计算机图形学的综述(共11页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上计算机图形学的综述摘要：计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是明暗图，也就是通常所说的真实感图形。经过30多年的发展，计算机图形学已成为计算机科学中最为活跃的分支之一，并得

2、到广泛的应用。其中，3D 计算机图形技术作为计算机图形学理论中近期最为火热的一项技术，在影视特效中的运用已经远远超越了“电脑特技”的概念。它不但可以使用虚拟技术模式现实场景，极大地减少拍摄成本，更重要的是它的表现力可以超越现实事物，甚至完美的刻画现实中无法达到的画面和效果。广大的艺术家和影视制作者可以利用此项技术充分的实现自己的想象力，同时满足大众视觉和心理的双重需求。本文将介绍计算机图形学的研究内容、发展历史，应用和图形学前沿的方向。关键词：计算机图形学；3D计算机图形技术；计算机辅助制造；虚拟现实；用户界面。1. 绪论1.1 研究内容如何在计算机中表示图形,以及如何利用计算机进行图形的生成

3、、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形学的主要研究内容。从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是由线条组成的图形，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是类似于照片的明暗图(Shading)，也就是通常所说的真实感图形。可以说，计算机图形学的一个重要研究内容就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。计算机图形学与另一门学科计算机辅助几何设计有着密切的关系。事实上，图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其重要的研究内容。同时，真实感图形计算的结果是以数字图象的方式提供的，计算机图形学也就和图象处理有着密切的关系。图形与图象两个概念间的区别越来越模糊，但

4、我们认为还是有区别的：图象纯指计算机内以位图(Bitmap)形式存在的灰度信息。计算机图形学的研究内容非常广泛，如图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。作为一本面向计算机专业本科生和非计算机专业研究生的图形学教材，本书着重讨论与光栅图形生成、曲线曲面造型和真实感图形生成相关的原理与算法。1.2 主要组成图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何组成。从构成要素上看，图形主要分为两类，一类是几何要素在构图中具有突出作用的图形，如工程图、等高线地图、曲面

5、的线框图等，另一类非几何要素在构图中具有突出作用的图形，如明暗图、真实感图形等。1.3 主要目的图形学一个主要的目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。为此，必须建立图形所描述的场景的几何表示，再用某种光照模型，计算在假想的光源、材质属性下的光照明效果。所以计算机图形学与另一门学科有着密切的关系。事实上，图形学也把可以表示几何场景的曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。同时，真实感图形计算的结果是以数字图像的方式提供的，计算机图形学也就和有着密切的关系。计算机图形学的研究内容非常广泛，如图形、图形标准、图形、光栅图形生成、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、绘

6、制，以及、自然景物仿真、等。1.4 3D计算机图形技术概述1.4.1 何为计算机 3D 技术3D 计算机图形就是利用计算机在平面里显示出三维图形，目的就是要满足人眼近大远小特性的需求，使图形具有更高的真实感和立体感。具体来说就是利用计算机将图形图像的色彩灰度等属性进行层次处理，使其凸出的部分亮度高，凹陷的部分亮度较低，并且制造相应的阴影。虚拟三维技术是计算机图形学的一个分支理论，与计算机图形学一样，利用计算机的各种软件和程序来制作或者调整图像，从而满足人眼的各种立体需求。3D 计算机图形技术最开始是应用于机械制造业和军事领域，后来随着计算机的普及，计算机图形学理论的迅速发展以及 3D 软件的不

7、断开发和运用，其应用领域慢慢延伸到了影视、科研、航空等等，其中距离我们最近的，可以让我们感受到 3D 计算机图形魅力的就是现今我们在影院可以看到的 3D 影片。1.4.2 3D 计算机技术运用在影视中的优点首先，3D 计算机技术运用在电影制作中可以使电影能够通过一系列视觉效果使观众看到事物和现象，具有非常高的影视艺术价值。以电影泰坦尼克号为例，导演为了提高该部影视的 3D 效果和影视艺术价值，要求其工作人员按照当时真实沉没的泰坦尼克号游轮创作了 1：1 实物特技模型。3D 版的泰坦尼克号重拍投资 2 亿多美元，让我们重新体验了其完美的视觉效果，也成为了耗资最多的电影之一。超过 18 亿美元的票

