认识计算机图形学

一　计算机图形学的发展

　　计算机图形学的发展主要经历了硬件的发展、算法的发展、 计算机图形标准的发展。
　　(1) 硬件的发展
　　1950年，美国麻省理工学院(MIT) 诞生了旋风I号(Whirlwind I)计算机及其显示器。
　　五十年代中期，美国战术防空系统SAGE(Semi Automatic Ground Environment)则是第一个使用具有命令和控制功能的CRT显示控制台的系统。
　　1962年，MIT林肯实验室的Ivan E. Sutherland发表了一篇题为“Sketchpad：一个人机通信的图形系统”的博士论文，他在论文中首次使用了计算机图形学“Computer Graphics”这个术语，证明了交互式计算机图形学是一个可行的、有用的研究领域，从而确定了计算机图形学作为一个崭新的科学分支的独立地位。

　　(2) 软件及算法的发展
　　计算机图形学涉及的算法非常丰富，围绕着生成、表示物体的图形图象的准确性、真实性和实时性，其算法可以分以下几类：
　　a 基于图形设备的基本图形元素的生成算法，如用光栅图形显示器生成直线、圆弧、二次曲线、封闭边界内的填色、填图案、反走样等。
　　b 基本图形元素的几何变换、投影变换、窗口裁剪等。
　　c 自由曲线和曲面的插值、拟合、拼接、分解、过渡、光顺、整体修改、局部修改等。
　　d 图形元素(点、线、面、体、环)的求交与分类以及集合运算。
　　f 隐藏线、面消除以及具有光照颜色效果的真实图形显示。
　　g 不同字体的点阵表示。
　　h 山、水、花、烟云等模糊景物的生成。
　　i 三维形体的实时显示和图形的并行处理。
　　j 虚拟现实环境的生成以及控制算法等。

　　(3) 计算机图形标准的发展
　　1974年，美国国家标准化局（ANSI）在ACM SIGGRAPH的一个与"与机器无关的图形技术"的工作会议上，提出了制定有关标准的基本规则。此后ACM专门成立了一个图形标准化委员会，开始制定有关标准。该委员会于1977、1979年先后制定和修改了"核心图形系统"（Core Graphics System）。ISO随后又发布了计算机图形接口CGI(Computer Graphics Interface)、计算机图形元文件标准CGM（Computer Graphics Metafile）、计算机图形核心系统GKS(Graphics Kernel system)、面向程序员的层次交互图形标准PHIGS(Programmer''s Hierarchical Interactive Graphics Standard)等。1983年，美国国家标准局发布了初始图形交换规范IGES(Initial Graphics Exchange Specification)。1992年，美国SGI(Silicon Graphics, Inc.)推出了OpenGL，这是目前在工作站和PC上都被广泛应用的一个图形应用编程接口（API）。这些标准的制定，使图形应用系统与计算机硬件无关，提高了程序的可移植性，为计算机图形学的推广、应用、资源信息共享，起到了极其重要的作用。

　　二　计算机图形学的研究内容
　　
　 　a)三维景物的表示，这是计算机图形显示的前提和基础；包括曲线曲面的造型技术，实体造型技术，以及纹理、云彩、波浪等等自然景物的造型和模拟；
b) 三维场景的显示，包括光栅图形生成算法、线框图形和真实感图形的理论和算法；
c) 基于图象和图形的的混合绘制技术；
d) 自然景物仿真；
e) 图形用户接口；
f) 虚拟现实
g) 动画技术；
h) 可视化技术；
i) 几何和图形数据的存储，包括数据压缩和解压缩；
j) 图形硬件、图形标准、图形交互技术，等等。

　　三　计算机图形学的应用前景
　　 a) CAD/CAM
包括机械、汽车、航空航天、纺织、服装、电子、建筑等领域的计算机辅助设计和制造。
b) 地形地貌和自然资源图
绘制平面地形图、三维地貌图等，资源发布和天气预报等等；
c) 过程控制及系统模拟
生成生产过程的动态场景，对系统进行仿真；
d) 计算机辅助教学
将图形信息形象、直观和生动的特点应用于计算机辅助教学；
e) 艺术造型和模拟
艺术品的设计和制造，动画和电影特技的制作；
f) 数据场可视化
用图形直接反映科学计算的结果，如有限元分析、分子模型、核爆炸过程、地震、大气科学等。