计算机图形学课程设计，求帮忙！ 【计算机图形学】 编写一个利用向量方法分解凹多边形的子程序

的计算机图形（计算机图形，简称为CG）的2D或3D图形转换成光栅形式的计算机监视器科学使用数学算法。

简单地说，计算机图形学的主要内容是计算机图形，以及利用计算机的图形运算，处理和显示相关的原理和算法的研究。图形通常是由点，线，面，体，灰色，颜色，线的类型，线条宽度等几何元素的非几何属性。的图形处理技术的角度来看，主要分为两大类，一为代表的信息化线图，等值线图，曲面，线框图，和其他着色图，也就是通常所说逼真的图形，如。

计算机图形，使用电脑的主要目的是产生一个可喜的逼真的图形。为此，必须建立的场景描述的图形的几何表示，然后某种光照模型，计算出的假想光源，纹理，照明效果的材料属性在。计算机图形与其他学科计算机辅助几何设计有着密切的关系。事实上，图形也可以代表场景中的几何体的曲线曲面造型技术和实体造型技术为主要内容的。同时，基于数字图像的逼真的图形，计算机图形将有着密切的关系和图像处理。

图形图像这两个概念之间的区别越来越模糊，但仍存在不同：纯粹的电脑位图的灰度图像，图形中的几何性质，或更强调场景的几何表示的几何模型的物理性质是由一幕又一幕。

计算机图形学的研究内容非常广泛，如图形硬件，图形标准，图形，交互技术，光栅图形生成算法，曲线和曲面造型，实体建模，计算和显示逼真的图形算法，非真实感渲染，以及科学可视化，计算机动画，模拟自然风光，虚拟现实等。

计算机图形学的发展

1963年，伊凡·萨瑟兰（伊万·萨瑟兰）在麻省理工学院出版的博士论文，题为“绘图板”，它标志着计算机图形的正式诞生。到目前为止，超过30年的历史。以前的计算机符号处理系统，因为人类的右脑功能随着计算机图形学，计算机部件，计算机图形的性能，是具有十分重要的意义。近年来，计算机图形学已经取得了很大的进展，在以下几个方面：

1，发展智能CAD

CAD还显示，智能化的趋势，它是最流行的CAD软件。的主要功能是支持后续阶段11工程制图及输出，产品设计功能相对较弱，而使用AutoCAD是最常用的功能或交互式图形，以进行最基本的产品设计， AutoLISP语言编写程序，有时与其他的高级语言，以协助准备和不便。新一代的智能CAD系统，可以实现从概念设计到结构设计过程中。例如，由德国公司的西门子Sigraph设计软件开发可以实现以下功能：①从一开始就设计草图，用电脑没有输入准确的坐标点费时，可任意变化，一旦结构是确定的，大小合适的满意图纸②该软件有一个关系型数据结构，当你改变了当地的图纸，自动变更的相关部分，视图，视图会自动，甚至改变的一部分绘制其它的零件图和装配图自动相关的部分组成：③在不同的专业领域，也有一些常用件和标准件，因此，希望能有一个参数库。无需编程Sigraph只是简单涂上了数字将能够建立自己的画廊;④Sigraph装置用来观察的设计在实际 *** 作中是合理的，可以实现的动态模拟产品的设计。另一个领域？自动进入智能CAD和工程图纸，设计图纸的CAD技术的迅速普及和应用，各厂家的智能识别，设计机构需要长期积累下来的成千上万快速，准确地输入到计算机中，开发的新产品，新技术信息。多年来，图形常用的输入法CAD图形数字化仪的交互式输入和鼠标加键盘交互式输入方法。这是很难适应工程界的迫切需要大量的图纸输入。因此，基于光电扫描仪图纸自动输入法已成为国内外CAD工作者的努力探索出一条新的主题。图智能识别计算机硬件，计算机图形学，模式识别，人工智能，高技术含量，研究工作的难度。自动绘图输入和智能识别是两个不可分割的，手绘的图纸输入到计算机中，使用一台扫描仪，形成的点阵图像。 CAD只能编辑矢量图形，需要的点阵图像转换为矢量图形。自动工作的电脑。这给我们带来了很多问题。如①智能识别图像;②特征提取和识别;③拓扑图形模式的建立和理解;④实用的后处理方法等。国家自然科学基金和“863”计划基金支持这方面的研究，在国内外有一些软件是付诸实用，如美国RVmaster德国VPMAX，与清华大学，东北大学，产品，等等。 。但效果不是很理想。也未能实现人们渴望的效果。

2电脑艺术设计

21电脑艺术发展

1952年。美国本。 Laposke与模拟计算机做的波图的电子抽象的“预示着计算机技术（计算机图形）正式成立之前开始的。电脑艺术早期的探索阶段的发展可分为三个阶段：

（ 1）（1952 1968年），大部分员工的创造性的科学家和工程师，工程主要是平面几何图形。计算机与自动化杂志于1963年推出了一年一度的电脑美术比赛。

代表作品：1960年Wiuiam Ferrter波音公司生产工效实验动态仿真模拟飞行员在飞机在各种情况下，1963年肯尼思了解ITON打印机的工作原理“裸照”。GTG日本队在1967年的“回到包厢。”

（2）中应用程序阶段（ 1968年至1983年），伦敦，1968年，第一届世界计算机艺术展“控制论珍品（Cybernehic Serendipity1标到世界范围内的研究和应用阶段;计算机计算机图形技术的成熟，一些大学开始设置相关的问题，一直是CAD应用程序系统和结果，三维建模系统和代表作品：1983年IBM商业价值研究院的逐步完善，设计的分山Richerd沃斯（现场分形通道hrtp：ttfracta1126tom查找“分形”的知识）

（3）微型计算机和工作站平台的应用和推广阶段（1984年至今），个人电脑的图形系统已经成熟，已经有大量的商业艺术（设计）软件市场，为苹果MAC机的系统软件和图形化桌面创新体系CAD成为被广泛接受，艺术与设计领域的一个重要组成部分。代表作品：1990年Jefrey肖互动图形作品“读城F清晰的城市）

22计算机设计（计算机德我GN我CS ）

包括三个方面：环境艺术设计（建筑，汽车），视觉传达设计（包装），和产品设计。

CAD的艺术干预，三个应用层次：

（1）计算机图形，系统设计意味着加强和替代效应是核心（高精度，高速，高存储）的水平。

（2）计算机图形计算机图形作为一种新的表现形式和新的图像资源

（3）作为设计方法和概念。

3计算机动画艺术

31历史回顾

电脑动画技术的发展和许多其他学科的发展密切相关的计算机图形学，电脑绘画，电脑音乐之间的薄膜技术，电视，计算机软件和硬件技术，计算机辅助设计，和许多其他学科的最新成果，电脑动画技术的研究和开发中起着非常重要的作用，在20世纪50年代到20世纪60年代，大部分的电脑绘画的艺术作品打印机和绘图仪出现，直到20世纪60年代末，在电脑前显示的点阵特性，通过精心的设计模式，以电脑艺术创作活动。

70年代的电脑艺术走向繁荣，成熟于1973年，在东京举行，索尼的第一

国际电脑艺术展“自20世纪80年代以来，远远超出了人们的想象以前的SIGGRAPH电脑艺术发展的步伐，代表最高水平的计算机图形学研究年度会议上，无尽的流的一个美妙的电脑艺术作品，在此期间，奥斯卡奖得主，计算机图形制作一部**经常名单，伟大的，但我自己的感觉，在中国的第一台电脑艺术研讨会和作品展1995年在北京举行，它是在总结了近年来，计算机艺术作品在中国的未来发展中发挥了重要的推动作用

32用电脑制作的动画**特技<BR /电脑动画是一个重要的应用是拍**特技，特技的发展和计算机动画发展是相辅相成的。生产了七分钟的MIRA实验室领导的著名的电脑动画专家塔尔曼夫妇于1987年在蒙特利尔举行的动画**“计算机”再现国际影星玛丽莲·梦露式的1988年的美国**“谁陷害了兔子罗杰”（“谁陷害了兔子罗杰？）二维动画人物和真实演员的完美结合，它是膛目结舌叹为观止，它使用了大量的电脑动画1991年**“终结者II：世界末日”，展现精彩的计算机技术。此外，有“侏罗纪公园”（“侏罗纪公园”），“狮子王”和“玩具总动员”，“玩具总动员