8、房收入不仅仅是因为电影的剧情美轮美奂，更多的是影院中让我们瞠目结舌的一幕幕电影特效起到了推波助澜的作用。其次，由于计算机 3D 虚拟技术可以创造出非常真实而且极具视觉冲击的效果，其真实度几乎可以和真正的现实相媲美，所以 3D 计算机技术运用在影视中可以重现甚至扩展现实世界的各种事物。现如今电影中为了配合剧情需要，越来越多的要用到各种毁灭性或者易毁性的镜头，如果直接用实物来进行拍摄，成本和人员伤亡的可能性都硬件的正常工作状态，降低故障发生的可能性。在机房和计算机的环境维护上，要注意对温度和湿度的适当控制，减少环境因素对整体系统的影响。在人员进出上，要进行严格的审查和管理，避免无关人员进入导致对设

9、备进行恶意和无意的操作，避免相关损失。2. 发展历程1963年，(Ivan Sutherland)在发表了名为画板的， 它标志着计算机图形学的正式诞生。至今已有四十多年的历史。此前的计算机主要是符号处理系统，自从有了计算机图形学，计算机可以部分地表现人的右脑功能了，所以计算机图形学的建立具有重要的意义。计算机图形学在如下几方面有了长足的进展。2.1 智能CADCAD 的发展也显现出智能化的趋势，就大多数流行的CAD来看，主要功能是支持产品的后续阶段一一工程图的绘制和输出，产品设计功能相对薄弱， 利用最常用的功能还是交互式绘图，如果要想进行产品设计， 最基本的是要其中的AutoLisp语言编写程

10、序，有时还要用其他高级语言协助编写，很不方便。而新一代的智能CAD 系统可以实现从概念设计到结构设计的全过程。例如，西门子公司开发的Sigraph Design软件可以实现如下功能： 从一开始就可以用计算机设计草图，不必耗时费力的输入精确的坐标点，能随心所欲的修改，一旦结构确定，给出正确的尺寸即得到满意的图纸； 这个软件中具有关系， 当你改变图纸的局部，相关部分自动变化，在一个视图上的修改，其他视图自动修改，甚至改变一个零件图，相关的其它零件图以及装配图的相关部分自动修改： 在各个专业领域中，有一些常用件和标准件， 因此，希望有一个参数化图库。而Sigraph不用编程只需画一遍图就能建成自己的

11、图库；Sigraph还可以实现产品设计的模拟用于观察设计的装置在实际运行中是否合理等等。智能CAD的另一个领域是工程图纸的自动输入与智能识别，随着CAD技术的迅速推广应用，各个工厂、设计院都需将成千上万张长期积累下来的设计图纸快速而准确输入计算机，作为新产品开发的技术资料。多年来，CAD 中普遍采用的图形输入方法是图形数字化仪交互输入和鼠标加的交互输入方法很难适应工程界大量图纸输入的迫切需要。因此， 基于光电扫描仪的图纸自动输入方法已成为国内外CAD工作者的努力探索的新课题。但由于工程图的智能识别涉及到计算机的硬件、计算机图形学、模式识别及等高新技术内容，使得研究工作的难点较大。工程图的自动输

12、入与智能识别是两个密不可分的过程，用扫描仪将手绘图纸输入到计算机后，形成的是图象。CAD 中只能对进行编辑， 这就要求将点阵图象转化成矢量图形，而这些工作都让计算机自动完成，这就带来了许多的问题。如 图象的智能识别； 字符的提取与识别； 图形拓扑结构的建立与图形的理解；实用化的后处理方法等等。国家自然科学基金会和基金都在支持这方面的研究， 国内外已有一些这方面的软件付诸实用，如的RVmaster，德国的VPmax， 以及，的产品等。但效果都不很理想，还未能达到人们企盼的效果。2.2 美术与设计1952年美国的Ben Laposke用做的波型图电子抽象画预示着电脑美术的开始(比计算机图形学的正式

