计算机专业的图形学与图像处理技术

计算机工程应用技术本栏目责任编辑：梁书ComputerKnowledgeandTechnology电脑知识与技术第12卷第5期(2016年2月)

计算机图形学与图形图像处理技术研究

陈耿

（福建师范大学协和学院信息技术系，福建福州350117）

摘要：随着我国计算机信息技术的不断革新延展，涉及图形图像处理技术开始引起社会各界广泛关注。在此类背景影响

下，笔者决定针对计算机图形学主流研究方向、发展背景、系统机理结构、日后应用领域等内容，加以细致化验证解析。希

望经过上述图形学、图形处理技术内容的重新诠释过后，能够更好地调整相关技术操作人员专业技能和职业道德素质，为

今后我国图形图形处理工艺可持续发展，奠定基础。

关键词：计算机；图形图像；处理技术；革新改造

中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1009-3044(2016)05-0171-02

ResearchonComputerGraphicsandImageProcessingTechnology

CHENGeng

(DepartmentofInformationTechnology,FujianNormalUniversity,Fuzhou350117,Fujian)

Abstract:Withthecontinuousinnovationofcomputerinformationtechnologyinourcountry,thegraphicsandimageprocessing

technologyhasbeenwidelyconcernedbyallcirclesofsociety.Undertheinfluenceofthiskindofbackground,theauthordecid-

edtoaimatthemainstreamresearchdirection,developmentbackground,systemmechanismstructureandfutureapplication

图像处理技术综述

图像处理技术是应用于计算机视觉、计算机图形学、人工智能等领域的一种技术，用于改善或增强图像的质量、可视性、信息含量或拟合特定需求。在当今信息技术快速发展的时代，图像处理技术已被越来越广泛地应用于医学、军事、安全监控、遥感、交通、广告等领域。

一、图像处理的基本流程

1、获取图像

首先需要获得图像，其方式很多。例如，用专业摄像机或手机或扫描仪捕获图像。另外，从互联网或其他共享资源中获取的图像也可以作为处理对象。

2、预处理图像

在采集到图像数据后，需要对图像进行预处理。这主要是为了去除噪声和畸变，以便更好地处理图像数据。一些常见的操作包括滤波、均衡化、归一化和旋转等。

3、分割图像

将图像分成若干个区域，通过分析这些区域来获取有用的信息。分割可以基于颜色、亮度、纹理、图像特征、形状等进行。

4、提取特征

提取图像中的特征是使用智能算法和其他技术来描述图像中重要的信息。这些特征可以是纹理、边缘、角点或其他模式，并且可以用来判断图片是否满足特定要求。

5、抽取结构信息

对于一些需要对图像进行量化和分析的应用，可以从图像中提取出具有代表性的结构信息。

应用某些算法，通过获取的特征和结构信息来分析图像。根据分析的结果，可以识别物体、建立模型、人机交互等等。

图像滤波是一种常用的基本方法，它主要用于去除图像中的噪声。常见的滤波方法有平均滤波、高斯滤波、中值滤波等。

图像增强技术是指通过算法将低质量的图像improved以获得更高质量的图像，例如提高对比度、清晰度、亮度等。 图像压缩是将数字图像压缩到尽可能小的空间，使其更容易存储和传输。最常用的压缩方式是JPEG和PNG。

图像分割是将图像分割成不同的部分，每个部分对应相应的特征，这些部分组成面向目标识别和跟踪的区域。常用而有效的算法包括K均值聚类、分水岭算法等。

计算机图形学的新进展

近年来，计算机图形学在不断推陈出新，掀起了一股技术革新的浪潮。随着计算机硬件的发展和应用范围的不断扩大，计算机图形学已经广泛应用于游戏开发、虚拟现实、真人互动、CAD设计等多个领域，并带来了业界的巨大变革。本文将从计算机图形学的发展历程、技术进步以及应用范围等方面进行分析和探讨。