33国内形势

计算机动画技术在中国起步较晚，在1990年，第11届亚运会上，自那时以来，在国内**和电视制作的电脑动画技术的飞速发展，三维动画的3D Studio微型计算机软，甚至和普及的两个第一次与一个三维计算机动画技术制作电视节目标题。三维图形设计软件使用Photostyler，Photoshop和其他代表的微机，电脑动画技术在中国的应用已经发挥了作用，帮助推波谰。

电脑动画是一个非常广泛的应用领域，除了用于**和电视作品，科研，视景仿真，视频游戏，工业设计，教学和培训，照片仿真，过程控制的许多方面有重要的应用中，平面绘画，建筑和设计，如军事战术模拟

4个科学

可视化科学计算可视化的发达国家在20世纪80年代后期开发的一种新兴的技术，几何和图像在屏幕上显示的信息处理，科学计算和计算结果数据和交互处理，成为一个强大的工具

1987年英国国家科学基金会在华盛顿召开的第一次会议，会议一致认为，“图形的科学计算可视化科学计算的过程中的各种现象的发现和认识。和图像技术应用于科学计算是一个新的领域，科学家不仅

需要由计算机计算派生的数据，需要了解计算机过程中的数据的变化进行分析。会议命名为科学计算可视化技术“（科学计算可视化）。”科学可视化图形生成的图像理解技术结合到计算机可以理解的图像数据生成的图形可以从复杂的多维数据，它涉及到以下独立在以下几个领域：计算机图形学，图像处理，计算机视觉，计算机辅助设计和互动技术。科学计算可视化功能来分，可分为三大类：（1）处理后的结果数据;（2）数据处理和显示的实时跟踪;（3）的实时数据显示和交互处理的结果。

41外国的科学计算可视化的现状

（1）分布式虚拟风洞

这是一个研究项目，研究中心，美国国家航空和航天局（Ames试验），连接到一台超级计算机上的两个虚拟屏幕共享的分布式虚拟环境中使用。实现三维流场不稳定。协同工作的两个人，在相同的环境中从不同的角度和观察方向的流场数据。

（2）PHTHFINDER

这是一个研究项目美国国家超级计算机应用中心（NCSA）。研究大气流体的软件在互动的环境。PHTHFINDER通过多种模型来研究风暴。

（3）狗心脏的CT数据的动态显示

是NCSA的研究项目，它是利用并行计算资源的远程实现动态显示的CT扫描三维数据场的体绘制技术。具体内容是狗的心脏搏动周期的动态图像。

（4）可视化的燃烧过程的动态模型

这是一个研究项目的西北大学。发生非热气体燃烧的复杂的空间暂时图像。位于两个同心的圆筒状的可燃气体混合物之间的火焰从内注入缸，燃烧的物质生成由外圆柱发送。

（5）胚胎的可视化

伊利诺伊大学在芝加哥亿美元的应用软件，工作站和超级计算机的可视化，其内容实施一个为期七周的人胚胎的交互式三维显示，从获得的数据来自国家健康与医学博物馆重建项目，实现远程访问的分布式计算和网络资源，实现人表单数据的可能性。最近美国的可视化女人把整个人类的身体，他们将在1780年，约1毫米厚的切片男性切的两位志愿者（男人和女人），5400约O3毫米厚，大的数据量。概括起来以下内容：

（1）在著名的国家实验室和大学从研究到应用，应用覆盖领域的天体物理学，生物学，气象学，空气动力学，数学，医学影像及其他科学可视化科学计算可视化技术l手术的技术水平正在从后处理的实时跟踪和交互控制的发展。

（2）美国在科学计算可视化，有四个超级计算机，网络光纤高速，高高性能工作站和虚拟环境相结合，在这方面的技术发展的重要方向。显示算法的三维数据场，数据场分布密集的规则（如CT扫描数据）使用的体绘制技术该算法的效果，但计算耗时。稀疏的数据字段，或不规则分布的应用，如天体物理学，气象学，中间使用的几何图像结构，这种方法生成的图像更快，更容易做到实时交互处理。

虚拟现实

“虚拟现实”（Virbual ReMity） - （VPL），美国喷气实验室的创始人拉尼尔（贾瑞恩拉尼尔）首先提出在克鲁格（Myren Kruege）字驱动70年在早期的实验。人工现实“（人工现实）;·吉布森（William Gibson的）1984出版的科幻小说Neuremanccr，也被称为”可控的空间“（Cyberspaee）的。虚拟现实，但也教育人们叫它虚拟环境（虚拟环境）是由美国国家航空和航天局和军事部门的模拟发生器，利用计算机图形，定位，跟踪，多功能传感器和一个高科技控制是有效地模拟实际场景的情况下，使观众产生一个真正的沉浸式虚拟环境的感觉是由硬件和软件，硬件部分主要包括：传感器（传感器），的印象（Efeeter）和连接侍传感器的印象，产生模拟的物理环境，特殊的硬件。利用虚拟现实技术，虚拟现实环境中的软件，您需要完成以下三个功能：根据建立的角色（演员）以及对象的形状和动力学模型，建立对象之间的，和间接的环境牛顿定律的相互作用决定的议案;中描述的内容

51应用虚拟现实技术

511手 *** 作空间接口用于脑外科的规划工具

最近的环境特征，美国加州旧金山大学推出的一款可用于脑外科手术计划的Netra手 *** 作空间界面工具，根据脑外科医生的工作环境和生活习惯，该系统使用的头控制器的外部形象。不属于他们的职业习惯的基础上，通过旋转头控制的外部形象，便于观察人类大脑的脑外科医生通过右侧的控制面板来控制的平面剥离表面扫描人脑CT检查的基础上或脑部MR图像模式需要

512真实图像的观察角度来看，有色虚拟环境，用于治疗恐高症

开发的虚拟现实系统可以产生以下虚拟环境：①透明玻璃电梯，②高层建筑的阳台。 @位于之上的索桥蝴蝶怪。为了提高患者的真实的感觉，在另外的的头戴式显示器的磨损可以制作三维场景，但也必须站在一个特殊的框架内。调整电梯。高度的阳台和索桥可以产生不同程度的刺激。克鲁格等人 513虚拟风洞

德国国家工程研究中心成立了一个所谓的“虚风的继承人，代替风洞试验（由于成本高，风洞试验，与实验是难以控制的）在一个虚拟的风洞模拟实验数据的有限元程序上运行的超级计算机或高性能工作站使用的老虎，风洞，观察穿着液晶开关眼镜可以很容易地观察点，线，但也可以被放大为更详细的研究，极大地方便了人们的研究对象特性的动态。

封闭514封闭的战斗作战训练战斗战斗训练（CCTT）的MASTA格雷戈里和其他人为美国军方开发的仿真设备，为坦克和机械化步兵练习，在实际的地形与一般的虚拟环境和模拟器，它需要建立适合于大规模的军事训练复杂的虚拟环境。

515虚拟现实技术在建筑设计的应用程序

在建筑设计中的虚拟现实技术也得到了广泛的应用。克鲁格他们设计未来的建设出现了，他们发明了虚拟的工作平台，建设的科学家一起，通过液晶眼镜戴，你可以看到设计的三维建筑物，水井很容易地添加或删除部分的建筑物或其他物体，同时通过数据手套，还可以设置不同的光源来模拟不同时间的日光和月光。中观察到不同的光线所设计的建筑之美，以及整个环境的协调。

短的虚拟现实技术是一个以上的跨学科和新技术集成。因此，它的发展将依靠发展和科学和技术，虚拟现实技术进步的最基本的要求是体现在实时性和真实性的场景，但在一般情况下，实时的真实性往往是相互矛盾的。

