计算机图形与图像处理

科技・搽索・争鸣　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｉｓｉｏｎ　科技视界　ＴＴ论坛　计算机图形与图形图像处理技术的相互结合　钟凯飞　（杭州师范大学钱江学院，浙江杭州３１００１２）　【摘要】计算机图形及图形图像的处理技术是计算机技术的重要进步与发展，其开始发展于上世纪八十年代，并在日后的发展过程中受　到广泛的关注和应用．已成为计算机现代化应用的重要方面之一。本文就计算机图形学和计算机图形图像处理技术的基本组成和功能为基础，　简要分析了计算机图形与图像处理技术的发展和应用领域．对进一步加强对计算机图形与图形图像处理技术的认识具有重要意义。　【关键词】计算机图形；图形图像处理技术；功能　０前言　图形是现实世界中客观存在的，图像则是通过主观构造出来的，　而计算机的图形图像处理技术就是关联这两者．把图形与图像处理技　术结合的计算机学科门类．随着计算机图形学与图形图像处理技术的　不断发展，两者之间的结合越来越紧密和融洽，在各个领域的应用也　越发的广泛．逐渐成为计算机科学中应用最活跃的学科。　１　计算机图形图像处理技术　１．１计算机图形图像处理技术的基本概述　计算机图形图像处理是将概念的或描述性的形象的几何模型或　数据用计算机显示、修改、完善并存储的操作过程，其主要实现以下几　个方面的功能：　１）对图像进行几何变换，如：旋转、平移、投影、缩放等。　２）实现图像的数字化、图像增强、图像复原、图像编码、图像分析　和图像分割等　３）对图形的曲线和曲面实行拟合操作。　４）消除图像中的隐线和隐面。　５）进行计算机图像的建模和造型设计。　６）进行相应的色彩设计和明暗处理以及纹理贴图的处理。　１．２计算机图形图像处理技术的功能及构成　１．２．１功能　计算机科学与工程领域中．计算机图形图像处理技术的研发和改　进是一项重要内容．而这必须依靠计算机图形系统来完成。计算机图　形系统主要实现以下五种基本功能：计算功能，存储功能，输入、输出　功能．对话功能。计算机图形系统的计算功能是指在图形图像的设计　过程中，利用其进行必要的分析计算、变换等。计算机图形系统的存储　功能是指能对计算机图像以及几何数据实行实时的监控、维护、检索。　计算机图形的输入、输出功能是指利用计算机图形系统能实现输入图　形图像的几何参数以及相关形体命令。并在显示状态下对最终的图形　图像处理结构进行输出、拷贝。计算机图形系统的对话功能是指通过　显示器和交互设备进行人与计算机间的沟通。使用者通过显示器可直　观地看到图形图像设计和处理的结果．并通过相关设备对不满意的地　方进行实时修改．另外系统还会自动保存用户的操作．对不恰当的操　作予以提示，用户还可对前面进行的操作进行撤销，实现对象的还原。　１．２．２构成　计算机图形的完成和处理需要计算机图形系统的支持．它由计算　机硬件设备以及计算机图形图像软件两部分构成。一般来说，计算机　图形的高质量需要过硬的计算机硬件设备的支持。计算机图形硬件主　要包含图像处理器、图像输入设备和图像输出设备三个部分。图像处　理器是整个系统的重要部分．它能作为纽带连接显示终端设备和计算　机设备．主要具有的功能是处理和存储图像．同时还能够完成大量图　形函数的计算．这不仅大大减少了计算机中央处理器的工作负担．而　且提高了计算机操作系统的运行速度．使得图形图像处理的效率和能　力也得到了提高。另外．图形系统常见的输入设备主要是键盘和鼠标，　人们可以通过它们做到直接输入图形和进行图形的制作、定位。最后，　计算机图形的输出设备是能够快速地生成图像和显示图像以及传输　和保存图像的系统设备，主要有显示器、打印机、绘图仪等。　２计算机图形与图形图像处理技术结合的应实例　在实际情况中．计算机图形与计算机图形图像处理技术是密不可　分的．这两者结合可以使图形图像的视觉效果更加的精美，质量更加　的完美。并且．随着计算机技术的发展，这两者之间已经形成了一种相　互交叉、相互渗透的关系，之间相区别的界线也越来越模糊，两者可以　说已经形成一个整体共同发挥着作用．两者结合主要应用在以下几个　方面：　２．１计算机辅助制造及设计方面　在工业产业中．ＣＡＤ（计算机辅助设计１是应用领域最广泛和应用　最活跃的计算机图形图像处理技术。广泛地用于工业产品设计。　例如：车床、汽车、土建工程项目等的设计以及网络分析、集成电　路等领域运用ＣＡＤ具有相当大的优势．在遇到设计工作量很大的建　筑工程、电路设计时，依靠人工设计的成本及时间都会较大，利用　ＣＡＤ则可以很大程度上减少设计的难度、成本和时间。　２＿２可视化　ＳＧＩ公司在２００２年提出可视化硬件和软件的概念．主要实现建　模和渲染。最终生成具有很高真实感的图形。其实早在十九世纪，就有　科学家提出计算可视化的设想．可是迫于条件有限最终也只能落为一　纸空谈。如今，可视化已广泛用于气象分析、医学以及流体力学等领　域．其还有很大的提升空间和应用价值　２．３计算机动画以及艺术设计　计算机图形和图形图像处理技术随着计算机系统及技术的发展．　早已不仅仅停留在静态图形的处理方面．更是实现了以此为基础的计　算机动画处理技术的产生．这样大大丰富了人们的生活和计算机的功　能　正如现在的美术工作者在进行商业化的美术设计时也更加青睐于　使用计算机图形图像处理技术进行艺术创造．大量的绘画程序：　ＰａｉｎｔＳｈｏｐ、３ＤＭＡＸ等．更是满足了艺术家们各种二维、三维设计的需　要。得到广泛的应用．其中的许多功能都是艺术家仅凭双手难以办到　的。　２．４用户接口　在图形界面中．计算机显示窗１：３、按钮、图标等图形表示不同目的　的操作．用户可利用鼠标等指针进行选址想要进行的命令．计算机图　形用户界面的好坏决定着软件易用性的强弱　这个应用最成功案例便　是苹果公司、微软公司．上个世纪它们相继实现图形化用户界面的操　作系统．特别是Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统更是得到了广泛地应用．Ｗｉｎｄｏｗｓ　的图形界面包括桌面、墙纸、视窗、文件界面、菜单界面、图标、按钮等，　具有高度的人性化　３结语　计算机图形与图形图像处理技术已经广泛地应用于人们生活的　各个方面．它为人们的生活和工作带来了极大的便利．两者密不可分　的结合不仅创造出了许许多多功能强大、使用方便、效果极佳的应用　程序．更是为我们的生活创造了许多丰富多彩的视觉享受和生活体　验。相信未来随着计算机及图形图像处理技术的发展，我们的生活、我　们的世界将会变得更加精彩纷呈。●　【参考文献】　［１］蔡报忠．基于运动捕获数据的计算机动画综述［Ｊ］．软件导刊，２００８（０２）．　［２］万良君．超级计算机图形学和可视化【　计算机工程与科学，１９９３（０１）．　［３］陈敏雅，金旭东ｌ浅谈计算机图形学与图形图像处理技术【　长春理工大学学　报．２０１１（０１）．　作者简介：钟凯飞（１９９１一），男，浙江桐乡人，大学本科，专业为计算机科学与技术。　科技视界Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｉｓｉｏｎ　［责任编辑：王静］

