计算机图形学论文范文
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第1篇
关键词：图形学；发展；应用
一、计算机图形学的发展
计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理，显示的科学。经过30多年的发展，计算机图形学已成为计算机科学中最为活跃的分支之一，并得到广泛的应用。1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风一号——（Whirlwind）计算机的附件诞生．该显示器用一个类似示波器的阴极射线管（CRT）来显示一些简单的图形。在整个50年代，只有电子管计算机，用机器语言编程，主要应用于科学计算，为这些计算机配置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形学处于准备和酝酿时期，并称之为：“被动式”图形学。
二、计算机图形学在曲面造型技术中的应用
曲面造型技术是计算机图形学和计算机辅助几何设计的一项重要内容，主要研究在计算机图象系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。它肇源机、船舶的外形放样工艺，经三十多年发展，现在它已经形成了以Bezier和B样条方法为代表的参数化特征设计和隐式代数曲面表示这两类方法为主体，以插值（Intmpolation）、拟合（Fitting）、逼近（Ap-proximation）这三种手段为骨架的几何理论体系。随着计算机图形显示对于真实性、实时性和交互性要求的日益增强，随着几何设计对象向着多样性、特殊性和拓扑结构复杂性靠拢的趋势的日益明显，随着图形工业和制造工业迈向一体化、集成化和网络化步伐的日益加快，随着激光测距扫描等三维数据采样技术和硬件设备的日益完善，曲面造型在近几年来得到了长足的发展。
2．1从研究领域来看，曲面造型技术已从传统的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，扩充到曲面变形、曲面重建、曲面简化、曲面转换和曲面位差。
曲面变形（DeformationorShapeBlending）：传统的非均匀有理B样条（NURBS）曲面模型，仅允许调整控制顶点或权因子来局部改变曲面形状，至多利用层次细化模型在曲面特定点进行直接操作；一些简单的基于参数曲线的曲面设计方法，如扫掠法（Sweeping），蒙皮法（skinning），旋转法和拉伸法，也仅允许调整生成曲线来改变曲面形状。计算机动画业和实体造型业迫切需要发展与曲面表示方式无关的变形方法或形状调配方法，于是产生了自由变形（fFD）法，基于弹性变形或热弹性力学等物理模型（原理）的变形法，基于求解约束的变形法，基于几何约束的变形法等曲面变形技术和基于多面体对应关系或基于图象形态学中Minkowski和操作的曲面形状调配技术。
2．2从表示方法来看，以网格细分（Sub-division）为特征的离散造型与传统的连续造型相比，大有后来居上的创新之势。而且，这种曲面造型方法在生动逼真的特征动画和雕塑曲面的设计加工中如鱼得水，得到了高度的运用。
三、在计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）的应用
这是一个最广泛，最活跃的应用领域。计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。采用计算机辅助设计已是现代工程设计的迫切需要。CAD技术目前已广泛应用于国民经济的各个方面，其主要的应用领域有以下几个方面。
3.1制造业中的应用。CAD技术已在制造业中广泛应用，其中以机床、汽车、飞机、船舶、航天器等制造业应用最为广泛、深入。众所周知，一个产品的设计过程要经过概念设计、详细设计、结构分析和优化、仿真模拟等几个主要阶段。同时，现代设计技术将并行工程的概念引入到整个设计过程中，在设计阶段就对产品整个生命周期进行综合考虑。当前先进的CAD应用系统已经将设计、绘图、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一个系统内。现在较常用的软件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD应用系统，这些系统主要运行在图形工作站平台上。在PC平台上运行的CAD应用软件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。由于各种因素，目前在二维CAD系统中Autodesk公司的AutoCAD占据了相当的市场。