13、确立还要早)。计算机美术的发展可分为三个阶段：代表作品：1960年Wiuiam Ferrter为波音公司制作的人体工程学实验动态模拟模拟飞行员在飞机中各种情况；1963年Kenneth Know Iton的打印机作品裸体。1967年GTG小组的回到方块。第一次世界计算机美术大展一“控制论珍宝 (Cybernehic Serendipity1为标志，进入世界性研究与应用阶段；计算机与计算机逐步成熟， 一些大学开始设置相关课题， 出现了一些CAD应用系统和成果， 三维造型系统产生并逐渐完善。代表作品：1983年美国IBM 研究所Richerd Voss设计出分形山(可到网站“分形频道hrtp：tt

14、fracta1126tom 中查找有关“分形”的知识)图形系统逐渐走向成熟， 大批商业性美术(设计)软件面市； 以苹果公司的MAC 机和图形化系统软件为代表的创意系统被广泛接受，CAD成为美术设计领域的重要组成部分。代表作品：1990年Jefrey Shaw的作品“易读的城市f The legible city) 。2.3 计算机动画艺术2.3.1 历史回顾计算机动画技术的发展是和许多其它学科的发展密切相关的。计算机图形学、技术、和硬件技术等众多学科的最新成果都对计算机动画技术的研究和发展起着十分重要的推动作用50年代到60年代之间，大部分的计算机绘画艺术作品都是在打印机和绘图仪上产生的。一直

15、到60年代后期，才出现利用计算机显示的特性，通过精心地设计图案来进行计算机艺术创造的活动。70年代开始，计算机艺术走向繁荣和成熟 。1973 年，在索尼公司举办了“首届国际计算机艺术展览会”80年代至今，计算机艺术的发展速度远远超出了人们的想象。在代表计算机图形研究最高水平的历届SIGGRAPH年会上，精彩的计算机艺术作品层出不穷。另外，在此期间的奥斯卡奖的获奖名单中，采用计算机特技制作频频上榜，大有舍我其谁的感觉。在，首届计算机艺术研讨会和作品展示活动于1995年在举行，它总结了计算机艺术在中国的发展，对未来的工作起到了重要的推动作用。2.3.2 电影特技计算机动画的一个重要应用就是制作电影

16、特技，可以说电影特技的发展和计算机动画的发展是相互促进的。1987年由著名的计算机动画专家曼夫妇领导的MIRA 实验室制作了一部七分钟的计算机相会在蒙特利尔 再现了国际影星的风采。1988年，美国电影 (Who Framed Roger Rabbit?)中二维动画人物和真实演员的完美结合，令人瞠目结舌、叹为观止，其中用了不少计算机动画处理。1991年美国电影终结者II：世界末日展现了奇妙的计算机技术。此外，还有(Jurassic Park)、狮子王、(Toy Story)等。2.3.3 国内情况我国的计算机动画技术起步较晚。1990年的第11届上，首次采用了计算机技术来制作有关的电视节目片头。

17、从那时起，计算机动画技术在国内影视制作方面得到了讯速的发展， 继而以3D Studio 为代表的三维动画微机软什和以Photostyler、Photoshop等为代表的微机二维的普及，对我国计算机动画技术的应用起到了推波助谰的作用。2006年由环球数码制作了中国第一部3D动画电影魔比斯环。计算机动画的应用领域十分宽广 除了用来制作影视作品外， 在、视觉模拟、电子游戏、工业设计、教学训练、写真仿真、过程控制、平面绘画、建筑设计等许多方面都有重要应用，如模拟。2.4 科学计算可视化科学计算的可视化是发达国家八十年代后期提出并发展起来的一门新兴技术，它将科学计算过程中及计算结果的数据转换为几何图形及

