中由于透視規(guī)律的發(fā)現(xiàn)大師們創(chuàng)作出了在二維平面中描繪深度空間的杰出作品，數(shù)碼畫中的三維技術(shù)則虛擬性的統(tǒng)攝下創(chuàng)造了類似雕塑圓雕的全方位的空間效果，就是說我們可以從任何一個(gè)角度欣賞數(shù)碼畫，這進(jìn)一步拓展了繪畫表現(xiàn)的空間，三維技術(shù)是數(shù)碼畫的一項(xiàng)主要專業(yè)技術(shù)，應(yīng)用三維軟件建模后再導(dǎo)入繪畫軟件，可以在三維的空間中實(shí)現(xiàn)模擬繪畫的效果，或者在三維軟件建模后直接渲染出繪畫效果，目前在創(chuàng)建的三維模型上可以渲染出國畫等畫種的效果，至于渲染的其他更多更好的繪畫效果有待于軟件師和畫家們的共同努力。
3.計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)
計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)是指使畫面由單純的靜止?fàn)顟B(tài)流動(dòng)起來的的技術(shù)，包括二維、三維技術(shù)，一般來說，按電腦軟件在動(dòng)畫制作中的分類，電腦動(dòng)畫有電腦輔助動(dòng)畫和造型動(dòng)畫兩種。電腦輔助動(dòng)畫屬于二維動(dòng)畫，造型動(dòng)畫屬于三維動(dòng)畫。電腦動(dòng)畫的產(chǎn)生大致有這樣幾個(gè)程序:(1)關(guān)鍵幀(原畫)的產(chǎn)生;(2)中間畫的生成;(3)分層制作合成;(4)著色;(5)預(yù)演。傳統(tǒng)的數(shù)字動(dòng)畫就是靜圖的連續(xù)播放，而新的動(dòng)畫技術(shù)允許通過各種特殊的插值技術(shù)產(chǎn)生動(dòng)畫系列，F(xiàn)lash動(dòng)畫甚至允許用戶互動(dòng)，動(dòng)畫給數(shù)碼畫帶來了新的有別于傳統(tǒng)繪畫的面貌，數(shù)碼畫不僅需要?jiǎng)樱覄?dòng)的技術(shù)是數(shù)碼畫的核心技術(shù)之一。
4.計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)
數(shù)碼畫的素材可以包括數(shù)碼化的傳統(tǒng)繪畫，也可以包括利用計(jì)算機(jī)軟件直接繪制的圖畫。在創(chuàng)作的過程中這些素材都可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)進(jìn)行處理和重新布局。一般意義上，照片和電視掃描片等現(xiàn)有圖片的修改或解釋稱為圖像處理(image processing )。盡管在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理中所使用的技術(shù)有所重疊，但兩種領(lǐng)域著重于不同的操作。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，計(jì)算機(jī)用來生成圖形;而圖形處理技術(shù)用來改善圖片質(zhì)量、分析圖像或?yàn)闄C(jī)器人應(yīng)用識(shí)別可視圖案。然而，圖像處理技術(shù)經(jīng)常應(yīng)用于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的方法也頻繁應(yīng)用于圖像處理。數(shù)碼畫的生成和修改(包括構(gòu)圖)都經(jīng)常應(yīng)用到這種技術(shù)。這也是數(shù)碼畫與傳統(tǒng)繪畫的區(qū)別，就是說數(shù)碼畫不一定是“畫的”或者說“繪的”，它可以是運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)生成處理出來的，目前這一技術(shù)廣泛應(yīng)用于數(shù)碼畫制作之中。
5.基于創(chuàng)作的互動(dòng)技術(shù)及基于創(chuàng)作在接受環(huán)節(jié)的互動(dòng)技術(shù)
(1).媒介的發(fā)展導(dǎo)致了媒介的革命。藝術(shù)家的藝術(shù)作品就伴隨著媒介的發(fā)展而改變，采用新的表現(xiàn)載體，不斷地刺激人類的視覺感官，挖掘人類的主觀能動(dòng)性。信息社會(huì)最大的科技革命就是人類對(duì)信息的接受從被動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)，所以藝術(shù)創(chuàng)作主體、客體與創(chuàng)作對(duì)象之間的關(guān)系也發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變。藝術(shù)對(duì)象既可以是欣賞者，又可以直接參與到藝術(shù)創(chuàng)作之中，成為藝術(shù)創(chuàng)作的主體。這就需要在創(chuàng)作環(huán)節(jié)互動(dòng)技術(shù)的支撐，藝術(shù)家和觀眾可以通過網(wǎng)絡(luò)在創(chuàng)作上進(jìn)行互動(dòng)，藝術(shù)家必須預(yù)先考慮到藝術(shù)品在欣賞的時(shí)候與觀眾的互動(dòng)而在創(chuàng)作時(shí)就把這種互動(dòng)技術(shù)包含在數(shù)碼畫的作品之中。藝術(shù)對(duì)象與創(chuàng)作客體之間不再是被動(dòng)的關(guān)系，而是互動(dòng)的關(guān)系?；?dòng)比之前的藝術(shù)表現(xiàn)形式更加深化了藝術(shù)創(chuàng)作對(duì)象與客體之間的交流和溝通。從如今的發(fā)展趨勢來看，客體愈加智能化、人性化，它越來越渴望扮演人類的角色，從而與創(chuàng)作對(duì)象以及接收對(duì)象之間建構(gòu)了一種人際關(guān)系。
(2).傳播數(shù)碼畫的技術(shù)，任何數(shù)碼畫作品都還原成相應(yīng)的藝術(shù)信息，最終是數(shù)碼性，二元性，是0和1的組合，那么數(shù)碼畫發(fā)揮作用的過程也就可以被還原成信息傳播過程。所以，傳媒技術(shù)對(duì)數(shù)碼畫這一藝術(shù)范式的形成具有革命的作用，正如麥克盧漢所說:“機(jī)械媒介將藝術(shù)的存在普及并強(qiáng)加在人們頭上，因此越來越有必要研究傳播對(duì)社會(huì)的功能和影響。
主管單位：中國科學(xué)院
主辦單位：中國科學(xué)院軟件研究所
出版周期：月刊
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：16開
國際刊號(hào)：1000-9825
國內(nèi)刊號(hào)：11-2560/TP
郵發(fā)代號(hào)：82-367
發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時(shí)間：1990
期刊收錄：
SA 科學(xué)文摘(英)(2009)
CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(bào)(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽(yù)：
中科雙百期刊
