計算機圖形學與圖形圖像處理技術的應用

趙靖

（江蘇省三江學院計算機科學與工程學院 江蘇省南京市 210012）

在上世紀五十年代，計算機圖形處理技術就開始被人們所使用了，在這么多年對計算機進行深度探究的過程中，圖形處理方面計算機技術也變得越來越成熟，在圖形圖像及美學方面的社會需求也推動了信息技術的發(fā)展。隨著技術進一步的優(yōu)化，人們在搜集信息和處理信息方面也逐漸開始使用圖形圖像處理技術，在計算機技術進一步完善的過程中，人們在圖形圖像處理技術方面取得了重大的突破——相關技術更加符合當代社會發(fā)展和審美的需要，在眾多領域之中加強對圖形圖像處理技術的使用和研發(fā)，推動了我國當前的生產與發(fā)展。

1 計算機圖形學與圖形圖像處理技術相關概述

1.1 計算機圖形學

CG 是計算機圖形學的英文縮寫，主要是指二維或者三維的圖形利用數學算法轉換成面或體并最終在顯示器上以一種柵格形式的圖像呈現。在目前的很多領域都有使用到計算機圖形學，而且已經達到了一個比較高的水平，比如三維方面對已有實物的數字建模、分析再進行二次創(chuàng)作，對設計模型模具進行快速成型實驗等。在二維方面的圖形圖像設定等標準都是建立在計算機圖形學的基礎之上的[1]。雖然說目前的計算機圖形學已經得到了業(yè)界大范圍的認可，但是如果不能將技術進一步創(chuàng)新，那也無法滿足這個高速發(fā)展社會的需求。要想讓經過處理的圖形更具真實感，就需要可以創(chuàng)建圖形描繪的幾何表示，同時也需要能夠在其中能夠將虛擬的光源、紋路的質感等其它材質的屬性都計算出來。針對這樣的問題，幾何設計學也需要加入到計算機圖形學的范圍之中，在這樣的基礎上才能將最終的效果做到最好。只有圖形圖像處理技術結合計算機圖形學才能更好的推動技術并為創(chuàng)造更大社會價值提供更多的可能性。

麻省理工學院是第一個提出要研究計算機圖形學的地方，也正是在這項研究提出之后，計算機體系可以逐步實現、還原、再創(chuàng)新右腦的表現能力，可視化也逐漸成為計算機的一個發(fā)展方向，計算機也出現了數字符號之外的顯示形式[2]。在目前的計算機圖形學中，在工程建設領域使用范圍比較廣的一款軟件就是CAD，它能夠將工程圖進行繪制以及輸出，還能完成相關的計算工作，大大提升了工程設計人員的工作效率。相對于早期純手工完成工程任務，使用這款軟件就能節(jié)省更多人力，同時創(chuàng)造出更大的價值。智能識別信息以及完成自動輸入也是CAD 具備的一項功能，它采用片面建模的方式也為教學和培養(yǎng)建模基礎提供了更直觀的選擇，也為計算機渲染工作節(jié)約了硬件資源。目前這款軟件已經進入成熟發(fā)展的階段，從現在的情況來看其使用價值還是很大的，根據這款軟件的內核也衍生更適用各專業(yè)的專用軟件。這也代表計算機圖形學在圖形圖像處理技術迅猛發(fā)展的過程中所起到的依托作用。

1.2 圖形圖像處理技術

上世紀紙質媒體的發(fā)展推動了桌面印刷術的誕生，八十年代首次提出圖形圖像處理技術的觀點，計算機硬件技術的更迭和社會需求以及時代美學的推進又把圖形圖像技術進一步完善和細分為兩個部分，圖形繪制和圖像處理。在圖形圖像處理技術的基礎之上相關開發(fā)人員也針對社會需求研發(fā)出了一系列的搭載各種載體的處理軟件。值得關注的是，近年來手機的技術和功能日益強大，針對手機開發(fā)的很多圖像處理軟件已經因為其速度快、便于操作而贏得了更多新用戶的青睞。但在目前的社會需求中，主要還是需要將一些由概念或數字進行描述的模型通過計算機圖形圖像處理技術進行相關操作。

計算機圖形圖像處理技術的內容最重要的一點就是增強圖像獲取的精細程度并對圖像進行數字化。ILLUSTRATOR 和PHOTOSHOP 等是平面圖形圖像處理軟件中使用最多，3DMAX、ZBrush、SolidWorks 等是三維建模軟件在行業(yè)中使用最多的。通常在使用圖形圖像處理軟件的時候，都需要有良好的CPU 和顯卡的性能做運算支撐，圖形圖像處理技術水平隨硬件的提升和軟件的功能日益強大而提高。