52多通道用户界面 />用户界面是人与计算机的计算机系统之间互相沟通的重要组成部分。八十年代WIMP（窗口，菜单，鼠标），基于图形用户界面（GUD大大提高计算机的可用性，可学习性和有效性，快速替换命令的行为代表的字符界面已经成为今天的计算机用户界面用户的中心系统设计思想的主流。提高自然的人机互动，和提高的效率和带宽的人机交互的方向是用户界面，这样的想法？多通道用户界面，其中包括语言，手势输入，头部跟踪，视觉跟踪，立体显示，3D交互技术，感官反馈，和自然语言界面。说表面的人体是人体的任何部分的人机界面应该是一个人机对话渠道虚拟现实展示的关键，这不仅需要的软件，主要的硬件实现。总结了在虚拟现实的人人机交互通道可以分为两个方面：主要感觉通道和主要通道的多通道用户界面应力的作用：

（1）多种互动渠道，如眼语手势。

（ 2）双向性的互动。互动每个通道的输入/输出

（3）不一定是在同一个通道。例如，眼睛和耳朵可以接收信息，但有一个明显的区别。眼睛永远是积极的，主动获取信息，将永远是被动的耳朵，有些信息你是否愿意听，永远失去了在耳朵上，这需要具体选择的互动渠道，在计算机图形学中一个特定的相互作用在一个虚拟现实面向

和目的。虚拟现实发展的要求，将推动该学科的发展，计算机图形学。同样，虚拟现实技术的发展将取决于各领域的发展，每一个具有自己的特色，但归纳起来其他学科的发展，计算机图形前景诱人。形势逼人（中国仍然是相对落后的），但通过我们的努力，也可以缩短差距。

同志你好：

一下是我给你总结的资料，请核对后使用。

最后祝你工作愉快！

计算机图形学

计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。

简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是明暗图，也就是通常所说的真实感图形。

计算机图形学一个主要的目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。为此，必须建立图形所描述的场景的几何表示，再用某种光照模型，计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。所以计算机图形学与另一门学科计算机辅助几何设计有着密切的关系。事实上，图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。同时，真实感图形计算的结果是以数字图像的方式提供的，计算机图形学也就和图像处理有着密切的关系。

图形与图像两个概念间的区别越来越模糊，但还是有区别的：图像纯指计算机内以位图形式存在的灰度信息，而图形含有几何属性，或者说更强调场景的几何表示，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的。

计算机图形学的研究内容非常广泛，如图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、非真实感绘制，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。

计算机图形学的发展

1963年，伊凡•苏泽兰(Ivan Sutherland)在麻省理工学院发表了名为《画板》的博士论文， 它标志着计算机图形学的正式诞生。至今已有三十多年的历史。此前的计算机主要是符号处理系统，自从有了计算机图形学，计算机可以部分地表现人的右脑功能了，所以计算机图形学的建立具有重要的意义。近年来， 计算机图形学在如下几方面有了长足的进展：

1、智能CAD

CAD 的发展也显现出智能化的趋势，就目前流行的大多数CAD 软件来看，主要功能是支持产品的后续阶段一一工程图的绘制和输出，产品设计功能相对薄弱， 利用AutoCAD 最常用的功能还是交互式绘图，如果要想进行产品设计， 最基本的是要其中的AutoLisp语言编写程序，有时还要用其他高级语言协助编写，很不方便。而新一代的智能CAD 系统可以实现从概念设计到结构设计的全过程。例如，德国西门子公司开发的Sigraph Design软件可以实现如下功能：① 从一开始就可以用计算机设计草图，不必耗时费力的输入精确的坐标点，能随心所欲的修改，一旦结构确定，给出正确的尺寸即得到满意的图纸；② 这个软件中具有关系数据结构， 当你改变图纸的局部，相关部分自动变化，在一个视图上的修改，其他视图自动修改，甚至改变一个零件图，相关的其它零件图以及装配图的相关部分自动修改：③ 在各个专业领域中，有一些常用件和标准件， 因此，希望有一个参数化图库。而Sigraph不用编程只需画一遍图就能建成自己的图库；④Sigraph还可以实现产品设计的动态模拟用于观察设计的装置在实际运行中是否合理等等。智能CAD的另一个领域是工程图纸的自动输入与智能识别，随着CAD技术的迅速推广应用，各个工厂、设计院都需将成千上万张长期积累下来的设计图纸快速而准确输入计算机，作为新产品开发的技术资料。多年来，CAD 中普遍采用的图形输入方法是图形数字化仪交互输入和鼠标加键盘的交互输入方法．很难适应工程界大量图纸输入的迫切需要。因此， 基于光电扫描仪的图纸自动输入方法已成为国内外CAD工作者的努力探索的新课题。但由于工程图的智能识别涉及到计算机的硬件、计算机图形学、模式识别及人工智能等高新技术内容，使得研究工作的难点较大。工程图的自动输入与智能识别是两个密不可分的过程，用扫描仪将手绘图纸输入到计算机后，形成的是点阵图象． CAD 中只能对矢量图形进行编辑， 这就要求将点阵图象转化成矢量图形．而这些工作都让计算机自动完成．这就带来了许多的问题．如① 图象的智能识别；② 字符的提取与识别；③ 图形拓扑结构的建立与图形的理解；④实用化的后处理方法等等。国家自然科学基金会和863计划基金都在支持这方面的研究， 国内外已有一些这方面的软件付诸实用，如美国的RVmaster，德国的VPmax， 以及清华大学，东北大学的产品等。但效果都不很理想．还未能达到人们企盼的效果。

2 计算机美术与设计

2．1 计算机美术的发展

1952年．美国的Ben ．Laposke用模拟计算机做的波型图《电子抽象画》预示着电脑美术的开始(比计算机图形学的正式确立还要早)。计算机美术的发展可分为三个阶段：

(1)早期探索阶段(1952 1968年)主创人员大部分为科学家和工程师，作品以平面几何图形为主。1963年美国《计算机与自动化》杂志开始举办年度“计算机美术比赛”。

代表作品：1960年Wiuiam Ferrter为波音公司制作的人体工程学实验动态模拟．模拟飞行员在飞机中各种情况；1963年Kenneth Know Iton的打印机作品《裸体》。1967年日本GTG小组的《回到方块》。

(2)中期应用阶段(1968年～1983年)以1968年伦敦第一次世界计算机美术大展一“控制论珍宝 (Cybernehic Serendipity1为标志，进入世界性研究与应用阶段；计算机与计算机图形技术逐步成熟， 一些大学开始设置相关课题， 出现了一些CAD应用系统和成果， 三维造型系统产生并逐渐完善。代表作品：1983年美国IBM 研究所Richerd Voss设计出分形山(可到网站“分形频道hrtp：ttfracta1．126．tom 中查找有关“分形”的知识)

(3)应用与普及阶段(1984年～现在)以微机和工作站为平台的个人计算机图形系统逐渐走向成熟， 大批商业性美术(设计)软件面市； 以苹果公司的MAC 机和图形化系统软件为代表的桌面创意系统被广泛接受，CAD成为美术设计领域的重要组成部分。代表作品：1990年Jefrey Shaw的交互图形作品“易读的城市f The legible city) 。

2．2 计算机设计学(Computer Des i gn i cs)

包括三个方面：环境设计(建筑、汽车)、视觉传达设计(包装)、产品设计。

CAD对艺术的介入，分三个应用层次：

(1)计算机图形作为系统设计手段的一种强化和替代； 效果是这个层次的核心(高精度、高速度、高存储)。

(2)计算机图形作为新的表现形式和新的形象资源。

(3)计算机图形作为一种设计方法和观念。

3 计算机动画艺术

3．1 历史的回顾

计算机动画技术的发展是和许多其它学科的发展密切相关的。计算机图形学、计算机绘画、计算机音乐、计算机辅助设计、**技术、电视技术、计算机软件和硬件技术等众多学科的最新成果都对计算机动画技术的研究和发展起着十分重要的推动作用50年代到60年代之间，大部分的计算机绘画艺术作品都是在打印机和绘图仪上产生的。一直到60年代后期，才出现利用计算机显示点阵的特性，通过精心地设计图案来进行计算机艺术创造的活动。

