计算机图形学与图形图像处理技术的应用

赵靖

（江苏省三江学院计算机科学与工程学院 江苏省南京市 210012）

在上世纪五十年代，计算机图形处理技术就开始被人们所使用了，在这么多年对计算机进行深度探究的过程中，图形处理方面计算机技术也变得越来越成熟，在图形图像及美学方面的社会需求也推动了信息技术的发展。随着技术进一步的优化，人们在搜集信息和处理信息方面也逐渐开始使用图形图像处理技术，在计算机技术进一步完善的过程中，人们在图形图像处理技术方面取得了重大的突破——相关技术更加符合当代社会发展和审美的需要，在众多领域之中加强对图形图像处理技术的使用和研发，推动了我国当前的生产与发展。

1 计算机图形学与图形图像处理技术相关概述

1.1 计算机图形学

CG 是计算机图形学的英文缩写，主要是指二维或者三维的图形利用数学算法转换成面或体并最终在显示器上以一种栅格形式的图像呈现。在目前的很多领域都有使用到计算机图形学，而且已经达到了一个比较高的水平，比如三维方面对已有实物的数字建模、分析再进行二次创作，对设计模型模具进行快速成型实验等。在二维方面的图形图像设定等标准都是建立在计算机图形学的基础之上的[1]。虽然说目前的计算机图形学已经得到了业界大范围的认可，但是如果不能将技术进一步创新，那也无法满足这个高速发展社会的需求。要想让经过处理的图形更具真实感，就需要可以创建图形描绘的几何表示，同时也需要能够在其中能够将虚拟的光源、纹路的质感等其它材质的属性都计算出来。针对这样的问题，几何设计学也需要加入到计算机图形学的范围之中，在这样的基础上才能将最终的效果做到最好。只有图形图像处理技术结合计算机图形学才能更好的推动技术并为创造更大社会价值提供更多的可能性。

麻省理工学院是第一个提出要研究计算机图形学的地方，也正是在这项研究提出之后，计算机体系可以逐步实现、还原、再创新右脑的表现能力，可视化也逐渐成为计算机的一个发展方向，计算机也出现了数字符号之外的显示形式[2]。在目前的计算机图形学中，在工程建设领域使用范围比较广的一款软件就是CAD，它能够将工程图进行绘制以及输出，还能完成相关的计算工作，大大提升了工程设计人员的工作效率。相对于早期纯手工完成工程任务，使用这款软件就能节省更多人力，同时创造出更大的价值。智能识别信息以及完成自动输入也是CAD 具备的一项功能，它采用片面建模的方式也为教学和培养建模基础提供了更直观的选择，也为计算机渲染工作节约了硬件资源。目前这款软件已经进入成熟发展的阶段，从现在的情况来看其使用价值还是很大的，根据这款软件的内核也衍生更适用各专业的专用软件。这也代表计算机图形学在图形图像处理技术迅猛发展的过程中所起到的依托作用。

1.2 图形图像处理技术

上世纪纸质媒体的发展推动了桌面印刷术的诞生，八十年代首次提出图形图像处理技术的观点，计算机硬件技术的更迭和社会需求以及时代美学的推进又把图形图像技术进一步完善和细分为两个部分，图形绘制和图像处理。在图形图像处理技术的基础之上相关开发人员也针对社会需求研发出了一系列的搭载各种载体的处理软件。值得关注的是，近年来手机的技术和功能日益强大，针对手机开发的很多图像处理软件已经因为其速度快、便于操作而赢得了更多新用户的青睐。但在目前的社会需求中，主要还是需要将一些由概念或数字进行描述的模型通过计算机图形图像处理技术进行相关操作。

计算机图形图像处理技术的内容最重要的一点就是增强图像获取的精细程度并对图像进行数字化。ILLUSTRATOR 和PHOTOSHOP 等是平面图形图像处理软件中使用最多，3DMAX、ZBrush、SolidWorks 等是三维建模软件在行业中使用最多的。通常在使用图形图像处理软件的时候，都需要有良好的CPU 和显卡的性能做运算支撑，图形图像处理技术水平随硬件的提升和软件的功能日益强大而提高。