2 計算機圖形圖像處理技術的內容

2.1 輔助加工

在圖形圖像的生成過程中，主要是將所采集的數據通過計算機圖形圖像處理技術進行數據分析功能從而轉化成圖形圖像。所以，如果對圖形圖像進行修改，使用處理技術得到的效果更佳，而且更精確。針對處理技術的這一優(yōu)勢，在工業(yè)模型的加工過程中如果能夠有效的使用處理技術，也將進一步推動工業(yè)的發(fā)展。

2.2 輔助造型

在三維圖形的捕捉數據以及數據分析中，計算機圖形圖像技術都更加精準，特別是對一些不規(guī)則圖形數據進行曲面建模，從而完成分析、模擬、生成。所以，在設計一些結構相對復雜的曲面造型或是后期調整前期方案造型時，計算機圖形圖像處理技術能產生更好的成效。

2.3 輔助觀感

在實際模型的細節(jié)材質蒙皮設計中，如果只是使用3DS 技術，那么要想進行蒙皮設計就只能從技術處理方面來完成。不過在實際的操作中，新材料的使用效果無法在視覺上直觀的展示在人們面前，而如果能有效地使用到計算機圖形圖像處理技術，將新材料的質感模擬出來，那么在進行材料調配的時候就能更加直觀。

2.4 仿真

我國目前主要是應用三維建模技術來完成對實際物體的構建之后，再進行仿真操作。從仿真角度采集數據并將取得的科研結果分析融入進去，再加上計算機圖形圖像處理技術的使用，使這些數據很容易就展現在人們眼前。

3 計算機圖形圖像處理技術的應用場所

3.1 在工業(yè)方面使用的計算機制圖技術

在工業(yè)方面使用到的計算機圖形圖像處理技術主要是通過制圖軟件CAD 來實現的，在化工業(yè)，使用專門的制圖軟件來實現在制造、分隔、存儲儀器以及設計整個工藝，在對廠區(qū)進行部署的時候也可以使用到三維制圖[3]。在建筑業(yè)，建筑框架主要是通過測繪得到基本數據，根據現場地理情況數據設計繪制建造圖紙再根據圖紙進行建筑施工。其中多步工序都需要結合專門的圖形圖像處理軟件來完成，讓施工方案的制定有模型可以參考。在室內設計業(yè)，要想將設計的理念能夠變?yōu)榭梢暬癄顟B(tài)，也可以使用圖形圖像處理軟件來完成，讓繪制方案的實現變得更簡單，同時，一旦發(fā)現有任何環(huán)節(jié)出現了差錯，也可以隨時進行修改。在機械制造業(yè)，由于零件種類復雜且多樣化，所以很難通過圖紙來將其結構清楚的呈現出來，針對這樣的情況，合理地使用專門的圖形圖像處理軟件就能將各種零件的模型構建出來，推動生產計劃的制定?？偟膩碚f，在各項工業(yè)生產活動中幾乎都可以看到計算機圖形圖像處理技術的使用痕跡，圖形圖像處理技術為各個行業(yè)降低開支成本的同時，也為工業(yè)發(fā)展的多方面提供了更多的思路。

3.2 在商業(yè)方面使用的計算機圖像技術

隨著大眾審美水平的不斷提升也給圖形圖像處理技術提供了更廣泛的應用平臺。商業(yè)推廣和產品介紹又是商用圖像質量需求最高的方面，因此就需要更專業(yè)的圖像處理人員利用專業(yè)知識，將推廣設計和產品的細節(jié)處理從視覺上進行修改從而實現精益求精的要求。

在很多廣告部門中，對圖形圖像處理技術的需求也很大，由于在做廣告的時候，需要將產品包裝做進一步的優(yōu)化，讓用戶的購買欲更強烈。現下在網絡經濟的發(fā)展中，電子游戲等虛擬產品作為一股新勢力也占據了很大的市場，而游戲中出現的一些圖像畫面也都是通過圖形圖像處理技術制作的，隨著圖像處理技術水平的不斷提升，游戲場景的還原程度以及用戶的體驗感也因為其真實程度的攀升而取得了商業(yè)上的成功。