计算机图形学与图形图像处理技术研究

计算机图形学和图像处理技术是现代计算机科学中一个极为重要的领域，涉及到计算机视觉、计算机图像、模式识别、虚拟现实、游戏开发等多个方面的应用，给现代科技带来了深刻的变革。

计算机图形学是指在计算机系统中，通过特定的算法和技术，将几何图形、图像等信息转化为计算机可以处理的数字信息的学科。研究的主要内容包括几何计算、曲线和曲面、三维图形学、可视化（visualization）、渲染（rendering）等内容。计算机图形学包含的数学基础主要是线性代数、微积分、统计学等。计算机图形学算法的目标是模拟人眼对于视觉信息的处理，并且在计算机系统中实现。

图像处理技术是指将图像转换成数字信号，并利用数字计算机采用多种算法来对其进行分析、处理和修改的技术。主要研究内容包括数字图像处理中的图像增强、图像滤波、图像分割、图像融合、形态学、图像压缩等。图像处理的算法是基于数字信号处理、数学方法、计算机科学等诸多领域中的技术。

计算机图形学和图像处理技术的应用非常广泛。在计算机图形学领域，最主要的应用包括计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、数字娱乐、虚拟现实等；在图像处理领域，常见的应用有医学影像处理、安全监控、人脸识别、航空航天、军事作战等。这些应用为人类带来了前所未有的便利，大大提高了人们的工作效率和生活质量。

近年来，计算机图形学和图像处理技术研究领域涌现了许多成果。例如在计算机图形学领域，基于GPU的图形渲染技术大大提高了渲染速率和图像质量；而在图像处理领域，深度学习和卷积神经网络等人工智能技术在图像分割、图像识别等方面大显神威。因此，计算机图形学和图像处理技术无疑是现代计算机科学中不可或缺的一部分，对人类社会的发展起着至关重要的作用。

