计算机专业的图形学与图像处理技术
计算机专业的图形学与图像处理技术在如今的数字时代中扮演着重要角色。图形学和图像处理技术涉及将数字图像应用于计算机生成图像、图像分析和处理、计算机视觉以及许多其他领域。它已经成为计算机科学和工程中的一个重要分支，为各种应用提供了强大的工具和技术。
一、图形学技术
1. 三维建模与渲染技术
三维建模技术是图形学中的关键技术之一，它涉及通过在虚拟三维空间中创建、编辑和操纵几何图形来生成三维模型。三维模型可以用于游戏开发、电影制作、虚拟现实等应用领域。
渲染技术是将三维模型转化为具有真实感观和光照效果的图像的过程。通过光线跟踪、阴影计算和材质贴图等技术，渲染引擎可以产生逼真的三维图像。
2. 计算机动画技术
计算机动画技术是指使用计算机生成的图像来模拟和创建动态效果的技术。通过建模、渲染和动画化三个阶段，可以创建出栩栩如生的动画场景。计算机动画广泛应用于电影、电视、电子游戏和虚拟现实等领域。
3. 虚拟现实技术 虚拟现实技术是通过计算机生成的图像和声音来模拟真实世界的感觉和体验的技术。它利用图形学和图像处理技术来创建沉浸式的虚拟环境，让用户可以与虚拟世界进行交互。虚拟现实技术在游戏、培训、医学和军事等领域得到广泛应用。
二、图像处理技术
1. 图像获取与处理
图像获取是指将现实世界中的视觉信息转换为数字图像的过程。图像处理是对数字图像进行分析和处理的过程。这些技术包括图像去噪、图像增强、图像压缩和图像恢复等，可以提高图像的质量并从中提取有用的信息。
2. 图像分析与识别
图像分析和识别技术是对数字图像进行自动分析和识别的过程。通过使用计算机算法和模式识别技术，可以实现图像的自动分类、目标检测和图像内容分析等功能。图像分析和识别广泛应用于人脸识别、车牌识别和医学影像分析等领域。
3. 计算机视觉技术
计算机视觉技术是指通过计算机处理和解释数字图像来模拟人类视觉系统的功能。它包括图像恢复、立体视觉、运动分析和场景理解等技术。计算机视觉技术在机器人、自动驾驶和智能监控等领域有广泛应用。
计算机图像学的应用
一、计算机图形学发展历史
1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风I（Whirlwind
I）计算机的附件诞生了。该显示器用一个类似于示波器的阴极射线管（CRT来显示一些简单的图形。
1958年美国Calcomp公司由联机的数字记录仪发展成滚筒式绘图GerBer公司把数控机床发展成为平板式绘图仪。在整个50年代，只有电子管计算机，用机器语言编程，主要应用于科学计算，为这些计算机配置的图形设备仅具有输出功能。
到50年代末期，MIT的林肯实验室在“旋风”计算机上开发SAGE空中防御体系，第一次使用了具有指挥和控制功能的CRT显示器，操作者可以用笔在屏幕上指出被确定的目标。与此同时，类似的技术在设计和生产过程中也陆续得到了应用，它预示着交互式计算机图形学的诞生。
1962年，MIT林肯实验室的Ivan E.Sutherland 发表了一篇题“Sketchpad：一个人机交互通信的图形系统”的博士论文，他在论文中首次使用了计算机图形学“Computer Graphics”这个术语，证明了交互计算机图形学是一个可行的、有用的研究领域，从而确定了计算机图形学作为一个崭新的科学分支的独立地位。
70年代是计算机图形学发展过程中一个重要的历史时期。由于光栅显示器的产生，在60年代就已萌芽的光栅图形学算法，迅速发展起来，区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念、及其相应算法纷纷诞生，图形学进入了第一个兴盛的时期，并开始出现实用的CAD图形系统。又因为通用、与设备无关的图形软件的发展，图形软件功能的标准化问题被提了出来。
1974年，美国国家标准化局（ANSI）在ACM SIGGRAPH的一个与“与机器无关的图形技术”的工作会议上，提出了制定有关标准的基本规则。