3.3 在影視方面使用的計算機動畫制作

在信息技術不斷發(fā)展的過程中，計算機圖形圖像處理技術應用到影視作品的制作中的方法也在不斷更新。目前越來越多的影視作品上的畫面都需要圖形圖像處理技術，通過進行特殊的處理就能將畫面中獨立的景物進行拾取了。后期創(chuàng)作人員利用自己豐富的想象力，讓影視作品的世界觀得到進一步的拓展，最終讓作品能夠更加獨特有吸引力。不僅是對靜態(tài)畫面景物的拾取，同時還能通過拍攝技術來得到靜態(tài)或者是動態(tài)的視頻資源，當基本元素獲取后，再利用加工技術，將其在計算機中進行操作，最后獲得統(tǒng)一的視頻格式。在大量的影視作品中都會出現畫面的合成效果，足以見得合成技術是影視作品制作過程中十分重要的一點。在一般情況下，影視作品的制作中會使用到一些摳圖或者是疊加等處理手段。在新媒體技術的推動下，合成技術得到了很大程度的進步，比如說，通過使用AI 技術合成科幻題材的特殊角色造型，如果在影視劇作品的制作中能好好使用這一技術，那將會給影視作品的制作提供更多的發(fā)展機遇。在手機短視頻行業(yè)AI 技術已經呈現流行趨勢，將動態(tài)表情或卡通人物與真人結合，利用硬件的支持實現合成表情或是視頻，引發(fā)潮流關注。

3.4 在藝術方面使用的計算機繪圖技術

在早期的藝術品設計中，通常畫稿都需要經過長時間，除此之外，如果后期需要修改，也需要大量的時間投入，很多情況下都是投入了自己的精力之后，最終的成品也很難往自己預期的方向發(fā)展。如果能夠在畫稿的過程中有效地使用計算機圖形圖像處理技術，那么作畫者通過構思，很快就能將想要達成的效果通過顯示屏展現在作者的面前。除此之外，還可以利用圖像處理軟件中已存在的數據庫，將自己畫中不足的地方進行自動修復在此基礎上完成作品的創(chuàng)作。計算機圖形圖像處理軟件脫離了物理條件的限制，它主要是通過圖像交互來完成繪畫，作畫者通過使用鼠標、光電壓感筆、壓感觸摸屏等進行作圖，出現的錯誤只需要點擊一下撤銷鍵就可以了。因為計算機繪圖的便捷性已衍生出數碼插畫、數碼版畫，以及電子刊物、電子媒體經常使用的editorial 動畫。

另外，計算機圖形圖像處理技術還應用到了一些存在破損或者是比較模糊的古老文物修復還原過程中。在對雕塑進行修復的時候，首先是要根據相關數據將最初的設計模型構建出來，這個過程耗時比較少，最終展現出來的成果也比較準確[4]。如果是雕塑是進行初次的創(chuàng)造，那么作者就可以通過這個模型來觀察是否還存在不足之處，如果是對于一件有破損部分的雕塑，同樣也可以利用這些數據將其修復成功。

3.5 在科學可視化領域的使用

通常在針對參考數據多、且內在聯(lián)系不能得到解讀的問題中會使用到科學可視化，在科學可視化的基礎之上，就能有效地整理這些數據的類別，而且可以將數據內部的聯(lián)系進行簡單的說明，讓數據最終通過圖形圖像的形式進行呈現。目前在預測天氣、預測潮汐等領域中會實際使用到科學可視化技術，主要是通過分析測得的數據來生成最終的結果。我國目前的研究開發(fā)中，科學可視化是一個重點的研究方向，通常在地理信息、科學實驗等領域的整理過程中都可以綜合運用科學可視化技術。除此之外，目前使用廣泛的二維碼圖形就是通過計算機圖形圖像技術實現的，主要是在多媒體的基礎之上結合數學知識，進而將一些二維甚至是三維的圖像呈現在人們面前，讓抽象化的數據通過可視化的技術得以“成形”。

4 結束語

總的來說，計算機圖形圖像處理技術對于社會生產的發(fā)展有著無可厚非的推進作用，不僅僅是改變了人們的生活方式、提升了工作效率，而且給很多領域都帶來了巨大的創(chuàng)造力，在視覺方面也給人們帶來了更大的沖擊力，讓圖形圖像更具有真實效果，也從另一方面證實了這個時代確實是科技的時代。但是計算機圖形圖像處理技術也需要從正確的角度去開發(fā)和利用，這樣才會更好的提升它存在的價值，使得其在我們的生活中有著更大的發(fā)揮空間。我們加大力度宣傳和推廣計算機圖像處理技術，讓相關領域能夠通過使用這項技術，進而發(fā)揮出更大的生產價值，成為我國信息化產業(yè)的一大推動劑。