一、计算机图形学的发展历程

计算机图形学是一门研究如何在计算机上表示和处理几何形状的学科。早在20世纪50年代，计算机图形学的开创者已经开始研究将计算机应用于几何图形的建模和显示方面，从而使得人们可以通过计算机来呈现复杂的几何形状，并产生出具有生动感和真实感的图像。在计算机图形学的发展历程中，经历了几个重要的发展阶段：

1、线框图形学时代

60年代初期，最开始的计算机图形学主要是以线框图为主要表现方式。它用数学方法描述几何物体，并将这些物体的顶点通过特殊的算法联结在一起，形成了一个个透视图。这种方式的好处是在不同方向下，可以显示出不同的视点和效果，但生成的图像却缺乏真实感和生动感。

2、光栅图形学时代

70年代初期，随着计算机硬件的发展，计算能力和储存能力有了大幅提高，人们开始尝试使用光栅图形学技术来表现复杂的图像。光栅图形学是一种基于像素点的图形学方法，通过将几何图形划分为像素点，再通过计算对像素点进行着色、渲染和阴影等操作，最终可以呈现出非常逼真的图像。这种方式的好处是可以产生出具有生动感和真实感的画面，但是它产生的图像却非常占用计算机的处理能力和存储空间。

3、基于物理的图形学时代

80年代开始，基于物理的图形学开始得到关注，它将所有的图形处理与物理实验结合起来，通过计算物理效应和光的传播路径等等，使得硬件效果更加逼真。这种方式的好处是能够产生出非常真实的图像，但是要求计算机的处理能力非常高。

4、深度学习时代

到了21世纪，随着人工智能、深度学习等技术的发展，计算机图形学进入了全新的时代。在深度学习的框架下，图像处理也可以自动实现，人类只需定义一个“目标函数”（例如特定的画风），深度学习就会自己探索和学习那些图像有这个特定风格，得到一个平滑的结果。这种方式的好处是提高了计算效率，同时在很多图像处理领域表现出了优异的效果。

计算机图形学的发展和应用

计算机图形学是计算机科学中一门重要的学科，它是利用计算机来创造、处理、存储和呈现图像的技术。随着计算机技术的发展，计算机图形学逐渐成为计算机科学中一个重要而独立的领域，其应用范围也日益广泛。

一、 计算机图形学的发展历程

计算机图形学起源于20世纪60年代，当时主要应用于计算机仿真和视觉效果方面。1963年，伊万·苏泽兰(Ivan Sutherland)发明了第一台基于交互式图形的计算机-画图程序Sketchpad，它是第一款实现计算机交互的图形软件，可以通过电路板和光笔来实现图形图像的绘制和编辑。1969年，伊万·苏泽兰又发明了第一款基于矢量绘图的计算机图形系统，称为Sketchpad-2，它可以实现对图像的放大和缩小，旋转和平移等操作。

1970年代，计算机图形学开始应用于计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)方面，此外还应用于天文学、医学、地理信息系统(GIS)等领域。1980年代，计算机图形学的发展速度加快，图形工具的性能大幅度提高，计算机游戏、3D动画和特效效果得以迅速发展。

1990年代，计算机图形学的发展又迈出了一个新的阶段，它开始承担起了虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等领域的任务。如今，随着计算机硬件和软件的不断更新和发展，计算机图形学也在不断优化和拓展，为人类社会的发展做出着重要的贡献。

二、 计算机图形学的应用领域

1. 游戏开发

计算机图形学在游戏开发中扮演着重要的角色。它帮助游戏开发者创造出更加真实、惟妙惟肖的游戏场景和角色形象，让游戏玩家更加沉浸于游戏世界中。随着3D图形技术的进步，现代游戏中所展现的场景和人物已经达到了以往难以想象的高度。

2. 医学

计算机图形学在医学中的应用十分广泛，例如是利用计算机图形学技术来建立人体模型，并对人体模型进行操作和分析，这样医生在为病人制定治疗方案时，可以更加准确地进行定位和操作，避免手术操作的风险。另外，计算机图形学还可以用于医学影像的研究和分析，医生通过计算机处理后的影像，可以更加清晰地观察病变部位，更加精确地判断病情。