计算机图形学相关问题探究

　　引言计算机图形学是一门比较复杂也比较实用的学科，它给人们带来了一个全新的认识世界的方式。现如今，以图形为主要认知方式的“世界图形时代”已经成为数字化时代的一个重要标志。因为它不需要言语文字或者一些文学的东西来表达思想，只需要借助于视觉感官加上一些自身的体会和想象就能获得信息，因此它改变了传统的文化方式，进而成为一种在全球都适用的联络方式。为了将图形这种最简单直接的充满了信息量的物质进研究和描述就产生了计算机图形学，它属于计算机学科这的其中一部分，但它自身所具有的魅力并非其他有关学科都能拥有的。文章尝试性的将图形的本质进行了概括，对有关计算机图形学所涉及到的相关重要科学问题都有一定的分析，使它具有重要的科学价值，对相关领域产生一定影响。

　　1 计算机图形
　　
　　计算机图形学是通过利用图形这种充满信息的东西来最直观的表达了解世界，它所研究的是客观世界并不存在的带有形状和颜色信息的图形，它一般分为图形和图像两类：图形类一般展示出来的是方式是矢量图，通常由景观的物理性质和环境的几何模型来表示在计算机中，它对环境的几何特征和图形的各个几何参数和属性参数都更为看重，因为最基本的图形单元及其包含的各类信息都会在工程图纸上有所提到；而图像类一般展示出来的方式是点阵图，通常由那些有颜色特征的点组成图形并在计算机中表示出来。那些最基础的图像单元都是通过点的属性来体现，并由计算机来产生具有不同感觉的图形等。对一幅图形进行总体的表述就是图元的几何特征和属性将，其决定一幅图的本质，如果用打印设备打印出来，就可以对客观世界进行描述。所以说抽象图形简单概括就是属性加图元。

　　2 计算机模型
　　
　　计算机图形的第一工作就是需要建模，如果没有模型，那么图形就像无源之水一样，而模型就是由一些基本的集合元素（点、线、线、面等基本几何）按不同组合方式而成。一般来讲，模型主要是针对外部描述，而几何则注重内部特性。因而在计算机图形学中几何一词更能准确的把图形的各方面本质讲清楚。

　　3 计算机图形绘制
　　
　　把计算机中不够具体的模型用一些人们能够理解、比较直观的图形来表达清楚就是计算机图形学里的一门重要学问，也是一项重要工作。这个工程是要求把机内的几何三维环境变换成人们能够直观了解分析的图形表达，属于几何模型的视觉呈现过程。它把多个学科的知识综合利用起来，把建立起来的模型的物理特性，几何形状，还有各个物体的相对位置及遮挡关系都在计算机上把它们模拟出来，好比拍摄电视剧一样，属于几何到画面的再次创造。对这个过程有着很多的修饰词，比方说图形合成、图像可视化、模型绘制等，渲染和显示有时也会用到。但根据我国的使用习惯，对这个过程一般习惯把它说成是绘制，一些可见面和光照等的效果，加上某些认为痕迹的消失都可以说是有走样所导致的。绘制将计算机图形学真正的魅力向世人展示，它综合的运用了美学、几何学、物理学等知识，属于计算机图形学科中的专业部分。

　　4 计算机图形学的定义
　　
　　计算机图形学大概能够归纳为以下几个内容：软件和硬件，视图变换，图形变换和三维观测等基本知识；界面管理、窗口管理，界面设计等用户界面；视觉系统，颜色运用，几何描述等模型定义；矢量技术，光照模型，图像操作，图像储存等图像合成；高端软件，动画技术，高级建模等高级技术。目前，我国对计算机图形学的认识是，它就是利用计算机来对图形的原理、计算方法和怎样生成处理图形来进行探索研究的。简单来讲计算机图形学就等于几何加绘制。物体在计算机中的几何数据属于一个静态的概念，而用人眼的角度来绘制这些数据就属于动态流程。

　　5 计算机图形学的大体框架
　　
　　计算机图形学的大体框架有以向量和几何变换为主的数学基础知识；不被计算机图形学方法构造所限制的各种二维、三维空间的几何模型；几何的视觉实现过程绘制；还有就是用于图形通讯的交互式图形学交互技术。

　　6 计算机图形学中的几何
　　
　　（1）有关模型的建立和计算处理都会用到几何。现在计算机图形学的发展趋势是不仅要求能把物体的外观生成出来，还得有更好的物体建模技术。因为要把物体的三维几何特征随着时间的变化都能描述出来也并非那么轻而易举，要想把物体最为真实的一面展示出来，所用到的图形工具也将会变得更为复杂，现在绘制工作已不是那么困难，工作重心已经转移到计算机图形学的几何建模上去了。（2）导致几何造型系统不够稳定的主要原因就是几何奇异，要想解决因为几何奇异造成的影响，就得将几何计算的主要点给把握好，重新探索出一套能够解决问题的、简单、方便、有效和体系化的理论体系。从计算机图形学的本质着手，解决几何奇异的一个有效方法就是对几何引入方向性概念。以此建立一个在方向性概念上的几何算法和复杂性分析的理论体系，它的主要观点有：a.把计算机的表现形式进行统一几何；b. 建立辅助几何属性来解释几何设置属性；c.仔细探究复杂性的理论；d.引入“交点特征”的新概念。（3）精确表示的边界模型中的边界元素和某些几何元素是互相对相应的，在目前的一些几何造型系统中。它们可以形成直线、曲线等各种几何图形，使得它们有着非常复杂的求交情况。当一般用到 20 多种元素时，它的求交函数将是这些元素的十几倍。如果在三维领域中，将会有更为复杂的几何问题。而有些像隐藏面、线的消除和一些用来提升图形效果的看似绘制的内容，其实从根本上来说，依然是几何计算的问题。几何计算主要是在时间和光线跟踪上有一些消耗，加上景色和光线的交点等各个光入射、折射线之间的计算。

　　7 结束语
　　
　　计算机图形学主要是针对把客观事物在计算机当中通过建模的方式进行描述和处理，和将在计算机当中建立好的抽象模型用具体的动态或者静态的方式表达出来（俗称视觉再现）这两个问题进行探索和研究。图形在本质上属于线形、结构、颜色等图形基本元素所组合而成的，因此，图形的本质等于图元加属性。而计算机图形学就等于几何加绘制。因此在计算机图形学中，处理几何奇异问题是几何计算的重点，而几何计算又是这个学科的根本，所以需要引入几何方向性概念才能建立合理的理论体系。总体来讲，计算机图形学是由几何、绘制、交互和数学基础等构成的。

　　参考文献
　　
　　[1]孙家广，胡事民。计算机图形学基础教程[M].北京：清华大学出版社，2005.
　　[2]何援军。计算机图形[M].北京：机械工业出版社，2006.
　　[3]周培德。计算几何：算法分析与设计[M].北京：清华大学出版社，2000.