软件工程专业导论：图形学应用成果

计算机图形学的发展对工程、科学、艺术产生了重大影响,已经彻底改变了工程设计、动画、电影、广告、视频游戏等行业。具有如下广泛的应用。

(1)计算机辅助设计与制造(CAD/CAM):这是计算机图形学最广泛、最重要的应用领域。利用交互式图形生成技术进行土建工程、机械结构和产品的设计。现在基本上取代了传统手工用绘图板和丁字尺的设计方法,且在完成绘制图后,就建立了数学模型,交给计算机直接进行力学应力结构、电路原理等工程的计算工作。

事实上,一个复杂的大规模或超大规模集成电路板根本不可能用手工设计和绘制,用计算机图形系统不仅能设计和画图,而且可以在较短的时间内完成,将结果直接送至后续工艺进行加工处理。硬件设计语言(HDL)可以描述这些集成电路的设计,并编译出硬件电路板的构图。

(2)计算机辅助教学(CAI):把图形作为重要的表达手段,例如,动态地表现一个sin(x)与画圆的过程。可以使教学过程形象、直观、生动,激发学生的学习兴趣,提高教学效果。

(3)计算机动画:传统的动画片都是手工绘制的。一秒钟的动画要绘制24幅画面,手工绘制的工作量相当大。用图形学制作动画,只需生成几幅被称作“关键帧”的画面,然后对两幅关键帧进行插值生成若干“中间帧”,连续播放时两个关键帧有机地结合起来。(www.xing528.com)

(4)办公自动化软件:在办公自动化领域中,应用最多的是绘制各种图形,如统计数据的二维和三维图形、饼图、折线图、直方图等,还可绘制工作进程图、生产调度图、库存图等。

(5)地理信息系统:现在我们经常使用的高德、百度导航中数据呈现的基础是计算机图形学,而不是图像。广泛地,数字化地球(智慧地球——IBM 公司提出的),把(卫星)照片、测量出的道路、高山和平原地形、河流和湖泊水系、道路桥梁、城镇乡村、农田林地植被、国界和地区界以及地名等存储起来,供使用时方便地查询。可以利用这些信息绘制平面地图、生成三维地形地貌图,且可以做各种计算,例如,一个丘陵道路施工的土方量等。

(6)数据可视化:今天的大数据时代,需要把数据直观地呈现出来。图形学可以将原始测量数据、科学计算的中间或最后结果,以图形形式直观地表示出来。数据可视化广泛应用于气象、地震、天体物理、分子生物学、医学等诸多领域。

(7)计算机游戏:计算机游戏始终是促进图形学研究,特别是GPU(参见7.5.1节)发展的一大动力。图形学为计算机游戏开发提供了技术支持,如三维引擎的创建。建模和渲染是游戏开发中十分重要手段。