18、图象信息在屏幕上显示出来并进行交互处理，成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具。1987年2月国家科学基金会在召开了有关科学计算可视化的首次会议。会议一致认为“将图形和图象技术应用于科学计算是一个全新的领域” 科学家们不仅需要分析由计算机得出的计算数据，而且需要了解在计算机过程的变化。会议将这一技术定名为“科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing)”。科学计算可视化将图形生成技术图象理解技术结合在一起， 它即可理解送入计算机的图象数据也可以从复杂的多维数据中产生图形。它涉及到下列相互独立的几个领域：计算机图形学、图象处理、计算机辅助设计

19、及交互技术等。科学计算可视按其实现的功能来分， 可以分为三个档次：(1)结果数据的后处理；(2)结果数据的实时跟踪处理及显示；(3)结果数据的实时显示及交互处理。（1）CT数据的动态显示这也是NCSA的研究项目，它利用远程的并行计算资源用体绘制技术实现CT扫描三维数据场动态显示。其具体内容是显示一个狗的心脏跳动的动态图像。（2）的可视化这是的研究项目可以显示发生在非烧热的气体燃烧中复杂的空问瞬态图象。火焰位于两个圆柱之间可燃混合气体从内圆柱注入，燃烧所生成的物质通过外圆柱送出。依利诺大学芝加哥分校研制了一个在工作站和超级计算机上实现的可视亿。其内容是对一个七周的人类胚胎实现交互的三维显示，是由

20、卫生和医学国家博物馆所得到的数据重构而成的。这一项目表示了对人类形态数据实现远程访问和在中实现分布计算的可能性。美国还将做整个人体的可视化， 他们将两个自愿者(一男一女)做成了切片，男的被切了1780片， 厚度约1毫米，女的被切了5400片， 厚度约O3毫米，数据量很大。概括起来有以下几点：、医学图象等领域。的技术水平正在从后处理向实时跟踪和交互控制发展。2.5虚拟现实2.5.1 应用领域（1） 用于脑外科规划的双手操作空间接口工具美国弗尼亚大学推出了一种能用于脑外科规划的被称为Netra的双手操作空间接口工具 根据脑外科医生的工作环境和习惯，该系统采用一种外形象人头的控制器。脑外科医生可以根

21、据他们的职业习惯，通过转动象人头的控制器， 来方便地观察人脑的不部位， 同时通过右手控制面板的平面来控制人脑的剥面的扫描井能根据CT或强磁共振图像所产生的主体脑模型显示所需得到观察视点着色后的真实图像。（2）虚拟环境用于恐高症治疗英国研制的一个可以产生以下虚拟环境： 透明的玻璃电梯， 高层建筑阳台位于蛱咎之上的索桥。为了增加真实的感觉，患者除了佩戴能够产生三维立体景象的头盔式显示器外，还必须站在一个特制的框架内。调节电梯、阳台和索桥的高度就可以产生不同程度的刺激。（3）虚拟风洞信息技术国家研究中心的克鲁格等人建立了一个所谓的“虚拟风嗣 ，用以代替风洞实验(因风洞实验成本高，且实验难以控制)。在

22、虚拟风洞中，其模拟的数据来自超级计算机或高性能工作站上运行的有限元。利用虚拟风洞，观测者通过佩戴液晶开关眼镜可以方便地对于给定的点和线进行观察，而且还可以通过放大的方式进行更细致的研究，大大方便了人们对于物体动力中特性的研究。（4）封闭式战斗作战训练器封闭式战斗作战训练器(CCTT)是马斯塔格利等人为美军研制的用于坦克和机械化步兵在实际地形上进行演习的模拟装置。它与通常的虚拟环境和模拟器不同，它需要建立的是适用于军队训练的大规模复杂的虚拟环境。（5）虚拟现实技术在建筑设计中应用虚拟现实技术还被广泛用于建筑设计。克鲁格等将他们设计的未来建筑显现在他们发明的虚拟工作平台上，建筑学家们聚集在一起透过

