计算机图形学的应用领域【浅谈计算机图形学的发展历程及其应用领域】
摘要：计算机图形学是研究怎样用数字计算机生产、处理和显示图形的一门新兴学科。其侧重点在于根据物体描述模型、光照及想象中的摄像机的成像几何，生成一幅图像的过程。它的重要性体现在人们越来越强烈地需要和谐的人机交互环境：图形用户界面已经成为一个软件的重要组成部分，以图形的方式来表示抽象的概念或数据（可视化）已经成为信息领域的一个重要发展趋势。
关键词：CAD/CAM 计算机艺术 辅助教学 动画艺术 医疗诊断 科学计算可视化
一、计算机图形学的发展历程
1950年，美国麻省理工学院研制出了第一台图形显示器，作为旋风1号（Whirlwind 1）计算机的输出设备。
1962年，美国麻省理工学院林肯实验室的Ivan. E .Sutherland发表了一篇题为“Sketchpad：一个人机交互通信的图形系统”的博士论文，其中首次使用了“计算机图形学”（Computer Graphics）这个术语。
1964年，孔斯（S.Coons）提出了用小块曲面片组合表示自由曲面，使曲面片边界上达到任意高阶连续的理论方法，称孔斯曲面，此方法受到了工业界和学术界的极大重视。法国雷诺汽车公司的工程师贝塞尔也提出了Bezier曲线和曲面。
从20世纪80年代中期以来，计算机图形处理速度的加快，已广泛应用于动画、CAD/CAM、影视娱乐、科学计算可视化等各个领域。
二、计算机图形学的应用领域
随着计算机图形学的不断发展，它的应用范围也日趋广泛。目前计算机图形学的主要应用领域如下：
1.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一个最活跃的领域。计算机图形学的主要应用是在设计方面，尤其是工程和建筑系统，现在几乎所有的产品设计都由计算机来完成。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、纺织品以及机械结构和部件、电子线路及器件的设计和制造过程中，已成为目前计算机辅助设计与制造的发展趋势。
２.计算机艺术
计算机图形学在艺术领域中的应用成效也越来越显著。除了广泛用于艺术品的制作，如各种图案、花纹、工艺外形设计及传统的油画、中国国画和书法等，还成功地用来制作广告、动画片和电视电影。借助于计算机图形技术，艺术家可以利用图形输入板作图绘画。计算机不仅可以绘制动画片中的景象，还可以用来生成各种艺术模型和景物，如山水风景、花草树木等。
3.计算机动画
用计算机图形学的方法产生动画形象逼真、生动。在制作动画片时，往往相邻图片之间区别较小，或背景相同，用人工来完成就不得不做大量重复性的工作，而用计算机来完成，这些重复性的资料可存储在计算机内，需要时直接调出来，再在其基础上进行改动，或利用图形学中窗口、旋转等功能，对图像的比例和角度进行调整。这样就可以即准确又轻松地解决人工绘图时的重复性问题，从而大大提高了工作效率。
4.计算机辅助教学
在这个领域中，图形是一个重要的表达手段，它可以使教学过程形象、直观、生动，极大地提高学生的学习兴趣和教学效果。如计算机生成的物理模型、财政模型和经济系统模型常用作教学的辅助工具。物理系统模型、哲学系统或者人口趋势等模型都可以帮助学员理解系统操作，有助于学员直观的理解所学知识。计算机辅助教学系统现已深入到家庭和幼儿教育中。
5.管理和办公自动化
计算机图形学在管理和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、直分图等，还可绘制工作进程图、生产调度图、库存图等，所有这些图形均以简明形式呈现出数据的模型和趋势，加快了决策的制定和执行。
6.医疗诊断
随着计算机技术的发展，计算机医学图像在临床诊断和治疗中起着越来越重要的作用。医学图像主要包括X线图像、CT图像、超生图像等。为了得到表现人体生理变化过程（如器官新陈代谢，脑神经活动）的图像，又出现了单光子辐射断层摄像（SPECT）以及正电子放射层析成像（PET）等。医学上还往往结合计算机图形学和图形处理技术来进行人体组织器官的建模，并研究其物理功能。如现在的计算机辅助手术系统，就是通过图形图像方法模拟实际手术过程，试验手术位置。
7.科学计算可视化
科学计算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。
8.过程控制及系统环境模拟
在过程控制中，常常将计算机与现实世界中的其他设备连成一个系统，用户可以利用计算机图形学实现与其控制或管理对象间的相互作用。例如在石油化工、金属冶炼或电网控制等领域中，有关人员可以根据设备关键部位的传感器送来的图像和数据，对设备的运行过程进行有效地监视和控制。另外在各种交通管理中，如机场的飞行控制人员或铁路的调度人员也可以通过计算机显示的运行状态，来调整空中运输和铁路交通，以达到安全、有效的调度。
参考文献：
[1] 计算机图形学，成思源，张群瞻编著.冶金工业出版社，2003.8
[2] 计算机图形学（第二版），孙家广等编著.清华大学出版社，2000.1
[3] 计算机图形学基础（第二版），陆枫，何云峰编著.电子工业出版社，2008.10
[4] 计算机图形学的算法基础，David F. Rogers著，（中文版）石教英，彭群生译.机械工业出版社，2002.1