[科普中国]-计算机绘图技术

概念

计算机绘图技术（Computer graphics technology）是指计算机图形显示和绘图是利用计算机处理图形信息的一门应用技术学科，它的主要任务是通过对描述某一对象的一组抽象数据，或计算机产生的中间结果进行处理之后，变换成能直接观察到的图形，在输出设备上实现图形信息的表达，当使用显示器将对象的视觉表示形式展现在显示屏幕上时，称为计算机图形显示。当使用绘图机将显示图形永久保存硬拷贝在图纸上时，称为计算机绘图。两者在图形的生成、存储、变换处理等方面的原理是相同的，实际上常常把两者结合起来使用，称为计算机绘图技术。

图形信息的特点图形信息是一种重要的信息类型，直接明了，含义丰富，它具有以下特点：

1、图形信息表达直观，易于理解。

在科学技术高度发达的今天，图形信息显示出任何语言无法比拟的优越性，它能直接反映出客观世界变幻无穷的图像，供全人类所共享，不受语言限制。图形信息中包含大量空间的、各种层次的、变化的结构形状、色彩、纹理以及心理信息等，通过观察，给人以直观的感受，“一目了然”，易于理解。

2、图形信息表示准确、精练。

图形给人一瞬间把握整体的特点，它比文学要逐字逐句逐段联系起来才能理解，显得更简明精练，“一幅画胜似千言万语”，例如旅游指南中配合说明就不可缺少一幅交通图。

“图”是科学技术领域里一种应用非常广泛的表示形式，人类的生产活动和科学实验中，离不开图像表达，如机械方面的零件图、装配图、建筑中的施工图、以及气象图、统计图、心电图等准确无误地表示各构成部分的几何尺寸和相对位置，而语言文学是难以表达清楚的。

3、图形信息能“实时”地反应过程的变化规律。

连续变化的图形信息能更“实时”地反映生产和科学实验过程；并从中发现起决定作用的因素和关系。近代物理等学科就是利用这种形象的视觉表示，反映真实模型及抽象概念模型的变化规律。

图形处理、模式识别与图像显示的区别计算机处理图形信息采用不同的方式，使得计算机应用领域发展由三个分支学科，即图像处理、模式识别与图形显示，它们之间既有一定联系，又有不同的研究目标。

图像处理：它将客观世界中原来存在的物体映像处理成新的数字化图像，如对照片图像扫描采样，量化，模/数转换后送入计算机，由计算机按应用的需要，对数字图像信息进行加工，复原（使模糊图像清晰）增强（突出某些特征）和图像赋值（定义图像某部分的尺寸形状和位置）。其中关心的问题是如何滤去噪声，压缩图像数据以便于存储传输等不同的处理。需要时可把加工处理后的图像重新输出，这个过程统称为图像处理。

模式识别：它研究怎样分析和识别输入的图形和图像，找出其中蕴含的内在联系。图形信息输入计算机后进行特征抽取等处理，然后用统计判定方法，对图形做出识别。最后由计算机按使用要求绘出图形的分类和描述，从图像中提取数据模型。

图形显示：它的主要任务是先将具体实在对象或抽象假想对象进行描述（建立模型），然后对描述对象的数据或过程进行处理，产生能正确反映对象某些性质的图形，它是将数据和几何模型生成图形。这里所说的模型是对图形对象的抽样描述，它能够被计算机理解接受并转换为图像显示，可以通俗地说：模型是图像的说明，图像是模型的可见形象。具体由计算机产生的字符、符号、点、线、弧、圆、曲面、立体等组成的图形模型都是图形对象，它们还具有明暗、色彩等属性，以及静止和活动的不同状况。

图像处理、模式识别和图形显示这三门与图形信息处理有关的学科，都已有了二三十年的历史，但长期以来它们以各自独立的形式发展。到了80年代，由于光栅扫描图形显示器的广泛使用，以及各门学科之间相互渗透与沟通，相互关系越来越密切，但以计算机软硬件系统角度来看，其中图形显示和绘图技术仍起着基础和核心的作用。1

工作原理绘图系统工作方式计算机绘图系统的工作方式有被动式和交互式两种，被动式主要以绘图机或打印机作为输出设备，通过编制一个绘图程序，让计算机控制绘图机或打印机绘制图形，若要修改图形必须修改程序或数据。这种绘图系统生成图形过程中，无法进行操纵和控制。

交互式则由设计人员（用户）利用键盘、光笔、数字化仪、图形显示器等交互设备的有关功能，控制和操纵模型的建立和图形的生成过程。模型和图形可以边生成边显示边修改，进行人机对话；并提供了与绘图系统形象直观和高效率的交互手段，以菜单形式为用户提供输入、修改、变换等各种图形功能，直到产生符合使用要求的模型和图形位置，最后由绘图机或打印机输出图形。目前，计算机绘图系统工作方式都以交互式绘图为主。

绘图系统组成计算机绘图系统由硬件和软件两部分组成。计算机绘图系统的基本物理设备统称为硬件，它包括主机、大容量外存储器、图形输出和图形输入设备。其中图形显示器、打印机、绘图机、键盘、数字化仪、光笔等供系统配置时用户选用。

为了运行、管理和维护计算机而编制的各种程序统称为软件，软件分系统软件、支撑软件和应用软件三类。

系统软件是使用和管理计算机的全部软件。它为所有的计算机用户服务。

应用软件是用户利用计算机，以及它所提供的各种系统软件编制解决各种实际问题的程序，称为应用程序，它为部分用户服务。图像应用程序是开发绘图系统的核心部分，它是图形技术在各种应用中的抽象描述。

图像支撑软件由一组公用的图形子程序所组成，它扩展了原有高级语言的图形处理功能。给用户提供描述、控制、分析和计算机图形的语句，适用于用户设计有关图形方面的应用程序。

综上所述，计算机绘图系统是为了支持应用程序便于实现图形的输入输出而设计的硬件和软件的组合体，没有绘图系统的支撑，就会使应用程序的编写极为困难，计算机绘图的潜在用途也难以开发。2