23、所佩戴的液晶眼镜，可以看到设计的立体建筑，井方便地增添或移去建筑的一部分或其它物体。同时也可以通过数据手套来设置不同的光源模拟不同时间的日光和月光观察在不同光线下所设计建筑的美感以及与整个环境的协调性。（6）地理信息系统(GIS: Geographical Information System）是建立在地理图形之上的关于人口、矿藏、森林、旅游等资源的综合信息管理系统。它在发达国家中3已得到广泛应用，我国也对其开展了广泛的研究与应用。在地理信息系统中，计算机图形学技术被用来产生高精度的各种资源的图形，包括地理图、地形图、森林分布图、人口分布图、矿藏分布图、气象图、水资源分布图等等。地理信息系统为

24、管理和决策者提供非常有效的支持。总之虚拟现实技术是一门多学科交叉和综合集成的新技术。因此， 它的发展将取决于相关科学技术的发展和进步 虚拟现实技术最基本的要求就是反映的实时性和场景的真实性。但一般来说，实时性与真实性往往是相互矛盾的。2.5.2.用户界面用户界面是中人与计算机之间相互通讯的重要组成部分。八十年代以WIMP(窗口、图符、菜单、鼠标)为基础的(GUD极大地改善了计算机的可用性、可学性和有效性，迅速代替了命令行为代表的字符界面，成为当今计算机用户界面的主流。以用户为中心的系统设计思想增进的，提高人机交互的和带宽是用户界面的研究方向。于是提出了多通道用户界面的思想，它包括语言、姿势输入

25、、头部跟踪、视觉跟踪、立体显示、三维交互技术、感觉反馈及自然语言界面等。可以这样说人体的表面就是。人体的任何部分都应成为人机对话的通道。虚拟现实显示是关键所在，这不仅要求软件来实现，更主要的是硬件上的实现。概括起来虚拟现实的通道可分为两个方面：主要的感觉通道和主要作用通道。多通道用户界面强调和目的的。虚拟现实的发展要求必将带动计算机图形学各学科的发展 同样虚拟现实的发展也将依赖于其他学科的发展，计算机图形前景诱人。形势逼人(我国还比较落后)，但通过努力还是可以缩短差距的。3. 发展趋势计算机图形学狭义上是一种研究基于物理定律、经验方法以及认知原理，使用各种数学算法处理二维或三维图形数据，生成可

26、视数据表现的科学。它是的一个分支领域与应用方向，主要关注数字合成与操作视觉的图形内容。广义上来看，计算机图形学不仅包含了从三维图形建模、绘制到动画的过程，同时也包括了对二维以及图像视频融合处理的研究。 计算机图形学经过将近40年的发展，已进入了较为成熟的发展期。其主要应用领域包括计算机辅助设计与加工，影视动漫，气象、财经和电磁等的等。由于计算机图形学在这些领域的成功运用，特别是在迅猛发展的动漫产业中，带来了可观的经济效益。动漫产业是各国优先发展的绿色产业，具有高科技、高投入与高产出等特点。据统计，截至2009年3月，所拍摄的三维动画片怪物史莱克II在预算为1.5亿美元的情况下，获得了超过9.2

27、亿的全球累计票房。而我国在2008年度共制作完成的国产电视动画片249部，计分钟，与2007年度相比增加了近28%。另一方面，由于这些领域应用的推动，也给计算机图形学的发展提供了新的发展机遇与挑战。从计算机图形学学科发展来看，有以下几个发展趋势：（1） 与图形硬件的发展紧密结合，突破实时高真实感、高分辨率渲染的技术难点图形渲染是整个图形学发展的核心。在计算机辅助设计，影视动漫以及各类可视化应用中都对图形渲染结果的高真实感提出了很高的要求。同时，由于显示设备的快速发展，人们要求能提供高清分辨率（1920x1080），进一步要能达到数字电影所能播放的4K分辨率(4096x2060)；色彩的动态范围