70年代开始．计算机艺术走向繁荣和成熟 1973 年，在东京索尼公司举办了“首

届国际计算机艺术展览会”80年代至今，计算机艺术的发展速度远远超出了人们的想象 在代表计算机图形研究最高水平的历届SIGGRAPH年会上，精彩的计算机艺术作品层出不穷。另外，在此期间的奥斯卡奖的获奖名单中，采用计算机特技制作**频频上榜，大有舍我其谁的感觉。在中国，首届计算机艺术研讨会和作品展示活动于1995年在北京举行 它总结了近年来计算机艺术在中国的发展，对未来的工作起到了重要的推动作用

3．2 计算机动画在**特技中的应用

计算机动画的一个重要应用就是制作**特技 可以说**特技的发展和计算机动画的发展是相互促进的。1987年由著名的计算机动画专家塔尔曼夫妇领导的MIRA 实验室制作了一部七分钟的计算机动画片《相会在蒙特利尔》 再现了国际影星玛丽莲•梦露的风采。1988年，美国**《谁陷害了兔子罗杰》 (Who Framed Roger Rabbit)中二维动画人物和真实演员的完美结合，令人膛目结舌、叹为观止 其中用了不少计算机动画处理。1991年美国**《终结者II：世界末日》展现了奇妙的计算机技术。此外，还有《侏罗纪公园》(Jurassic Park)、《狮子王》、《玩具总动员》(Toy Story)等。

3．3 国内情况

我国的计算机动画技术起步较晚。1990年的第11届亚洲运动会上，首次采用了计算机三维动画技术来制作有关的电视节目片头。从那时起，计算机动画技术在国内影视制作方面得到了讯速的发展， 继而以3D Studio 为代表的三维动画微机软什和以Photostyler、Photoshop等为代表的微机二维平面设计软件的普及，对我国计算机动画技术的应用起到了推波助谰的作用。

计算机动画的应用领域十分宽广 除了用来制作影视作品外， 在科学研究、视觉模拟、电子游戏、工业设计、教学训练、写真仿真、过程控制、平面绘画、建筑设计等许多方面都有重要应用，如军事战术模拟

4 科学计算可视化

科学计算的可视化是发达国家八十年代后期提出并发展起来的一门新兴技术，它将科学计算过程中及计算结果的数据转换为几何图形及图象信息在屏幕上显示出来并进行交互处理，成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具。

1987年2月英国国家科学基金会在华盛顿召开了有关科学计算可视化的首次会议。会议一致认为“将图形和图象技术应用于科学计算是一个全新的领域” 科学家们不仅

需要分析由计算机得出的计算数据，而且需要了解在计算机过程中数据的变化。会议将这一技术定名为“科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing)”。科学计算可视化将图形生成技术图象理解技术结合在一起， 它即可理解送入计算机的图象数据．也可以从复杂的多维数据中产生图形。它涉及到下列相互独立的几个领域：计算机图形学、图象处理、计算机视觉、计算机辅助设计及交互技术等。科学计算可视按其实现的功能来分， 可以分为三个档次：(1)结果数据的后处理；(2)结果数据的实时跟踪处理及显示；(3)结果数据的实时显示及交互处理。

4．1 国外科学计算可视化现状

(1)分布式虚拟风洞

这是美国国家宇航局(Ames)研究中心的研究项目，包括连接到一台超能计算机上的两个虚拟屏幕。这一共享的分布式虚拟环境用来实现三维不稳定流场。两个人协同工作， 可在一个环境中从不同视点和观察方向同一流场数据。

(2)PHTHFINDER

这是美国国家超级计算机应用中心(NCSA)的研究项目． 是在交互分布环境下研究大气流体的软件。PHTHFINDER通过多个相联系的模型来研究暴风雨。

(3)狗心脏CT数据的动态显示

这也是NCSA的研究项目，它利用远程的并行计算资源．用体绘制技术实现CT扫描三维数据场动态显示。其具体内容是显示一个狗的心脏跳动周期的动态图像。

(4)燃烧过程动态模型的可视化

这是美国西北大学的研究项目．可以显示发生在非烧热的气体燃烧中复杂的空问瞬态图象。火焰位于两个同心圆柱之间．可燃混合气体从内圆柱注入，燃烧所生成的物质通过外圆柱送出。

(5)胚胎的可视化

依利诺大学芝加哥分校研制了一个在工作站和超级计算机上实现的可视亿应用软件。其内容是对一个七周的人类胚胎实现交互的三维显示， 是由卫生和医学国家博物馆所得到的数据重构而成的。这一项目表示了对人类形态数据实现远程访问和在网络资源中实现分布计算的可能性。最近美国还将做整个人体的可视化， 他们将两个自愿者(一男一女)做成了切片，男的被切了1780片， 厚度约1毫米，女的被切了5400片， 厚度约O．3毫米，数据量很大。概括起来有以下几点：

(1)科学计算可视化技l术在美国的著名国家实验室及大学中已经从研究走向应用，应用范围涉及天体物理、生物学、气象学、空气动力学、数学、医学图象等领域。科学计算可视化的技术水平正在从后处理向实时跟踪和交互控制发展。

(2)美国在实现科学计算可视化时， 已经将超级计算机、光纤高速网、高性能工作站及虚拟环境四者结合起来，显示了这一领域技术发展的重要方向。就三维数据场的显示算法而言，当数据场分布密集而规则时(如cT扫描数据)多采用体绘制技术，这种算法效果好，但计算费时。对于数据场分布稀疏，或分布不规则的应用领域， 如天体物理、气象学多采用构造中间几何图象的方法，这种方法生成图象速度快，较易作到实时交互处理。

5 虚拟现实

“虚拟现实”(Virbual ReMity)- 词是由美国喷气推动实验室(VPL)的创始人拉尼尔(Jaron Lanier)首先提出的 在克鲁格(Myren Kruege)70年代中早期实验里．被称为 人工现实”(Artificial reality)；而在吉布森(William Gibson)l984 年出版的科幻小说Neuremanccr里，又被称为“可控空间”(Cyberspaee)。虚拟现实， 也育人称之为虚拟环境(Virtual Environment)是美国国家航空和航天局及军事部门为模拟而开发的一门高新技术 它利用计算机图形产生器，位置跟踪器，多功能传感器和控制器等有效地模拟实际场景和情形，从而能够使观察者产生一种真实的身临其境的感觉虚拟环境由硬件和软件组成，硬件部分主要包括：传感器(Sensors)、印象器(Efeeter)和连接侍感器与印象器 产生模拟物理环境的特殊硬件。利用虚拟现实技术产生虚拟现实环境的软件需完成以下三个功能：建立作用器(Actors)以及物体的外形和动力学模型：建立物体之间以及周围环境之间接照牛顿运动定律所决定的相互作用；描述周围环境的内容特性

5．1 虚拟现实技术的应用

5．11用于脑外科规划的双手 *** 作空间接口工具

最近，美国弗尼亚大学推出了一种能用于脑外科规划的被称为Netra的双手 *** 作空间接口工具 根据脑外科医生的工作环境和习惯，该系统采用一种外形象人头的控制器。脑外科医生可以根据他们的职业习惯，通过转动外形象人头的控制器， 来方便地观察人脑的不部位， 同时通过右手控制面板的平面来控制人脑的剥面的扫描井能根据CT或强磁共振图像所产生的主体脑模型显示所需得到观察视点着色后的真实图像

5．1．2虚拟环境用于恐高症治疗

英国研制的一个虚拟现实系统可以产生以下虚拟环境：① 透明的玻璃电梯，② 高层建筑阳台．@位于蛱咎之上的索桥。为了增加真实的感觉，患者除了佩戴能够产生三维立体景象的头盔式显示器外，还必须站在一个特制的框架内。调节电梯、．阳台和索桥的高度就可以产生不同程度的刺激。