第二章 图像数字化

数字化器（图像采集与输入设备）：数字化器必须能够将图像划分为若干像素并分别给它们地址，能够度量每一像素的灰度并量化为整数，能够将这些整数写入存储设备。数字化器的组成是：

A．采样孔：保证单独观测特定的像素而不受其它部分的影响；

B．图像扫描机构：使采样孔按预先确定的方式在图像上移动；

C．光传感器：通过采样孔测量图像的每一个像素的亮度；

D．量化器：将传感器输出的连续量转化为整数值；

E．输出存储体：将像素灰度值存储起来。它可以是固态存储器 或磁盘等。

图像传感器（电子设备的图像接收器）：通常包含放大器、噪声校正和数字化电路

取样：空间坐标的离散化，即将一幅连续图像在空间上分割成M×N个网格，每一网格用一亮度值来表示。

图像取样的原理：

 首先将图像平面置于由X、Y标示的二维笛卡儿坐标系的XY平面上，

 然后将图像划分成网格（划分网格的方法是，在X轴向以一定间隔平行于Y轴划线，在Y轴向以一定间隔平行于X轴化线，形成矩形网格），

 最后将图像每个网格中心点或每个网格线交点（该点在数字图像中又称像素）的性质值取出来，并排列成矩阵，就完成了图像采样。

均匀采样 当采样线的所有行间距相等，采样线的所有列间距也相等时，就是均匀采样。通常还取行间距等于列间距。

图像的空间分辨率 由空间采样率决定的分辨图像细节的能力叫图像的空间分辨率(有些地方简称分辨率)，它直接取决于图像的像素数。对于采样来说，采样间隔越小，空间分辨率越高；采样间隔越大，空间分辨率越低。

幅度分辨率 在图像性质最大取值一定的情况下，对图像性质值进行量化时，量化台阶的大小，决定了数字图像颜色分层的多少、颜色丰富的程度。通常将与颜色分层相关的分辨率叫做幅度分辨率。量化台阶越小，幅度分辨率就越高，颜色层次就越多；反之，量化台阶越大，幅度分辨率就越低，颜色层次就越少。 量化：将取样点(像素)的灰度(亮度)离散化，使之由连续量转换为离散的整数值即灰度值、灰度级(gray level)的过程。

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《计算机图形学与图形图像处理技术浅析》

摘要：伴随着计算机技术的不断发展，计算机图形学与图形图像处理技术逐渐成熟。计算机图形学

与图形图像处理技术在现代各领域中的应⽤越来越重要，从⽽逐渐受到了⼈们的⼴泛关注。本⽂通过分析计

算机图形学的系统组成、功能以及应⽤领域等内容，详细分析了计算机图形学与图形图像处理技术的特点。

关键字：图形学 图形图像 处理技术

计算机技术在近年来的发展速度极为迅速，如今在各个领域中都应⽤了计算机技术。从20世纪50年

代开始，⼈们开始利⽤计算机技术处理图形，⽽随着计算机技术的不断发展与成熟，⼈们开始利⽤计算机技

术处理图形与图像信息，随着这种图形与图像处理技术的不断成熟与完善，最终形成了备受⼈们重视的新型

学科。这种计算机图形学与图形图像处理技术的应⽤，对于各个领域的发展有很重要的意义，因此对计算机

图形学与图形图像处理技术进⾏研究分析，对各领域的发展⾮常重要。

1 计算机图形学概述

1.1 计算机图形学的主要内容

计算机图形学中的研究内容包含了许多⽅⾯，其中包含了图形硬件、图形交互技术、曲⾯曲线建

模、虚拟实现以及实物造型等。这是⼀种利⽤数学算法将相应⼆维与三维图形转化到计算机中显⽰出来。计

算机图形学学科成⽴的主要⽬的是为了让计算机转换出来的图像更加的真实，⽽要让计算机转化的图形具备

更强的真实感，就必须要建⽴图形描述场景的⼏何表⽰，从中计算出虚拟的光源、纹理以及材质属性产⽣的

效果。因此计算机图形学与⼏何设计学的联系⾮常紧密。在计算机图形学中，主要的研究内容包括⼏何场景

中的曲线曲⾯造型技术以及实体造型技术。⽽由计算机转化出的图形，通常都需要对图形进⾏再⼀次的处

理，因此计算机图形学与相应的图形图像处理技术需要紧密联系起来，这样才能够产⽣更好的图形真实感。