探析計算機圖形學與圖形圖像處理技術

楊珍 內蒙古農業大學職業技術學院

1 引言

計算機圖形學和相關圖形圖像處理技術的產生和發展有其歷史背景，上世紀60年代，由于對計算機的認識還處在一個比較初級的階段，社會各個領域能夠用到計算機運算或處理的領域也并不是很多。但到了70年代，光柵顯示器的誕生使得光柵圖形算法迅速興起，關于圖形的基本操作和相應的算法也紛紛開始投入研究，并且出現了很多豐厚的成果。由此，計算機圖形學進入繁榮階段，諸多國家都將圖形學應用在工程，設計和管理，以及教育等方面。到了80年代，大規模集成電路的發展則是進一步的給了圖形學和圖形圖像處理技術更大的發展空間，關于圖形的相關算法逐漸成熟，隨著科技的不斷發展，如今，關于圖形學的知識數不勝數，而圖形圖像處理更是應用廣泛，從網絡游戲的貼圖渲染到動畫，再到虛擬現實以及CAD等等，都體現了這個行業發展的無窮可能性。

2 計算機圖形學的簡單論述

2.1 主要內容

計算機圖形學的最重要的目的就是要讓現實世界的圖形能夠在計算機上完美的再現，也就是“所見即所得”。而實現這一目的的所有方法就是計算機圖形學的主要內容，計算機圖形學主要分為兩部分，一是利用線條信息處理的圖，第二種則是現實世界的圖像，也就是明暗圖。圖形學對于前者要達到的目的是線條能夠準確表達信息，如工程圖。而后者則是最大程度的模擬真實世界的場景，通過各種處理技術實現虛擬和現實的結合。

2.2 發展

隨著計算機附件的產生，到后面的滾筒式繪圖儀將傳統的數字記錄儀取代，這一時期代表著計算機圖形處理的基礎階段，也就是電子管式。直到后來美國開發出關于空中防御的計算機體系，才顯示出計算機圖形學的重要性，而在此之前，計算的相關指令基本上都是通過符號進行，計算機圖形學出現之后，人們意識到圖形處理的便捷，因此大力研究。

3 計算機圖形學的基本概念以及系統的功能和組成

要了解計算機圖形學，首先必須對相關的基本概念有一個大致的了解，主要有下：

3.1 基本概念

3.1.1 顏色的要素

顏色是圖像的基礎，所以對顏色的概念定義非常重要。我們通常用三個物理量來描述顏色，分別是色調、飽和度和亮度。色調指的是顏色的類別，例如紅、綠、藍。對于某一個物體的色調是有這種物體本身的輻射的光譜成分所決定的。飽和度則是指的某一種顏色的深淺程度，對于一種顏色來說，如果越濃，那么我們就稱之為飽和度高，反之飽和度越低。亮度是指當光作用于人的眼睛時所引起的明暗程度的感覺。在亮度的衡量當中，一般發光物體如果彩色光輻射功率越大，那么表示的亮度就會很高，反之亮度很低。

3.1.2 三基色原理

這是在圖形學中最為基本的一種色度原理，三基色是指紅、綠、藍。而三基色原理表達的是任何一種顏色均可按照這三種顏色根據不同的比例進行混合而形成。

3.1.3 顏色模型

顏色模型的作用是對生成顏色的規則進行制定以及對顏色進行精確的標定。各種顏色模型所運用的場合都不同，形成鮮明的特點。主要有RGB顏色模型，主要用于自發光的彩色顯示器。其次就是CMY顏色模型，主要用于油墨打印上，最后就是YUV顏色模型，用于處理彩色視頻信號。

3.1.4 計算機中的圖形數據表示

圖形學中另一基本的定義就是圖形和圖像，這是計算機中的圖最為常用的兩種表達方式，也是計算機圖形學開展需要概念知識，圖形也被稱作“矢量圖”，圖形主要是有數學對象定義的由直線和曲線組成的圖形，一般我們所用的機械圖，電路圖和CAD就是采用矢量圖。另一種叫做圖像，圖像也被稱作位圖或者點陣圖，圖像采用像素作為基本單位來進行表示。

3.1.5 圖像的屬性

在圖像當中涉及到一些基本的屬性，首先是分辨率，這是衡量圖像清晰度的屬性，分為兩種，一種是圖像分辨率，也就是組成圖像的像素數目，另外一種是顯示分辨率，也就是顯示器的分辨率，在圖形圖像處理工作中，對分辨率的相關工作是最基本的。其次是像素深度，它是存儲每個像素需要用到的二進制位數。

3.2 主要操作

圖形圖像處理的主要操作主要有，關于投影，平移和縮放等幾何上的處理，其次就是圖像的分析，數字化和編碼。還要對計算機中的圖形圖像的某些隱面進行消除，或者增強圖像現實感，最后還要進行某些圖像的色彩設計，渲染，貼圖紋理材質等等。

3.3 功能和組成

3.3.1 功能

計算機圖形處理系統的主要功能就是基本對話和輸入輸出，基本對話就是人可以在這個圖形處理系統中進行人與計算的交互，將圖形圖像按照自己的需求進行修改，輸入輸出就是在對圖形輸入各種指令或者處理之后，可以在最終的顯示設備上輸出。

3.3.2 組成

計算機圖形圖像處理技術所需要的也就是圖形系統的組成，那就是硬件和軟件，硬件就是滿足圖形圖像處理所需要的計算機硬件設備，包括所需的專業cpu，圖形處理的專業顯卡，以及輸入輸出設備等等。軟件就是要有工作所需的圖形處理軟件。在圖形圖像處理工作當中，由于圖形設計到數學上的函數運算，而圖像又會對顯示設備提出更高的要求，因此需要專門的處理器和顯示卡，此外，兩者的處理結果還需要用硬盤等存儲介質進行存儲。由于我國的行業規模的擴大，在這些方面的研究均達到國際先進水平

4 計算機圖形學的研究前沿和應用

4.1 輔助制造和設計

在工業界當中，最能夠反映計算機圖形學應用的就是CAD了，CAD是工業設計最常用的軟件工具，經常在涉及一些機械，土木等場合用到，另外一些集成的電路集合也會采用，由于在日常的工作當中，人們經常會遇到工程龐大的設計圖案，其中土木工程，集成電路，網絡分析等等，這些已經遠遠不是人力所能完成的了，所以這個時候圖形處理軟件的優勢就凸顯出來了，提高了工作的效率和質量。

5 區別和聯系

計算機圖形學的主要應用領域在于CAD等工業設計方面，以及計算機動畫。而計算機圖形圖像處理則被應用在航天航空、醫學和軍事上。但是隨著科技的進步，兩者之間又有聯系，將兩者結合運用在許多商業領域，能夠使得現實世界的物體更加逼真的出現在虛擬世界當中，他們之間相輔相成。

6 結語

總而言之，在生活當中，計算機圖形學和圖形圖像處理技術已經被廣泛的運用，并且給人們的工作和生活帶來極大的便利，它不僅提高了工業的生產效率和生產質量，還使得人們的生活豐富多彩，不斷的制造一些現實世界無法實現的視覺效果，從而讓人們充分發揮他們的創造力和想象力，使得科學和藝術不斷取得突破。

[1]楊敏.計算機圖形學與圖形圖像處理技術淺析[J].《電子制作》，2013(8x):99-99

[2]永亮文英.簡析計算機圖形學與圖形圖像處理技術[J].《數碼世界》，2017(6):16-16

[3]陳敏雅，金旭東.淺談計算機圖形學與圖形圖像處理技術[J].《長春理工大學學報》，2011(1):142-143+150