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計算機圖形學(xué)在實(shí)踐中的應用
計算機圖形學(xué)是利用計算機研究圖形的表示、生成、處理，顯示的科學(xué)，下面是小編搜集整理的一篇研究計算機圖形學(xué)應用的論文范文，歡迎閱讀查看。
摘要：本文對計算機圖形在實(shí)踐中的應用進(jìn)行了論述。
關(guān)鍵詞：圖形學(xué);發(fā)展;應用
1 計算機圖形學(xué)的發(fā)展
計算機圖形學(xué)是利用計算機研究圖形的表示、生成、處理，顯示的科學(xué)。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，計算機圖形學(xué)已成為計算機科學(xué)中最為活躍的分支之一，并得到廣泛的應用。1950年，第一臺圖形顯示器作為美國麻省理工學(xué)院(MIT)旋風(fēng)一號——(Whirlwind)計算機的附件誕生.該顯示器用一個(gè)類(lèi)似示波器的陰極射線(xiàn)管(CRT)來(lái)顯示一些簡(jiǎn)單的圖形。在整個(gè)50年代，只有電子管計算機，用機器語(yǔ)言編程，主要應用于科學(xué)計算，為這些計算機配置的圖形設備僅具有輸出功能。計算機圖形學(xué)處于準備和醞釀時(shí)期，并稱(chēng)之為：“被動(dòng)式”圖形學(xué)。
2 計算機圖形學(xué)在曲面造型技術(shù)中的應用
曲面造型技術(shù)是計算機圖形學(xué)和計算機輔助幾何設計的一項重要內容，主要研究在計算機圖象系統的環(huán)境下對曲面的表示、設計、顯示和分析。它肇源于飛機、船舶的外形放樣工藝，經(jīng)三十多年發(fā)展，現在它已經(jīng)形成了以Bezier和B樣條方法為代表的參數化特征設計和隱式代數曲面表示這兩類(lèi)方法為主體，以插值(Intmpolation)、擬合(Fitting)、逼近(Ap-proximation)這三種手段為骨架的幾何理論體系。隨著(zhù)計算機圖形顯示對于真實(shí)性、實(shí)時(shí)性和交互性要求的日益增強，隨著(zhù)幾何設計對象向著(zhù)多樣性、特殊性和拓撲結構復雜性靠攏的趨勢的日益明顯，隨著(zhù)圖形工業(yè)和制造工業(yè)邁向一體化、集成化和網(wǎng)絡(luò )化步伐的日益加快，隨著(zhù)激光測距掃描等三維數據采樣技術(shù)和硬件設備的日益完善，曲面造型在近幾年來(lái)得到了長(cháng)足的發(fā)展。
2.1 從研究領(lǐng)域來(lái)看，曲面造型技術(shù)已從傳統的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，擴充到曲面變形、曲面重建、曲面簡(jiǎn)化、曲面轉換和曲面位差。
曲面變形(Deformation or Shape Blending)：傳統的非均勻有理B樣條(NURBS)曲面模型，僅允許調整控制頂點(diǎn)或權因子來(lái)局部改變曲面形狀，至多利用層次細化模型在曲面特定點(diǎn)進(jìn)行直接操作;一些簡(jiǎn)單的基于參數曲線(xiàn)的曲面設計方法，如掃掠法(Sweeping)，蒙皮法(skinning)，旋轉法和拉伸法，也僅允許調整生成曲線(xiàn)來(lái)改變曲面形狀。計算機動(dòng)畫(huà)業(yè)和實(shí)體造型業(yè)迫切需要發(fā)展與曲面表示方式無(wú)關(guān)的變形方法或形狀調配方法，于是產(chǎn)生了自由變形(fFD)法，基于彈性變形或熱彈性力學(xué)等物理模型(原理)的變形法，基于求解約束的變形法，基于幾何約束的變形法等曲面變形技術(shù)和基于多面體對應關(guān)系或基于圖象形態(tài)學(xué)中Minkowski和操作的曲面形狀調配技術(shù)。
2.2 從表示方法來(lái)看，以網(wǎng)格細分(Sub-division)為特征的離散造型與傳統的連續造型相比，大有后來(lái)居上的創(chuàng )新之勢。而且，這種曲面造型方法在生動(dòng)逼真的特征動(dòng)畫(huà)和雕塑曲面的設計加工中如魚(yú)得水，得到了高度的運用。
3 在計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)的應用
