[计算机图形学] 计算机图形学的应用

萧闫子

计算机辅助设计与制造

计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）是计算机图形学应用的最广泛、最活跃的领域之一。将计算机图形处理技术运用于大楼、汽车、飞机、轮船、宇宙飞船、计算机、纺织品以及建筑工程、机械结构和部件、电路设计、电子线路或器件等的设计和制造过程中，已成为目前CAD/CAM的总体发展趋势。
    CAD技术提供了一种强有力的工具，通过交互式的图形设备对部件进行设计和描述，产生工程略图（线框图）或者更接近实际物体的透视图等，通过迅速地将各种修改信息进行组合，用户可以自由、灵活地对图形进行实验性改动和形体显示。
    CAM技术在各种工业制造业中得到广泛的应用。在汽车工业、航天航空业以及船舶制造中，可以利用实体的边界模型来模拟各个独立的零部件，设计规划汽车、飞机、航天器以及轮船的表面轮廓。这些独立的表面区域和交通工具的各个零部件可以分别设计，然后采用系统集成的方式再（拟合）组装到一起，从而构成并显示整个设计实体。

计算机辅助绘图

    图形、图表和模型图等的绘制是计算机图形学应用中的另一个重要的方面。许多已经商品化的图形软件专门用于针对特定数据生成二维或三维图形或者图表。二维图形包括直方图、线条图、表面图或扇形图等；三维作图多用于显示多种形体间或者多种参数间的关系，如统计关系百分比图、分布关系图等，采用三维图形还可以方便地表达数据的动态性质，如增长速度、变化趋势等。

                               
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图1-4 在office软件中绘制的统计图

计算机辅助教学

    计算机图形显示与处理技术已广泛地应用于计算机辅助教学系统中，它可以使教学过程，特别是基础学科的教学过程形象、直观和生动。例如，将数学中的各种函数图形、方程和表达式的变化，物理中的各种动态图形以及化学中的各种原子、分子结构等，都形象地展示在学生面前，可以提高学生的学习兴趣和教学效果。

办公自动化和 电子出版技术

    图形显示技术在办公自动化和事务处理中的应用，有助于数据及其相互关系的有效表达，因而有利于人们进行正确的决策。利用电子计算机进行资料、文稿、书刊、手册等的编写、修改、制图、制表、分页、排版，这是对传统活字印刷技术进行的重大变革。图文并茂的电子排版系统代替了传统的铅字排版，这是印刷史上的一次革命。随着图、声、文结合的多媒体技术的发展，可视电话、电视会议以及视频、音频等的编辑和拷贝正在家庭、办公室普及。伴随着计算机和高清晰度电视相结合产品的推出，这种普及率将会越来越高，进而改变传统的办公和家庭生活方式。

计算机艺术

    计算机图形技术已广泛应用于各种图案、花纹、工艺外形及传统的油画、中国国画和书法等艺术品的制作，为创作艺术和商品艺术提供了更为广阔的空间。例如，通过用不同的颜色按照一系列数据函数绘制的分形图形可以产生各种抽象的任意的显示图景，这些图形变化无穷，使人眼花缭乱。此外，图形程序已在出版印刷和文字处理方面得到了大量的开发和研究，将图形操作与文本编辑融合在一起，将有助于各种艺术形式，如书法与绘画的结合。

                               
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图1-5 用计算机生成的朱丽叶julia集中的图像

在工业控制及交通方面的应用

在过程控制中，用户利用计算机图形处理和显示技术实现与其控制或管理对象间的相互作用。例如各种实时过程，如火箭的运行、某种物理过程、电力系统的实时监测、监控等。在各种交通管制方面，例如铁路系统和公路系统的管制与监视，在显示屏上实时地显示一个地区铁路上机车以及公路上车辆的运行状态，一个领空中飞机飞行的状态，并可向飞行中的飞机发出二次雷达信息，指挥飞行着陆等等。除了用于各工业系统的监视外，尚可设计许多生产过程的未来状态，改进生产，提高效率。

在医疗卫生方面的应用

在医疗卫生方面的应用包括用显示设备显示病历，显示各种药物的剂量、性能；对某种病的治愈率作统计分析；对病人的医疗方案（如放射线照射）进行研究，以提高治疗效率等。医学上往往结合图像处理和计算机图形学来建模和研究物理功能。计算机图像显示技术是现代医疗方面受欢迎的一门新技术，彩色超声波、彩色胃镜、CT和核子医学扫描仪等医疗仪器已陆续应用于临床。实践证明，用计算机图像显示协助诊断和治疗癌症，可显著提高诊断准确度及治疗效果。还有一种应用称为计算机辅助手术（Computer-Aided Surgery），通过使用图像技术可获得身体的二维剖面，然后使用图形方法模拟实际手术过程，观察并操纵每一剖面，以试验不同的手术位置。

图形用户界面

    介于人与计算机之间，完成人与机器通信工作的部件为人机界面（HCI，Human Computer Interface），它由软件部分和硬件部分组成。随着计算机技术的发展，人机界面也从最原始的由指示灯和机械开关组成的操纵板界面，过渡到由终端和键盘组成的字符界面，并发展到现在基于多种输入设备和光栅图形显示设备的图形用户界面（GUI, Graphical User Interface）。典型的图形用户界面包含一个窗口管理程序、菜单显示和图符等。

                               
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图1-6 windows操作系统界面