51．3虚拟风洞

德国信息技术国家研究中心的克鲁格等人建立了一个所谓的“虚拟风嗣 ，用以代替风洞实验(因风洞实验成本高，且实验难以控制)。在虚拟风洞中，其模拟的数据来自超级计算机或高性能工作站上运行的有限元程序。利用虎拟风洞，观测者通过佩戴液晶开关眼镜可以方便地对于给定的点和线进行观察，而且还可以通过放大的方式进行更细致的研究，大大方便了人们对于物体动力中特性的研究。

51．4封闭式战斗作战训练器

封闭式战斗作战训练器(CCTT)是马斯塔格利等人为美军研制的用于坦克和机械化步兵在实际地形上进行演习的模拟装置。它与通常的虚拟环境和模拟器不同，它需要建立的是适用于军队训练的大规模复杂的虚拟环境。

51．5虚拟现实技术在建筑设计中应用

虚拟现实技术还被广泛用于建筑设计。克鲁格等将他们设计的未来建筑显现在他们发明的虚拟工作平台上，建筑学家们聚集在一起透过所佩戴的液晶眼镜，可以看到设计的立体建筑，井方便地增添或移去建筑的一部分或其它物体。同时也可以通过数据手套来设置不同的光源．模拟不同时间的日光和月光．观察在不同光线下所设计建筑的美感以及与整个环境的协调性。

总之．虚拟现实技术是一门多学科交叉和综合集成的新技术。因此， 它的发展将取决于相关科学技术的发展和进步 虚拟现实技术最基本的要求就是反映的实时性和场景的真实性。但一般来说，实时性与真实性往往是相互矛盾的。

5．2 多通道用户界面

用户界面是计算机系统中人与计算机之间相互通讯的重要组成部分。八十年代以WIMP(窗口、图符、菜单、鼠标)为基础的图形用户界面(GUD极大地改善了计算机的可用性、可学性和有效性，迅速代替了命令行为代表的字符界面，成为当今计算机用户界面的主流。以用户为中心的系统设计思想．增进人机交互的自然性，提高人机交互的效率和带宽是用户界面的研究方向。于是提出了多通道用户界面的思想，它包括语言、姿势输入、头部跟踪、视觉跟踪、立体显示、三维交互技术、感觉反馈及自然语言界面等。可以这样说人体的表面就是人机界面。人体的任何部分都应成为人机对话的通道。虚拟现实显示是关键所在，这不仅要求软件来实现，更主要的是硬件上的实现。概括起来虚拟现实的人机交互通道可分为两个方面：主要的感觉通道和主要作用通道。多通道用户界面强调：

(1)多个交互通道，如眼一语言一手势等。

(2)交互的双向性．如果每个通道兼有输入／输出

(3)交互不一定是在同一通道中完成．例如， 眼和耳都可以接受信息．但有明显的区别。眼永远是主动的， 即主动地去获取信息，耳永远是被动的，有些信息不管你愿不愿听，总要输到耳朵中，这就要求在具体的交互中具体选择交互通道。计算机图形学中各个领域的发展各有各自的特点， 但总起来说是以虚拟现实为导向

和目的的。虚拟现实的发展要求必将带动计算机图形学各学科的发展． 同样虚拟现实的发展也将依赖于其他学科的发展，计算机图形前景诱人。形势逼人(我国还比较落后)，但通过努力还是可以缩短差距的。

请采纳。

知道熟石灰吗？它也是类似的现象。

化学式Na2S2O3,俗称海波，也叫大苏打。

1其中硫元素显+2价，具有较强的还原性，如跟氯气的反应：

Na2S2O3+4Cl2＋5H2O=2NaCl＋2H2SO4+6HCl

常用于除去织物漂白后残留的氯气，也可作卤素的解毒剂。

2其化学性质不稳定，受热易分解，如：

Na2S2O3==Na2SO3＋S（反应条件为加热）

3由于硫代硫酸属弱酸，故也能跟一些强酸反应：

Na2S2O3＋H2SO4=Na2SO4+H2O＋SO2↑＋S↓

硫代硫酸钠是无色透明单斜晶体，无嗅，有苦咸味，易溶于氨水，也易溶于水及松节油，不溶于乙醇，水溶液近中性，遇强酸分解。在水中由于温度升高水分子的活动加强，导致海波溶解度的下降。

详细情况可以问专业人员。

我大概记不清楚了,分子越小溶解度越大吧

回答者：錵语 - 魔法学徒 一级 5-6 21:10

1、溶解性：

一种物质溶解在另一种物质里的能力叫溶解性。溶解性的强弱跟溶质和溶剂的性质都有关。同一物质在不同溶剂里的溶解性也不相同，例如，碘在酒精中的溶解性就要比水中的强。我们前面用的“难溶”、“极难溶”、“能溶”、“易溶”等说明的就是物质的溶解性。

2、溶解度：

在一定温度下，某固态物质在100克溶剂里达到饱和状态时所溶解的质量，叫做这种物质在这种溶剂里的溶解度。不指明溶剂时，溶剂是水。固体的溶解度一般用S表示。

要点：

（1）条件——在一定温度下，固体物质的溶解度随温度变化而变化，温度不同，溶解度不同。所以应用溶解度时，必须指明什么温度下的溶解度。

（2）标准——100g溶剂，而不能认为100g溶液。在一定温度下，规定100g溶剂为标准所溶解的溶质质量，如果不指明溶剂，一般溶剂是水。

（3）状态——溶液达到饱和状态，即在100g溶剂中溶质溶解质量达到最大值，形成了饱和溶液。温度、溶剂一定是溶液达到饱和的前提，为了便于比较不同物质的溶解性，溶剂的量就应统一，规定为100克。

（4）单位——溶解度是特定条件下的溶质质量，单位为克。

3、溶解度与溶解性的关系：

20℃时，溶解度10克以上，易溶。

20℃时，溶解度>1克，可溶。

20℃时，溶解度<1克，微溶。

20℃时，溶解度<001克，难溶。

4、温度对固体溶解度的影响——认识溶解度曲线

（1）溶解度曲线：物质的溶解度随温度变化的曲线。横坐标为温度，纵坐标为溶解度。

（2）溶解度曲线的意义：

①溶解度曲线表示某物质在不同温度下的溶解度或溶解度随温度变化的情况。

②溶解度曲线上的每一个点表示溶质在某温度下的溶解度，溶液必然是饱和溶液。

③两条曲线交叉点表示两种溶质在同一温度下具有相同的溶解度。

④在溶解度曲线下方的点，则表示溶液是不饱和溶液。

⑤在溶解度曲线上方靠近曲线的点表示过饱和溶液(在较高温度下制成饱和溶液，慢慢地降到室温，溶液中溶解的溶质质量超过室温的溶解度，但尚未析出晶体时溶液叫过饱和溶液)。

（3）温度对固体物质溶解度影响的三种类型：

a、大多数固体物质的溶解度随温度升高而增大如KNO3。大多数固体物质的溶解度随温度变化的趋势属于这一种。

b、少数固体物质溶解度受温度的影响很小，如NaCl。

c、极少数物质的溶解度随温度的升高而减小，如Ca(OH)2。

（4）应用：

①可以查出某种物质在某种温度下的溶解度。

②可以比较不同物质在同一温度下的溶解度大小。

③可以确定温度对溶解度的影响状况。

④根据溶解度曲线进行有关溶解度的计算。

⑤根据某物质溶解度曲线确定怎样制得某温度时该物质的饱和溶液。

⑥根据溶解度曲线选择对混合物进行分离或提纯的合适方法。

5、气体溶解度

（1）气体溶解度通常指在压强为101千帕，一定温度时溶解在1体积水达到饱和状态时的气体体积。

（2）影响因素：

a、压强：压强增大，气体溶解度增大；

b、温度：温度升高，气体溶解度降低。

Na2S2O3

其中硫元素显+2价，具有较强的还原性，如跟氯气的反应：

Na2S2O3+4Cl2＋5H2O=2NaCl＋2H2SO4+6HCl

常用于除去织物漂白后残留的氯气，也可作卤素的解毒剂。

2其化学性质不稳定，受热易分解，如：

Na2S2O3==Na2SO3＋S（反应条件为加热）

3由于硫代硫酸属弱酸，故也能跟一些强酸反应：

Na2S2O3＋H2SO4=Na2SO4+H2O＋SO2↑＋S↓

硫代硫酸钠是无色透明单斜晶体，无嗅，有苦咸味，易溶于氨水，也易溶于水及松节油，不溶于乙醇，水溶液近中性，遇强酸分解。在水中由于温度升高水分子的活动加强，导致海波溶解度的下降。