2 计算机图形图像处理技术的内容

2.1 辅助加工

在图形图像的生成过程中，主要是将所采集的数据通过计算机图形图像处理技术进行数据分析功能从而转化成图形图像。所以，如果对图形图像进行修改，使用处理技术得到的效果更佳，而且更精确。针对处理技术的这一优势，在工业模型的加工过程中如果能够有效的使用处理技术，也将进一步推动工业的发展。

2.2 辅助造型

在三维图形的捕捉数据以及数据分析中，计算机图形图像技术都更加精准，特别是对一些不规则图形数据进行曲面建模，从而完成分析、模拟、生成。所以，在设计一些结构相对复杂的曲面造型或是后期调整前期方案造型时，计算机图形图像处理技术能产生更好的成效。

2.3 辅助观感

在实际模型的细节材质蒙皮设计中，如果只是使用3DS 技术，那么要想进行蒙皮设计就只能从技术处理方面来完成。不过在实际的操作中，新材料的使用效果无法在视觉上直观的展示在人们面前，而如果能有效地使用到计算机图形图像处理技术，将新材料的质感模拟出来，那么在进行材料调配的时候就能更加直观。

2.4 仿真

我国目前主要是应用三维建模技术来完成对实际物体的构建之后，再进行仿真操作。从仿真角度采集数据并将取得的科研结果分析融入进去，再加上计算机图形图像处理技术的使用，使这些数据很容易就展现在人们眼前。

3 计算机图形图像处理技术的应用场所

3.1 在工业方面使用的计算机制图技术

在工业方面使用到的计算机图形图像处理技术主要是通过制图软件CAD 来实现的，在化工业，使用专门的制图软件来实现在制造、分隔、存储仪器以及设计整个工艺，在对厂区进行部署的时候也可以使用到三维制图[3]。在建筑业，建筑框架主要是通过测绘得到基本数据，根据现场地理情况数据设计绘制建造图纸再根据图纸进行建筑施工。其中多步工序都需要结合专门的图形图像处理软件来完成，让施工方案的制定有模型可以参考。在室内设计业，要想将设计的理念能够变为可视化状态，也可以使用图形图像处理软件来完成，让绘制方案的实现变得更简单，同时，一旦发现有任何环节出现了差错，也可以随时进行修改。在机械制造业，由于零件种类复杂且多样化，所以很难通过图纸来将其结构清楚的呈现出来，针对这样的情况，合理地使用专门的图形图像处理软件就能将各种零件的模型构建出来，推动生产计划的制定。总的来说，在各项工业生产活动中几乎都可以看到计算机图形图像处理技术的使用痕迹，图形图像处理技术为各个行业降低开支成本的同时，也为工业发展的多方面提供了更多的思路。

3.2 在商业方面使用的计算机图像技术

随着大众审美水平的不断提升也给图形图像处理技术提供了更广泛的应用平台。商业推广和产品介绍又是商用图像质量需求最高的方面，因此就需要更专业的图像处理人员利用专业知识，将推广设计和产品的细节处理从视觉上进行修改从而实现精益求精的要求。

在很多广告部门中，对图形图像处理技术的需求也很大，由于在做广告的时候，需要将产品包装做进一步的优化，让用户的购买欲更强烈。现下在网络经济的发展中，电子游戏等虚拟产品作为一股新势力也占据了很大的市场，而游戏中出现的一些图像画面也都是通过图形图像处理技术制作的，随着图像处理技术水平的不断提升，游戏场景的还原程度以及用户的体验感也因为其真实程度的攀升而取得了商业上的成功。

