计算机图形学与图形图像处理技术的探讨

2022-09-10

一、计算机图形与图像概述

(一) 计算机图形学的主要内容

计算机图形学是一门涵盖多领域知识的学科, 包括实物造型、图形交互、图形标准、曲面曲线建模、光鹏图形算法和真实感图形显示算法等。这门学科是通过使用数学算法, 把二维或者三维图形转化成计算机显示器的栅格形式。目前研究的主要内容是图形如何进行处理、最终显示以及如何将计算机转换出来的图像更加真实, 在图形影响、实物造型、虚拟现实领域都有应用。利用计算机设计图形过程中通过借助光照模型, 对光照强度、材质属性的研究形成设计初稿, 再结合立体图形场景的相关描述进行几何表述, 即使用计算机辅助几何设计, 最后对设计的图形使用计算机图形图像技术进行再处理, 满足人们对图像真实感的要求。计算机图形学使得计算机逐渐开始成为具备人类右脑功能表现工具, 高质量的图形图像处理功能使计算机走向可视化操作, 智能CAD作图就是该图形学研究中的重大成果。智能CAD技术支持产品工程图的绘制与输出, 实现了概念设计到机构设计的全过程, 提高了工程人员的设计效率, 降低了产品设计的人工成本[1]。

(二) 图形图像处理技术

计算机图形图像技术的使用是通过一定的概念和几何方式, 运用相关软件完成必要操作, 根据图形编制的二维和三维技术实现完整的图形图像处理。因此概括而言, 计算机图形图像系统是由硬件和软件两大部分组成的系统, 高质量的图形处理与高性能的计算机硬件处理设备息息相关, 同时操作人员使用硬件和软件的技术也决定了最终图像处理的质量。

计算机图形系统硬件由图形处理器、图形输出和图形输入设备组成, 图形处理器是整个图形处理系统的核心。图形处理器又称显示芯片, 是图形处理及渲染、负责图形运算工作的必备硬件设备, 主要职责是为计算机系统转换驱动所需显示信息, 向显示器提供扫描信号并控制其显示无误。该处理器的储存和处理图像功能保证了计算机可以完成多数的图形函数计算, 提高系统的显示功能和图形处理速度。现在计算机的图形处理芯片主要以AMD和NVIEDIA为代表。

二、计算机图形与图像技术的区别与联系

计算机图形处理技术与图像处理技术是两种技术, 两种技术密不可分, 两者的有机融合才能将图像和图像处理更加符合客户需求, 两者的转换和联系如图1所示, 但两者也有若干区别:

(1) 理论基础不同。计算机图形学的理论基础是计算几何、分型、透视、变换、仿射理论、分形理论等, 而计算机图像处理技术的理论基础是统计学、模糊数学、数字信号、数据信息处理理论等[2]。 (2) 数据信息来源不同。图形由设计而来, 因此其信息源自设计人员的主观世界, 而图像信息存在与客观环境中。 (3) 处理方式不同。图形处理的方式有几何转换、曲线拟合、图形裁剪、纹理产生、明暗处理等, 图像的处理方式为识别、修订和信息强化, 二者解决的设计需求不同, 处理方式必然存在差异。 (4) 用途不同。计算机图形处理技术主要用于计算机模拟、动画模拟、CAD等设计相关的领域, 计算机图像处理技术多数用于航空、医学以及制造领域。

三、图形图像技术的应用

(一) 辅助制造设计

计算机图形学与图形图像处理技术最早应用的领域是制造业、工业, 其中CAD/CAM是CG在工业界最广泛的应用领域, 汽车、飞机、机械、船舶等大型机械设备的外观、部件、电路的设计等等。计算机图形与图像处理技术通过建立虚拟模型的形式完成设计, 优点是效果直观、修改方便、错误率低、效率高。计算机技术弥补了传统人工设计模式中无法表达复杂结构部件的缺憾, 减少了大量的设计漏洞, 提高了设计质量。以飞机制造为例, 法国空客公司的A300大型运输客机在整体设计和模拟过程中运用了CAD技术, 降低了30%的设计成本, 设计难度降低的同时也提高了企业的效益[3]。

(二) 可视化

现在生活中人们收看的天气预报非常直观、清晰, 大量可视化的图形与图像呈现在受众面前。计算机图形图像技术正在积极推进生活中类似现象的形成。传统的统计科学计算过程和原理相对抽象, 人们只了解结果, 无法详细理解其本质, 计算机技术通过搜集、分析和整理大量的原始数据, 再经过图形与图像处理, 将直观的结果通过图像表达出来, 满足了大众的认知需求。分子生物学、物理学、化学等领域对计算机图形图像处理的可视化功能应用也十分广泛。

(三) 动画与艺术

艺术领域是计算机图形图像处理技术应用的发展领域, 计算机图形系统是计算机艺术主要工具, 很多艺术品的设计与制作需要依靠计算机图形学与图形图像处理技术。例如, 立体图形、平面构成、空间构成、平面图形等等。Corel Painter或Adobe Photoshop就是典型的计算机绘画及图形图像处理软件。此外, 在多媒体中, 通过图形系统能够实现语音、图像、图形、视频等数据的整合与集成处理, 能增加多媒体图形信息的多样性和操作的交互性、系统的集成性, 大大提高艺术表现力。

四、结语

计算机技术的应用方便了人们的生活与工作, 计算机图形和图像技术的应用改善了制造业、传媒业、动画业等产业的设计流程和效益, 实现了完美的感官效果, 激发了设计人员的潜在创作灵感, 满足了人们对真实高清的可视化图形图像的需要。今后的发展中学科建设和技术应用领域要致力于计算机图形图像处理技术的优化和创新, 不断推进知识转化为生产力的步伐。

摘要：计算机技术的普及与发展带动了全社会的进步, 现代社会活动中几乎所有领域都在使用计算机技术, 该技术为企业节约了大量的生产成本, 提高了工作效率, 改变了人们的生活方式。计算机图形学和图形图像技术在人们工作中的使用日益频繁, 凸显了现代科学应用领域对该技术研究的重要性, 本文就计算机图形学与图形图像处理技术从定义、区别和联系以及具体应用几方面展开论述, 期望该技术能够为人们的工作和生活提供更大便利。

关键词：计算机图形学,图形图像处理技术,应用