详细情况可以问专业人员。

知道熟石灰吗？它也是类似的现象。

化学式Na2S2O3,俗称海波，也叫大苏打。

1其中硫元素显+2价，具有较强的还原性，如跟氯气的反应：

Na2S2O3+4Cl2＋5H2O=2NaCl＋2H2SO4+6HCl

常用于除去织物漂白后残留的氯气，也可作卤素的解毒剂。

2其化学性质不稳定，受热易分解，如：

Na2S2O3==Na2SO3＋S（反应条件为加热）

3由于硫代硫酸属弱酸，故也能跟一些强酸反应：

Na2S2O3＋H2SO4=Na2SO4+H2O＋SO2↑＋S↓

硫代硫酸钠是无色透明单斜晶体，无嗅，有苦咸味，易溶于氨水，也易溶于水及松节油，不溶于乙醇，水溶液近中性，遇强酸分解。在水中由于温度升高水分子的活动加强，导致海波溶解度的下降。

详细情况可以问专业人员。

1、溶解性：

一种物质溶解在另一种物质里的能力叫溶解性。溶解性的强弱跟溶质和溶剂的性质都有关。同一物质在不同溶剂里的溶解性也不相同，例如，碘在酒精中的溶解性就要比水中的强。我们前面用的“难溶”、“极难溶”、“能溶”、“易溶”等说明的就是物质的溶解性。

2、溶解度：

在一定温度下，某固态物质在100克溶剂里达到饱和状态时所溶解的质量，叫做这种物质在这种溶剂里的溶解度。不指明溶剂时，溶剂是水。固体的溶解度一般用S表示。

要点：

（1）条件——在一定温度下，固体物质的溶解度随温度变化而变化，温度不同，溶解度不同。所以应用溶解度时，必须指明什么温度下的溶解度。

（2）标准——100g溶剂，而不能认为100g溶液。在一定温度下，规定100g溶剂为标准所溶解的溶质质量，如果不指明溶剂，一般溶剂是水。

（3）状态——溶液达到饱和状态，即在100g溶剂中溶质溶解质量达到最大值，形成了饱和溶液。温度、溶剂一定是溶液达到饱和的前提，为了便于比较不同物质的溶解性，溶剂的量就应统一，规定为100克。

（4）单位——溶解度是特定条件下的溶质质量，单位为克。

3、溶解度与溶解性的关系：

20℃时，溶解度10克以上，易溶。

20℃时，溶解度>1克，可溶。

20℃时，溶解度<1克，微溶。

20℃时，溶解度<001克，难溶。

4、温度对固体溶解度的影响——认识溶解度曲线

（1）溶解度曲线：物质的溶解度随温度变化的曲线。横坐标为温度，纵坐标为溶解度。

（2）溶解度曲线的意义：

①溶解度曲线表示某物质在不同温度下的溶解度或溶解度随温度变化的情况。

②溶解度曲线上的每一个点表示溶质在某温度下的溶解度，溶液必然是饱和溶液。

③两条曲线交叉点表示两种溶质在同一温度下具有相同的溶解度。

④在溶解度曲线下方的点，则表示溶液是不饱和溶液。

⑤在溶解度曲线上方靠近曲线的点表示过饱和溶液(在较高温度下制成饱和溶液，慢慢地降到室温，溶液中溶解的溶质质量超过室温的溶解度，但尚未析出晶体时溶液叫过饱和溶液)。

（3）温度对固体物质溶解度影响的三种类型：

a、大多数固体物质的溶解度随温度升高而增大如KNO3。大多数固体物质的溶解度随温度变化的趋势属于这一种。

b、少数固体物质溶解度受温度的影响很小，如NaCl。

c、极少数物质的溶解度随温度的升高而减小，如Ca(OH)2。

（4）应用：

①可以查出某种物质在某种温度下的溶解度。

②可以比较不同物质在同一温度下的溶解度大小。

③可以确定温度对溶解度的影响状况。

④根据溶解度曲线进行有关溶解度的计算。

⑤根据某物质溶解度曲线确定怎样制得某温度时该物质的饱和溶液。

⑥根据溶解度曲线选择对混合物进行分离或提纯的合适方法。

5、气体溶解度

（1）气体溶解度通常指在压强为101千帕，一定温度时溶解在1体积水达到饱和状态时的气体体积。

（2）影响因素：

a、压强：压强增大，气体溶解度增大；

b、温度：温度升高，气体溶解度降低。

Na2S2O3

其中硫元素显+2价，具有较强的还原性，如跟氯气的反应：

Na2S2O3+4Cl2＋5H2O=2NaCl＋2H2SO4+6HCl

常用于除去织物漂白后残留的氯气，也可作卤素的解毒剂。

2其化学性质不稳定，受热易分解，如：

Na2S2O3==Na2SO3＋S（反应条件为加热）

3由于硫代硫酸属弱酸，故也能跟一些强酸反应：

Na2S2O3＋H2SO4=Na2SO4+H2O＋SO2↑＋S↓

硫代硫酸钠是无色透明单斜晶体，无嗅，有苦咸味，易溶于氨水，也易溶于水及松节油，不溶于乙醇，水溶液近中性，遇强酸分解。在水中由于温度升高水分子的活动加强，导致海波溶解度的下降。

详细情况可以问专业人员。

b）The polar characteristic of the water molecule enables it to dissolve many ionic compounds

The water molecule is V-shaped, so the hydrogen atoms have a partial positive charege and the oxygen atom has a partial negative charge, the partial charges do not cancel each other out Instead, the partially negative oxygen atom will be attracted toward other positive charges, while each of the partially positive hydrogen atoms will be attarcted toward other negative charges

c）“Like dissolves like” is the usual rule to predict the solubility of covalent compounds

Non-polar molecules are attracted toward other non-polar melecules rather than toward the polar water molecules The result is that non-polar molecules and water will not mix On the other hand, however, polar molecules are dissolve readily in water

Some covalent compounds, for example, alcohos, dissolve readily in water This is because an attraction known as hydrogen bonding

Hydrogen bonding is the partially positive hydrogen atom of one molecule is attracted to partially negative oxygen of a neighbouring molecule When some covalent compounds are mixed, the oxygen of the solute can be attracted to the hydrogen of a water molecule, while the oxygen of a water molecule can be attracted to the hydrogen of a solute molecule These attracions of molecules of on compound for the other cause the components to mix

Since water is a polar solvent and most covalent compounds are fairly non-polar, many covalent compounds don't dissolve in water Non-polar molecules are attracted toward other non-polar molecules rather than toward the polare water molecules The result is that water and covalent compounds will not mix

物质溶解度和分子结构 是有联系的一个物质如果它的键能很活泼，而且溶质和溶剂的分子结构越相似就月容易容易溶解，这是一个常识！你可以问你的老师就是

相似相容！

计算机图形学的发展

1963年，伊凡•苏泽兰(Ivan Sutherland)在麻省理工学院发表了名为《画板》的博士论文， 它标志着计算机图形学的正式诞生。至今已有三十多年的历史。此前的计算机主要是符号处理系统，自从有了计算机图形学，计算机可以部分地表现人的右脑功能了，所以计算机图形学的建立具有重要的意义。近年来， 计算机图形学在如下几方面有了长足的进展：