28、也希望从原来每个通道的提高到10bit及以上。虽然已有的图形学方法已经能较为真实地再现各类视觉效果，然而为了能提供高分辨率高动态的渲染效果，必须消耗非常可观的计算能力。一帧精美的高清分辨率图像，单机渲染往往需要耗费数小时至数十小时。为此，传统方法主要采用，将渲染任务分配到集群渲染中。即使这样，也需要使用上千台计算机，耗费数月时间才能完成一部标准90分钟长度的影片渲染。基于GPU的图形硬件技术得以发展迅速，已经能在一个GPU芯片上采用64nm工艺集成上千个采用SIMD（单指令多数据流）架构的通用计算核心。而2009年底，主流图形硬件商nVidia和AMD以及Intel还会推出基于MIMD（多指令

29、多数据流）计算核心的GPU芯片用于图形加速绘制，以支持DirectX 11以及OpenGL 3.0图形标准。最新的图形学研究，采用GPU技术可以充分利用计算指令和数据的并行性，已可在单个工作站上实现百倍于基于CPU方法的渲染速度。然而已知的实现方法，其实现效果还较为初步，无法实现复杂的视觉特效，离实时的高真实感渲染还有很大差距。其主要原因是：（i）缺乏良好的方法，基于GPU方法由于硬件的架构原因，数据组织无法如同CPU方法一样的组织，因此对复杂的数据结构仍无法得到很好地支持。（ii）缺乏标准高效的GPU高层编程语言、以及相应调试工具,（iii）由于以上两个问题，无法完整地实现适于渲染制作的Re

30、nderMan标准，以及其他各类基于物理真实感的渲染算法。因此，如何充分利用GPU的计算特性，结合分布式的集群技术，解决以上这些难题，从而来构造低功耗的渲染服务是图形学的未来发展趋势之一。（本段主要根据博士所作发言总结）（2） 研究和谐自然的三维模型建模方法三维模型建模方法是计算机图形学的重要基础，是生成精美的三维场景和逼真动态效果的前提。然而，传统的三维模型方法，由于其主要思想方法来源于CAD中基于参数式调整的形状构造方法，建模效率低而学习门槛高，不易于普及和让非专业用户使用。而随着的普及和发展，各类用户都提出了高效的三维建模，因此研究和谐自然的三维建模方法是发展的一个重要趋势。采用合适的交

31、互手段，来进行三维模型的快速构造，特别是应用于概念设计和建筑设计领域已引起了国际同行的广泛关注。由于笔式或草图交互方式，非常符合人类原有日常生活中的思考习惯，是研究的重点问题。其难点是根据具体的应用领域，与视觉方法相融合，如何设计合理的交互语汇以及对应的过程式“识别-构造”方法。与此相关的一个问题是基于规则的过程式建模方法。由于Google Earth等数字的广泛应用，对于地图之上的建筑物信息等存在迫切需求。为此，研究者希望通过激光扫描或者视频等获取方式获得相关信息后能迅速地重建出相关三维模型信息。然而单纯的重建方式存在精度低、稳定性差和运算量大等不足，远未能满足实际的需求。因此，最近的研究中

32、，倾向于采用基于规则的过程式建模方法相结合来尝试高效地构造出三维，以及相关的树木等结构化场景。三维建模方法中的另一主要问题是研究合适的曲面表达方法，以适于各类图形学的应用。在CAD的主流方法是采用NURBS（非均匀有理B-样条）方法，然而此类方法无法很好解决非正规情况下的曲面拼合，不甚适合于图形学。为此，细分曲面方法，作为一种离散迭代的曲面构造方法，由于其构造过程朴素简单以及实现容易，是一个方兴未艾的研究热点，而且极有可能逐步取代NURBS方法。主要需要解决的问题有：（i）奇异点处的C连续性的有效构造方法；(ii)与GPU图形硬件相结合的曲面处理方法。（3） 利用日益增长的计算性能，实现具有高

