關於計算機圖形學探究的論文

　　計算機圖形學是一門實用計算機產生、顯示以及處理圖形介面的知識體系。下面是小編給大家推薦的，希望大家喜歡!

　　篇一

　　《計算機圖形學若干基礎演算法的研究》

　　摘要：我們現代人生活在各種各樣的資訊之中，如何應用計算機處理資訊，處理圖形成為了一個越來越重要的課題。本論文主要介紹了計算機圖形學，以及兩種基礎演算法：多邊形裁剪演算法和逐點生成演算法。

　　關鍵字：計算機圖形學;基礎演算法

　　1. 計算機圖形學

　　1.1 計算機圖形學概述

　　我們現代人生活在各種各樣的資訊之中，如何應用計算機處理資訊，處理圖形成為了一個越來越重要的課題。本論文所要介紹的計算機圖形技術，是計算機領域的熱門領域之一，它是同電子硬體和計算機的周邊裝置一同發展而來。隨著人類在航空航天、軍事和通訊等領域的突破，計算機圖形學也得到了很快的發展。

　　計算機圖形學是一門實用計算機產生、顯示以及處理圖形介面的知識體系。計算機圖形學已經變得越來越重要，主要原因是：人們接收和發出資訊，圖形是很好的一種傳遞資訊的方式。一個圖形本身，就具有很豐富的資訊，人們根據圖形能夠很自然快速地與外界進行交流。

　　1.2 計算機圖形學研究熱點

　　計算機圖形學主要研究以下三個方面的內容。第一：隱藏線***面***的消除;第二：基本曲線的裁剪以及繪製;第三：現代圖形學熱點研究的內容，主要是虛擬現實技術、視覺化、三維立體的重建等等。

　　由於在一個圖形應用或圖形軟體中要大量重複呼叫這些基礎演算法，因此在這方面的任何進步都會對整個圖形系統產生很大的影響。計算機圖形學的基礎演算法經過人們幾十年的研究，己比較成熟。但每一個進步對解決圖形技術所面臨的儲存、傳輸、顯示等問題都有很大的幫助。

　　2. 基礎演算法的研究

　　2.1 多邊形裁剪演算法

　　裁剪是處理圖形一種很基礎的方法，常見的裁剪操作主要有將不同的圖形裁剪拼接形成新的圖形。我們可以看出，裁剪演算法在計算機圖形學中是一種十分基礎但是卻又十分重要的操作[1]。

　　本論文所提到的裁剪方法，主要是針對凸多邊形的。裁剪方法主要可以分為四個方法：中點演算法、CS演算法、CB演算法、樑B演算法。

　　***1***CS演算法是Cohen-Sutherland的一種分割槽編碼演算法[2]。CS演算法以前是計算機圖形學中很重要的一種演算法。CS演算法對線段可以分為以下三種情況：窗內、窗外以及其它情況。我們在使用CS演算法的時候，需要判斷線段兩端端點的編碼，進而判斷視窗和線段之間的位置關係，這種演算法的缺點是對於判斷所做的工作比其他演算法多。端點編碼檢查演算法的核心程式碼如下：

　　end point code algorithm

　　P1 and P2 are the end points of the line

　　xL，xn，yT，yB are the left， right， top and bottom window coordinates calculate the end point codes

　　put the codes for each end into 1*4 arrays called P1code and P2code

　　first end point： P1

　　if x1 < xL then P1code***4*** = 1 else P1code***4*** = 0

　　if x1 > xR then P1code***3*** = 1 else P1code***3*** = 0

　　if y1 < yB then P1code***2*** = 1 else P1code***2*** = 0

　　if y1 < yT then P1code***1*** = 1 else P1code***1*** = 0

　　second end point： P2

　　if x2 < xL then P1code***4*** = 1 else P1code***4*** = 0

　　if x2 > xR then P1code***3*** = 1 else P1code***3*** = 0

　　if y2 < yB then P1code***2*** = 1 else P1code***2*** = 0

　　if y2 < yT then P1code***1*** = 1 else P1code***1*** = 0

　　finish

　　***2***中點演算法是基於硬體實現的。重點演算法同樣把視窗和線段的關係分成三種情況：窗內、窗外以及其它情況。對於窗內和窗外這兩種情況，中點演算法和CS演算法的處理方法相同;對於第三種情況，中點演算法簡單地將線段分成兩段。中點演算法是基於硬體的，所以演算法比較簡單，相對於用軟體來實現，更偏重於用硬體來實現。

　　***3***CB演算法能夠裁剪任意一種凸多邊形的視窗。CB演算法會將交點簡化成上下兩組，主要判斷的方法是：直線段的方向向量和視窗邊法向量的點積是否大於零。CB演算法會取上組部分最小的交點以及下組最大的交點，作為可見部分的端點。由於CB演算法更適用於一般情況，所以CB演算法的運算更加複雜。

　　***4***樑B演算法在四種方法中，運算速度最快。但是在某些特殊情況下，樑B演算法也需要進行大量的運算。

　　四種基礎演算法的適用情況，如表2-1所示。

　　2.2 逐點生成演算法

　　上一小節主要介紹了影象的裁剪，本小節的逐點生成演算法主要著重於研究圖形曲線的繪製。由於任何影象都是根據圖形而來，而任何圖形都需要繪製，所以圖形曲線的繪製也是一項非常基礎性的研究課題。

　　科學家最開始採用幾何演算法作為繪圖演算法，這是因為以前的圖形顯示器都是掃描型別的顯示器。目前這種演算法已經很少採用，但是在工程製圖的繪製過程中，受到各方面的限制，我們往往不得不採取這種方法。這種演算法的基本思想就是：步長之間的兩個點，採取直線的方法連線。但是由於步長很小，我們實際看起來就是一條曲線。由於繪製條件以及演算法本身的限制，這類演算法有著自身的缺點：運算量非常大而且繪製不夠精細。

　　不同於曲線的幾何演算法，畫素級生成演算法是一種全新的基於計算機的演算法，這種演算法主要分成兩種。第一種是對引數方程進行求導，進而計算出小於或等於一個畫素迭代步長的距離的點。這類演算法的優點是能夠適用於大多數曲線的繪製;這類演算法的缺點是計算量很大，而且會造成多餘的計算。第二種是根據曲線的隱式方程，找出曲線走向中下一個畫素中最近的點。正是由於採用了這種原理進行曲線繪製，所以曲線的誤差在一個畫素範圍內。這類演算法的優點是速度快，因為每一次的步長都是一個畫素點的距離;這類演算法的缺點是適用範圍狹窄[3]。

　　3. 結論

　　我們現代人生活在各種各樣的資訊之中，如何應用計算機處理資訊，處理圖形成為了一個越來越重要的課題。本論文主要介紹了計算機圖形學，以及兩種基礎演算法：多邊形裁剪演算法和逐點生成演算法。對於這些基礎演算法的研究，對提高計算機圖形系統系能具有重要的意義。

　　參考文獻

　　[1]高雲 計算機圖形學若干基礎演算法的研究[J] 瀋陽工業大學，2002.

　　[2]沈穎，宋文強 計算機圖形學的基本演算法實現研究[J] 電腦知識與技術，2009，17***5***：4518-4519.

　　[3]陳麗，陳根才 改進的增量式關聯規則維護演算法[J] 計算機工程與設計，2002，***1***：60-63.

　　***作者單位：福州大學***