1、智能CAD

CAD 的发展也显现出智能化的趋势，就目前流行的大多数CAD 软件来看，主要功能是支持产品的后续阶段一一工程图的绘制和输出，产品设计功能相对薄弱， 利用AutoCAD 最常用的功能还是交互式绘图，如果要想进行产品设计， 最基本的是要其中的AutoLisp语言编写程序，有时还要用其他高级语言协助编写，很不方便。而新一代的智能CAD 系统可以实现从概念设计到结构设计的全过程。例如，德国西门子公司开发的Sigraph Design软件可以实现如下功能：① 从一开始就可以用计算机设计草图，不必耗时费力的输入精确的坐标点，能随心所欲的修改，一旦结构确定，给出正确的尺寸即得到满意的图纸；② 这个软件中具有关系数据结构， 当你改变图纸的局部，相关部分自动变化，在一个视图上的修改，其他视图自动修改，甚至改变一个零件图，相关的其它零件图以及装配图的相关部分自动修改：③ 在各个专业领域中，有一些常用件和标准件， 因此，希望有一个参数化图库。而Sigraph不用编程只需画一遍图就能建成自己的图库；④Sigraph还可以实现产品设计的动态模拟用于观察设计的装置在实际运行中是否合理等等。智能CAD的另一个领域是工程图纸的自动输入与智能识别，随着CAD技术的迅速推广应用，各个工厂、设计院都需将成千上万张长期积累下来的设计图纸快速而准确输入计算机，作为新产品开发的技术资料。多年来，CAD 中普遍采用的图形输入方法是图形数字化仪交互输入和鼠标加键盘的交互输入方法．很难适应工程界大量图纸输入的迫切需要。因此， 基于光电扫描仪的图纸自动输入方法已成为国内外CAD工作者的努力探索的新课题。但由于工程图的智能识别涉及到计算机的硬件、计算机图形学、模式识别及人工智能等高新技术内容，使得研究工作的难点较大。工程图的自动输入与智能识别是两个密不可分的过程，用扫描仪将手绘图纸输入到计算机后，形成的是点阵图象． CAD 中只能对矢量图形进行编辑， 这就要求将点阵图象转化成矢量图形．而这些工作都让计算机自动完成．这就带来了许多的问题．如① 图象的智能识别；② 字符的提取与识别；③ 图形拓扑结构的建立与图形的理解；④实用化的后处理方法等等。国家自然科学基金会和863计划基金都在支持这方面的研究， 国内外已有一些这方面的软件付诸实用，如美国的RVmaster，德国的VPmax， 以及清华大学，东北大学的产品等。但效果都不很理想．还未能达到人们企盼的效果。

2 计算机美术与设计

2．1 计算机美术的发展

1952年．美国的Ben ．Laposke用模拟计算机做的波型图《电子抽象画》预示着电脑美术的开始(比计算机图形学的正式确立还要早)。计算机美术的发展可分为三个阶段：

(1)早期探索阶段(1952 1968年)主创人员大部分为科学家和工程师，作品以平面几何图形为主。1963年美国《计算机与自动化》杂志开始举办年度“计算机美术比赛”。

代表作品：1960年Wiuiam Ferrter为波音公司制作的人体工程学实验动态模拟．模拟飞行员在飞机中各种情况；1963年Kenneth Know Iton的打印机作品《裸体》。1967年日本GTG小组的《回到方块》。

(2)中期应用阶段(1968年～1983年)以1968年伦敦第一次世界计算机美术大展一“控制论珍宝 (Cybernehic Serendipity1为标志，进入世界性研究与应用阶段；计算机与计算机图形技术逐步成熟， 一些大学开始设置相关课题， 出现了一些CAD应用系统和成果， 三维造型系统产生并逐渐完善。代表作品：1983年美国IBM 研究所Richerd Voss设计出分形山(可到网站“分形频道hrtp：ttfracta1．126．tom 中查找有关“分形”的知识)

(3)应用与普及阶段(1984年～现在)以微机和工作站为平台的个人计算机图形系统逐渐走向成熟， 大批商业性美术(设计)软件面市； 以苹果公司的MAC 机和图形化系统软件为代表的桌面创意系统被广泛接受，CAD成为美术设计领域的重要组成部分。代表作品：1990年Jefrey Shaw的交互图形作品“易读的城市f The legible city) 。

2．2 计算机设计学(Computer Des i gn i cs)

包括三个方面：环境设计(建筑、汽车)、视觉传达设计(包装)、产品设计。

CAD对艺术的介入，分三个应用层次：

(1)计算机图形作为系统设计手段的一种强化和替代； 效果是这个层次的核心(高精度、高速度、高存储)。

(2)计算机图形作为新的表现形式和新的形象资源。

(3)计算机图形作为一种设计方法和观念。

3 计算机动画艺术

3．1 历史的回顾

计算机动画技术的发展是和许多其它学科的发展密切相关的。计算机图形学、计算机绘画、计算机音乐、计算机辅助设计、**技术、电视技术、计算机软件和硬件技术等众多学科的最新成果都对计算机动画技术的研究和发展起着十分重要的推动作用50年代到60年代之间，大部分的计算机绘画艺术作品都是在打印机和绘图仪上产生的。一直到60年代后期，才出现利用计算机显示点阵的特性，通过精心地设计图案来进行计算机艺术创造的活动。

70年代开始．计算机艺术走向繁荣和成熟 1973 年，在东京索尼公司举办了“首

届国际计算机艺术展览会”80年代至今，计算机艺术的发展速度远远超出了人们的想象 在代表计算机图形研究最高水平的历届SIGGRAPH年会上，精彩的计算机艺术作品层出不穷。另外，在此期间的奥斯卡奖的获奖名单中，采用计算机特技制作**频频上榜，大有舍我其谁的感觉。在中国，首届计算机艺术研讨会和作品展示活动于1995年在北京举行 它总结了近年来计算机艺术在中国的发展，对未来的工作起到了重要的推动作用

3．2 计算机动画在**特技中的应用

计算机动画的一个重要应用就是制作**特技 可以说**特技的发展和计算机动画的发展是相互促进的。1987年由著名的计算机动画专家塔尔曼夫妇领导的MIRA 实验室制作了一部七分钟的计算机动画片《相会在蒙特利尔》 再现了国际影星玛丽莲•梦露的风采。1988年，美国**《谁陷害了兔子罗杰》 (Who Framed Roger Rabbit)中二维动画人物和真实演员的完美结合，令人膛目结舌、叹为观止 其中用了不少计算机动画处理。1991年美国**《终结者II：世界末日》展现了奇妙的计算机技术。此外，还有《侏罗纪公园》(Jurassic Park)、《狮子王》、《玩具总动员》(Toy Story)等。

3．3 国内情况

我国的计算机动画技术起步较晚。1990年的第11届亚洲运动会上，首次采用了计算机三维动画技术来制作有关的电视节目片头。从那时起，计算机动画技术在国内影视制作方面得到了讯速的发展， 继而以3D Studio 为代表的三维动画微机软什和以Photostyler、Photoshop等为代表的微机二维平面设计软件的普及，对我国计算机动画技术的应用起到了推波助谰的作用。

计算机动画的应用领域十分宽广 除了用来制作影视作品外， 在科学研究、视觉模拟、电子游戏、工业设计、教学训练、写真仿真、过程控制、平面绘画、建筑设计等许多方面都有重要应用，如军事战术模拟

4 科学计算可视化

科学计算的可视化是发达国家八十年代后期提出并发展起来的一门新兴技术，它将科学计算过程中及计算结果的数据转换为几何图形及图象信息在屏幕上显示出来并进行交互处理，成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具。

1987年2月英国国家科学基金会在华盛顿召开了有关科学计算可视化的首次会议。会议一致认为“将图形和图象技术应用于科学计算是一个全新的领域” 科学家们不仅

需要分析由计算机得出的计算数据，而且需要了解在计算机过程中数据的变化。会议将这一技术定名为“科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing)”。科学计算可视化将图形生成技术图象理解技术结合在一起， 它即可理解送入计算机的图象数据．也可以从复杂的多维数据中产生图形。它涉及到下列相互独立的几个领域：计算机图形学、图象处理、计算机视觉、计算机辅助设计及交互技术等。科学计算可视按其实现的功能来分， 可以分为三个档次：(1)结果数据的后处理；(2)结果数据的实时跟踪处理及显示；(3)结果数据的实时显示及交互处理。