33、度物理真实的动态仿真高度物理真实感的动态模拟，包括对各种形变、水、气、云、烟雾、燃烧、爆炸、撕裂、老化等的真实模拟，是计算机图形学一直试图达到的目标。这一技术是各类动态仿真应用的核心技术，可以极大地提高系统的沉浸感。然而高度物理真实性模拟，主要受限于计算机的处理能力和存储容量限制，不能处理很高精度的模拟，也无法做到很高的。所幸的是，GPU技术带来了革新这一技术的可能。充分利用GPU硬件内部的并行性，研究者开始普遍关注基于GPU的各类求解极其相关的有限元加速。主要研究关注焦点还是单个物理方法的GPU实现。然而，随着nVidia推出了基于GPU的PhysX通用，以及Havok公司与AMD合作开发了

34、通用物理中间件技术，相信未来可为高度物理真实的动态模拟提供新的研究机遇。（4） 研究多种高精度与处理技术，增强图形技术的表现真实感的画面与逼真效果，一种有效的解决途径是采用各种高精度手段获取所需的几何、纹理以及动态信息。为此，研究者正在考虑对各个尺度上的信息进行获取。小到物体表面的微结构、纹理属性和反射属性通过研制特殊装置予以捕获与处理，或采用一组同摄像机来获取演员的与动态，大到采用激光扫描获取整幢建筑物的三维数据。这里主要研究的三个问题是：（a）图形获取设备的设计与实现，这是与计算机视觉、硬件、软件相关的系统工程研究问题；（b）由于一般获取的数据均极为庞大且附加了各种噪声与，如何进行处理与压

35、缩以适合于图形学应用是主要问题；（c）一旦获取相关的数据，如何进行重用是一个主要课题，因此使得基于数据驱动的方法，与相交叉的图形学方法是最近的研究热点。（5） 计算机图形学与图像视频处理技术的结合家用数字相机和摄像机的日益普及，对于数字图像与视频成为了计算机研究中的热点问题。而计算机图形学技术，恰可以与这些图像处理，视觉方法相交叉融合，来直接地生成风格化的画面，实现基于图像三维建模，以及直接基于视频和来生成动画。当计算机图形学正向地图像生成方法和中逆向地从图像中恢复各种相结合，可以带来无可限量的想象空间，构造出很多视觉特效来，最终用于增强现实、数字地图、展示等多种应用中去。（6） 从追求绝对的

36、真实感向追求与强调图形的表意性转变计算机图形学在追求真实感方向的研究发展已进入一个发展的平台期，基本上各种真实感特效在不计较计算代价的前提下均能较好得以重现。然而，人们创造和生成图片的终极目的不仅仅是展现真实的世界，更重要的是表达所需要传达的信息。例如，在一个所需要描绘的场景中每个和元素都有其相关需要传达的信息，可根据重要度不同可采用不同的绘制策略来进行分层渲染再加以融合，最终合成具有一定表意性的图像。为此，研究者已经开始研究如何与图像处理、心理等领域相结合，探索合适表意性图形生成方法。而这一技术趋势的兴起，实际上延续了已有的绘制研究中的若干进展，必将在未来有更多的发展。4. 小结综观计算机图

37、形学的发展，我们发现图形学的发展迅速，并且已经成为一门独立的学科，傲站在科学的前端。计算机图形学的已经应用到各个领域。比如计算机辅助设计与制造，自然景物仿真和计算机动画。在我们的生活到处可见，使我们的生活变的绚丽多彩。还有将可视化用于天气预报，使气象预报越来越准确；用于地质堪探，使地质学家可以发现新资源；用于医学做一些精密的手术提高了人们的寿命等。总之计算机图形学的应用给人类带来了很多益处，在促进人们物质水平提高的同时，也给我们带来的精神上的享受。当然，计算机图形学在某些领域的发展还未成熟，需要图形学工作者再接再厉，不断完善它的不足之处。从长远来看。计算机图形学有着广泛的发展前景，而且将在人们的生活中起着越来越重要的作用。5. 参考文献1 王长波.计算机图形学M. 机械工业出版社. .2 陈凡，陈栩翔数字电影 3D 技术浅析 J影视技术，2006，（1）.3 解双箭计算机 3D 技术在电影中的应用 J电影评价，2009，（16）专心-专注-专业