這是一個(gè)最廣泛，最活躍的應用領(lǐng)域。計算機輔助設計(Computer Aided Design，CAD)是利用計算機強有力的計算功能和高效率的圖形處理能力，輔助知識勞動(dòng)者進(jìn)行工程和產(chǎn)品的設計與分析，以達到理想的目的或取得創(chuàng )新成果的一種技術(shù)。它是綜合了計算機科學(xué)與工程設計方法的最新發(fā)展而形成的一門(mén)新興學(xué)科。計算機輔助設計技術(shù)的發(fā)展是與計算機軟件、硬件技術(shù)的發(fā)展和完善，與工程設計方法的革新緊密相關(guān)的。采用計算機輔助設計已是現代工程設計的迫切需要。CAD技術(shù)目前已廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個(gè)方面，其主要的應用領(lǐng)域有以下幾個(gè)方面。
3.1 制造業(yè)中的應用。CAD技術(shù)已在制造業(yè)中廣泛應用，其中以機床、汽車(chē)、飛機、船舶、航天器等制造業(yè)應用最為廣泛、深入。眾所周知，一個(gè)產(chǎn)品的設計過(guò)程要經(jīng)過(guò)概念設計、詳細設計、結構分析和優(yōu)化、仿真模擬等幾個(gè)主要階段。同時(shí)，現代設計技術(shù)將并行工程的概念引入到整個(gè)設計過(guò)程中，在設計階段就對產(chǎn)品整個(gè)生命周期進(jìn)行綜合考慮。當前先進(jìn)的CAD應用系統已經(jīng)將設計、繪圖、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一個(gè)系統內�，F在較常用的軟件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD應用系統，這些系統主要運行在圖形工作站平臺上。在PC平臺上運行的CAD應用軟件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。由于各種因素，目前在二維CAD系統中Autodesk公司的AutoCAD占據了相當的市場(chǎng)。
3.2工程設計中的應用。CAD技術(shù)在工程領(lǐng)域巾的應用有以下幾個(gè)方面：①建筑設計，包括方案設計、三維造型、建筑渲染圖設計等。②結構設計，包括有限元分析、結構平面設計、框/排架結構計算和分析等。③設備設計，包括水、電、暖各種設備及管道設計。④城市規劃、城市交通設計，如城市道路、高架、輕軌等。⑤市政管線(xiàn)設計，如自來(lái)水、污水排放、煤氣等。⑥交通工程設計，如公路、橋梁、鐵路等。⑦水利工程設計，如大壩、水渠等。⑧其他工程設計和管理，如房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)及物業(yè)管理、工程概預算等。
3.3 電氣和電子電路方面的應用。CAD技術(shù)最早曾用于電路原理圖和布線(xiàn)圖的設計工作。目前，CAD技術(shù)已擴展到印刷電路板的設計(布線(xiàn)及元器件布局)，并在集成電路、大規模集成電路和超大規模集成電路的設計制造中大顯身手，并由此大大推動(dòng)了微電子技術(shù)和計算及技術(shù)的發(fā)展。
3.4 仿真模擬和動(dòng)畫(huà)制作。應用CAD技術(shù)可以真實(shí)地模擬機械零件的加工處理過(guò)程、飛機起降、船舶進(jìn)出港口、物體受力破壞分析、飛行訓練環(huán)境、作戰方針系統、事故現場(chǎng)重現等現象。在文化娛樂(lè )界已大量利用計算機造型仿真出逼真的現實(shí)世界中沒(méi)有的原始動(dòng)物、外星人以及各種場(chǎng)景等，并將動(dòng)畫(huà)和實(shí)際背景以及演員的表演天衣無(wú)縫地合在一起，在電影制作技術(shù)上大放異彩，拍制出一個(gè)個(gè)激動(dòng)人心的巨片。
3.5 其他應用。CAD技術(shù)除了在上述領(lǐng)域中的應用外，在輕工、紡織、家電、服裝、制鞋、醫療和醫藥乃至體育方面都會(huì )用到CAD技術(shù)。CAD標準化體系進(jìn)一步完善;系統智能化成為又一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn);集成化成為CAD技術(shù)發(fā)展的一大趨勢;科學(xué)計算可視化、虛擬設計、虛擬制造技術(shù)是CAD技術(shù)發(fā)展的新趨向。
4 結語(yǔ)
計算機圖形學(xué)成為當代幾乎所有科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域用來(lái)加強信息理解和傳遞的技術(shù)和工具。與此同時(shí)，計算機圖形學(xué)的硬件和軟件應用本身已發(fā)展成為一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，有著(zhù)廣泛的發(fā)展前景，必將在人們的生活中起著(zhù)越來(lái)越重要的作用。
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