4．1 国外科学计算可视化现状

(1)分布式虚拟风洞

这是美国国家宇航局(Ames)研究中心的研究项目，包括连接到一台超能计算机上的两个虚拟屏幕。这一共享的分布式虚拟环境用来实现三维不稳定流场。两个人协同工作， 可在一个环境中从不同视点和观察方向同一流场数据。

(2)PHTHFINDER

这是美国国家超级计算机应用中心(NCSA)的研究项目． 是在交互分布环境下研究大气流体的软件。PHTHFINDER通过多个相联系的模型来研究暴风雨。

(3)狗心脏CT数据的动态显示

这也是NCSA的研究项目，它利用远程的并行计算资源．用体绘制技术实现CT扫描三维数据场动态显示。其具体内容是显示一个狗的心脏跳动周期的动态图像。

(4)燃烧过程动态模型的可视化

这是美国西北大学的研究项目．可以显示发生在非烧热的气体燃烧中复杂的空问瞬态图象。火焰位于两个同心圆柱之间．可燃混合气体从内圆柱注入，燃烧所生成的物质通过外圆柱送出。

(5)胚胎的可视化

依利诺大学芝加哥分校研制了一个在工作站和超级计算机上实现的可视亿应用软件。其内容是对一个七周的人类胚胎实现交互的三维显示， 是由卫生和医学国家博物馆所得到的数据重构而成的。这一项目表示了对人类形态数据实现远程访问和在网络资源中实现分布计算的可能性。最近美国还将做整个人体的可视化， 他们将两个自愿者(一男一女)做成了切片，男的被切了1780片， 厚度约1毫米，女的被切了5400片， 厚度约O．3毫米，数据量很大。概括起来有以下几点：

(1)科学计算可视化技l术在美国的著名国家实验室及大学中已经从研究走向应用，应用范围涉及天体物理、生物学、气象学、空气动力学、数学、医学图象等领域。科学计算可视化的技术水平正在从后处理向实时跟踪和交互控制发展。

(2)美国在实现科学计算可视化时， 已经将超级计算机、光纤高速网、高性能工作站及虚拟环境四者结合起来，显示了这一领域技术发展的重要方向。就三维数据场的显示算法而言，当数据场分布密集而规则时(如cT扫描数据)多采用体绘制技术，这种算法效果好，但计算费时。对于数据场分布稀疏，或分布不规则的应用领域， 如天体物理、气象学多采用构造中间几何图象的方法，这种方法生成图象速度快，较易作到实时交互处理。

5 虚拟现实

“虚拟现实”(Virbual ReMity)- 词是由美国喷气推动实验室(VPL)的创始人拉尼尔(Jaron Lanier)首先提出的 在克鲁格(Myren Kruege)70年代中早期实验里．被称为 人工现实”(Artificial reality)；而在吉布森(William Gibson)l984 年出版的科幻小说Neuremanccr里，又被称为“可控空间”(Cyberspaee)。虚拟现实， 也育人称之为虚拟环境(Virtual Environment)是美国国家航空和航天局及军事部门为模拟而开发的一门高新技术 它利用计算机图形产生器，位置跟踪器，多功能传感器和控制器等有效地模拟实际场景和情形，从而能够使观察者产生一种真实的身临其境的感觉虚拟环境由硬件和软件组成，硬件部分主要包括：传感器(Sensors)、印象器(Efeeter)和连接侍感器与印象器 产生模拟物理环境的特殊硬件。利用虚拟现实技术产生虚拟现实环境的软件需完成以下三个功能：建立作用器(Actors)以及物体的外形和动力学模型：建立物体之间以及周围环境之间接照牛顿运动定律所决定的相互作用；描述周围环境的内容特性

5．1 虚拟现实技术的应用

5．11用于脑外科规划的双手 *** 作空间接口工具

最近，美国弗尼亚大学推出了一种能用于脑外科规划的被称为Netra的双手 *** 作空间接口工具 根据脑外科医生的工作环境和习惯，该系统采用一种外形象人头的控制器。脑外科医生可以根据他们的职业习惯，通过转动外形象人头的控制器， 来方便地观察人脑的不部位， 同时通过右手控制面板的平面来控制人脑的剥面的扫描井能根据CT或强磁共振图像所产生的主体脑模型显示所需得到观察视点着色后的真实图像

5．1．2虚拟环境用于恐高症治疗

英国研制的一个虚拟现实系统可以产生以下虚拟环境：① 透明的玻璃电梯，② 高层建筑阳台．@位于蛱咎之上的索桥。为了增加真实的感觉，患者除了佩戴能够产生三维立体景象的头盔式显示器外，还必须站在一个特制的框架内。调节电梯、．阳台和索桥的高度就可以产生不同程度的刺激。

51．3虚拟风洞

德国信息技术国家研究中心的克鲁格等人建立了一个所谓的“虚拟风嗣 ，用以代替风洞实验(因风洞实验成本高，且实验难以控制)。在虚拟风洞中，其模拟的数据来自超级计算机或高性能工作站上运行的有限元程序。利用虎拟风洞，观测者通过佩戴液晶开关眼镜可以方便地对于给定的点和线进行观察，而且还可以通过放大的方式进行更细致的研究，大大方便了人们对于物体动力中特性的研究。

51．4封闭式战斗作战训练器

封闭式战斗作战训练器(CCTT)是马斯塔格利等人为美军研制的用于坦克和机械化步兵在实际地形上进行演习的模拟装置。它与通常的虚拟环境和模拟器不同，它需要建立的是适用于军队训练的大规模复杂的虚拟环境。

51．5虚拟现实技术在建筑设计中应用

虚拟现实技术还被广泛用于建筑设计。克鲁格等将他们设计的未来建筑显现在他们发明的虚拟工作平台上，建筑学家们聚集在一起透过所佩戴的液晶眼镜，可以看到设计的立体建筑，井方便地增添或移去建筑的一部分或其它物体。同时也可以通过数据手套来设置不同的光源．模拟不同时间的日光和月光．观察在不同光线下所设计建筑的美感以及与整个环境的协调性。

总之．虚拟现实技术是一门多学科交叉和综合集成的新技术。因此， 它的发展将取决于相关科学技术的发展和进步 虚拟现实技术最基本的要求就是反映的实时性和场景的真实性。但一般来说，实时性与真实性往往是相互矛盾的。

5．2 多通道用户界面

用户界面是计算机系统中人与计算机之间相互通讯的重要组成部分。八十年代以WIMP(窗口、图符、菜单、鼠标)为基础的图形用户界面(GUD极大地改善了计算机的可用性、可学性和有效性，迅速代替了命令行为代表的字符界面，成为当今计算机用户界面的主流。以用户为中心的系统设计思想．增进人机交互的自然性，提高人机交互的效率和带宽是用户界面的研究方向。于是提出了多通道用户界面的思想，它包括语言、姿势输入、头部跟踪、视觉跟踪、立体显示、三维交互技术、感觉反馈及自然语言界面等。可以这样说人体的表面就是人机界面。人体的任何部分都应成为人机对话的通道。虚拟现实显示是关键所在，这不仅要求软件来实现，更主要的是硬件上的实现。概括起来虚拟现实的人机交互通道可分为两个方面：主要的感觉通道和主要作用通道。多通道用户界面强调：

(1)多个交互通道，如眼一语言一手势等。

(2)交互的双向性．如果每个通道兼有输入／输出

(3)交互不一定是在同一通道中完成．例如， 眼和耳都可以接受信息．但有明显的区别。眼永远是主动的， 即主动地去获取信息，耳永远是被动的，有些信息不管你愿不愿听，总要输到耳朵中，这就要求在具体的交互中具体选择交互通道。计算机图形学中各个领域的发展各有各自的特点， 但总起来说是以虚拟现实为导向

和目的的。虚拟现实的发展要求必将带动计算机图形学各学科的发展． 同样虚拟现实的发展也将依赖于其他学科的发展，计算机图形前景诱人。形势逼人(我国还比较落后)，但通过努力还是可以缩短差距的。

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