3.3 在影视方面使用的计算机动画制作

在信息技术不断发展的过程中，计算机图形图像处理技术应用到影视作品的制作中的方法也在不断更新。目前越来越多的影视作品上的画面都需要图形图像处理技术，通过进行特殊的处理就能将画面中独立的景物进行拾取了。后期创作人员利用自己丰富的想象力，让影视作品的世界观得到进一步的拓展，最终让作品能够更加独特有吸引力。不仅是对静态画面景物的拾取，同时还能通过拍摄技术来得到静态或者是动态的视频资源，当基本元素获取后，再利用加工技术，将其在计算机中进行操作，最后获得统一的视频格式。在大量的影视作品中都会出现画面的合成效果，足以见得合成技术是影视作品制作过程中十分重要的一点。在一般情况下，影视作品的制作中会使用到一些抠图或者是叠加等处理手段。在新媒体技术的推动下，合成技术得到了很大程度的进步，比如说，通过使用AI 技术合成科幻题材的特殊角色造型，如果在影视剧作品的制作中能好好使用这一技术，那将会给影视作品的制作提供更多的发展机遇。在手机短视频行业AI 技术已经呈现流行趋势，将动态表情或卡通人物与真人结合，利用硬件的支持实现合成表情或是视频，引发潮流关注。

3.4 在艺术方面使用的计算机绘图技术

在早期的艺术品设计中，通常画稿都需要经过长时间，除此之外，如果后期需要修改，也需要大量的时间投入，很多情况下都是投入了自己的精力之后，最终的成品也很难往自己预期的方向发展。如果能够在画稿的过程中有效地使用计算机图形图像处理技术，那么作画者通过构思，很快就能将想要达成的效果通过显示屏展现在作者的面前。除此之外，还可以利用图像处理软件中已存在的数据库，将自己画中不足的地方进行自动修复在此基础上完成作品的创作。计算机图形图像处理软件脱离了物理条件的限制，它主要是通过图像交互来完成绘画，作画者通过使用鼠标、光电压感笔、压感触摸屏等进行作图，出现的错误只需要点击一下撤销键就可以了。因为计算机绘图的便捷性已衍生出数码插画、数码版画，以及电子刊物、电子媒体经常使用的editorial 动画。

另外，计算机图形图像处理技术还应用到了一些存在破损或者是比较模糊的古老文物修复还原过程中。在对雕塑进行修复的时候，首先是要根据相关数据将最初的设计模型构建出来，这个过程耗时比较少，最终展现出来的成果也比较准确[4]。如果是雕塑是进行初次的创造，那么作者就可以通过这个模型来观察是否还存在不足之处，如果是对于一件有破损部分的雕塑，同样也可以利用这些数据将其修复成功。

3.5 在科学可视化领域的使用

通常在针对参考数据多、且内在联系不能得到解读的问题中会使用到科学可视化，在科学可视化的基础之上，就能有效地整理这些数据的类别，而且可以将数据内部的联系进行简单的说明，让数据最终通过图形图像的形式进行呈现。目前在预测天气、预测潮汐等领域中会实际使用到科学可视化技术，主要是通过分析测得的数据来生成最终的结果。我国目前的研究开发中，科学可视化是一个重点的研究方向，通常在地理信息、科学实验等领域的整理过程中都可以综合运用科学可视化技术。除此之外，目前使用广泛的二维码图形就是通过计算机图形图像技术实现的，主要是在多媒体的基础之上结合数学知识，进而将一些二维甚至是三维的图像呈现在人们面前，让抽象化的数据通过可视化的技术得以“成形”。

4 结束语

总的来说，计算机图形图像处理技术对于社会生产的发展有着无可厚非的推进作用，不仅仅是改变了人们的生活方式、提升了工作效率，而且给很多领域都带来了巨大的创造力，在视觉方面也给人们带来了更大的冲击力，让图形图像更具有真实效果，也从另一方面证实了这个时代确实是科技的时代。但是计算机图形图像处理技术也需要从正确的角度去开发和利用，这样才会更好的提升它存在的价值，使得其在我们的生活中有着更大的发挥空间。我们加大力度宣传和推广计算机图像处理技术，让相关领域能够通过使用这项技术，进而发挥出更大的生产价值，成为我国信息化产业的一大推动剂。