70年代，计算机图形学另外两个重要进展是真实感图形学和实体造型技术的产生。1970年Bouknight提出了第一个光反射模型，1971年Gourand提出“漫反射模型＋插值”的思想，被称为Gourand明暗处理。1975年Phong提出了著名的简单光照模型-Phong模型。这些可以算是真实感图形学最早的开创性工作。 1980年Whitted提出了一个光透视模型-Whitted模型，并第一次给出光线跟踪算法的范例，实现Whitted模型。
电脑游戏的图形处理技术
随着科技的不断进步和计算机性能的提升，电脑游戏的图形处理技术也取得了长足的发展。从最早的2D游戏到如今的3D游戏，图形处理技术的进步使得游戏画面更加逼真、细腻，给玩家带来了更加沉浸式的游戏体验。
一、2D游戏时代的图形处理技术
在电脑游戏刚刚出现的时候，由于硬件条件的限制，游戏大多采用2D的图像处理技术。2D游戏的图像以平面的方式呈现，主要以像素点的形式构成。游戏开发者通过绘制图像的像素点来呈现游戏场景和人物角色，给玩家营造出一个相对简单的游戏世界。然而，由于2D游戏的图像受到硬件性能的限制，游戏画面无法达到真实感和细腻度上的要求。
二、3D游戏时代的图形处理技术
随着计算机性能的提升，3D游戏逐渐崭露头角。相较于2D游戏，3D游戏能够更加真实地模拟和再现现实世界，给玩家带来身临其境的感觉。3D游戏通过使用三维坐标系、光照效果、纹理贴图等技术手段，呈现出更加逼真的游戏画面。
1. 三维坐标系
在3D游戏中，物体的位置、大小和形状等都是通过三维坐标系来描述的。通过对物体的坐标进行计算和运算，可以确定物体在游戏场景中的位置和变换。这使得游戏场景和角色的移动更加流畅和自然。 2. 光照效果
在现实世界中，光照是非常重要的因素，影响着物体的视觉效果。3D游戏通过模拟光照效果，使物体在游戏中能够产生阴影、反射等现象，增加游戏的真实感。
3. 纹理贴图
纹理贴图是3D游戏中常用的技术手段之一，通过将真实的物体或场景的图案、颜色等特征映射到游戏模型上，使游戏中的物体更加细腻、真实。纹理贴图可以提高游戏画面的细节和质感。
三、最新的图形处理技术
随着科技的不断创新，电脑游戏的图形处理技术也在不断改进和更新。如今，一些新兴技术进一步提升了游戏画面的真实感和表现力。
1. 光线追踪技术
光线追踪是一种模拟光线传播路径的技术，能够更加真实地模拟光的传播和反射。通过光线追踪技术，游戏画面可以呈现出更加逼真的光照效果，使得游戏场景和角色的渲染更加真实。
科 技 学 院
课程实验报告
名 称： 计算机图形学
院 系： 信息工程系
班 级： 计算机11k2
学 号： 111909010232
学生姓名： 赵晓伟
指导教师： 姜丽梅
实验学时： 8
成 绩：
日期： 2014 年 6 月 4 日
《计算机图形学》课程实验
任 务 书
一、 目的与要求
1． 掌握计算机图形学及交互式计算机图形学的定义，了解OpenGL的功能及工作流程，掌握基于OpenGL Glut库的程序框架。
2． 掌握基本的二维线画图元的绘制算法及属性，掌握OpenGL基本图元的绘制。
3． 理解二维、三维图形的绘制流程，掌握二维图形和三维图形的图形变换。
4． 了解形体的真实感表示的内容，包括消隐技术、简单光照明模型、多边形的明暗绘制技术以及纹理映射技术。
5． 要求使用OpenGL及GLUT库在Visual C++环境下编写图形绘制程序实现基本图元绘制。
6． 要求对绘制的简单场景综合利用几何变换或gluLookAt函数实现交互式三维观察程序。
二、 主要内容
1． OpenGL基本图元绘制实验
在两个具有不同属性的窗口中分别显示一个旋转的三角形来演示单缓存和双缓存，在旋转过程中不断改变图形的颜色，利用鼠标或菜单可终止/启动图形旋转。明确程序包括哪些函数，各个函数的功能以及整个流程，从而为进一步做综合性的图形绘制实验奠定基础。
2． OpenGL三维观察综合实验
对于绘制的立方体（也可以自己拟定）通过键盘移动视点，利用鼠标或键盘控制立方体的旋转方向，从不同角度观察各面颜色不同的立方体，通过本实验加深理解计算机图形学中的三维图形绘制流程的工作原理和OpenGL三维观察流程及相应的函数实现。