3．2工程设计中的应用。CAD技术在工程领域巾的应用有以下几个方面：①建筑设计，包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计等。②结构设计，包括有限元分析、结构平面设计、框/排架结构计算和分析等。③设备设计，包括水、电、暖各种设备及管道设计。④城市规划、城市交通设计，如城市道路、高架、轻轨等。⑤市政管线设计，如自来水、污水排放、煤气等。⑥交通工程设计，如公路、桥梁、铁路等。⑦水利工程设计，如大坝、水渠等。⑧其他工程设计和管理，如房地产开发及物业管理、工程概预算等。
3．3电气和电子电路方面的应用。CAD技术最早曾用于电路原理图和布线图的设计工作。目前，CAD技术已扩展到印刷电路板的设计（布线及元器件布局），并在集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路的设计制造中大显身手，并由此大大推动了微电子技术和计算及技术的发展。
3．4仿真模拟和动画制作。应用CAD技术可以真实地模拟机械零件的加工处理过程、飞机起降、船舶进出港口、物体受力破坏分析、飞行训练环境、作战方针系统、事故现场重现等现象。在文化娱乐界已大量利用计算机造型仿真出逼真的现实世界中没有的原始动物、外星人以及各种场景等，并将动画和实际背景以及演员的表演天衣无缝地合在一起，在电影制作技术上大放异彩，拍制出一个个激动人心的巨片。:
3．5其他应用。CAD技术除了在上述领域中的应用外，在轻工、纺织、家电、服装、制鞋、医疗和医药乃至体育方面都会用到CAD技术。CAD标准化体系进一步完善；系统智能化成为又一个技术热点；集成化成为CAD技术发展的一大趋势；科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术是CAD技术发展的新趋向。
第2篇
关键词：图形学；发展；应用
1计算机图形学的发展
计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理，显示的科学。经过30多年的发展，计算机图形学已成为计算机科学中最为活跃的分支之一，并得到广泛的应用。1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风一号——（Whirlwind）计算机的附件诞生．该显示器用一个类似示波器的阴极射线管（CRT）来显示一些简单的图形。在整个50年代，只有电子管计算机，用机器语言编程，主要应用于科学计算，为这些计算机配置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形学处于准备和酝酿时期，并称之为：“被动式”图形学。
2计算机图形学在曲面造型技术中的应用
曲面造型技术是计算机图形学和计算机辅助几何设计的一项重要内容，主要研究在计算机图象系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。它肇源机、船舶的外形放样工艺，经三十多年发展，现在它已经形成了以Bezier和B样条方法为代表的参数化特征设计和隐式代数曲面表示这两类方法为主体，以插值（Intmpolation）、拟合（Fitting）、逼近（Ap-proximation）这三种手段为骨架的几何理论体系。随着计算机图形显示对于真实性、实时性和交互性要求的日益增强，随着几何设计对象向着多样性、特殊性和拓扑结构复杂性靠拢的趋势的日益明显，随着图形工业和制造工业迈向一体化、集成化和网络化步伐的日益加快，随着激光测距扫描等三维数据采样技术和硬件设备的日益完善，曲面造型在近几年来得到了长足的发展。
2．1从研究领域来看，曲面造型技术已从传统的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接，扩充到曲面变形、曲面重建、曲面简化、曲面转换和曲面位差。
曲面变形（DeformationorShapeBlending）：传统的非均匀有理B样条（NURBS）曲面模型，仅允许调整控制顶点或权因子来局部改变曲面形状，至多利用层次细化模型在曲面特定点进行直接操作；一些简单的基于参数曲线的曲面设计方法，如扫掠法（Sweeping），蒙皮法（skinning），旋转法和拉伸法，也仅允许调整生成曲线来改变曲面形状。计算机动画业和实体造型业迫切需要发展与曲面表示方式无关的变形方法或形状调配方法，于是产生了自由变形（fFD）法，基于弹性变形或热弹性力学等物理模型（原理）的变形法，基于求解约束的变形法，基于几何约束的变形法等曲面变形技术和基于多面体对应关系或基于图象形态学中Minkowski和操作的曲面形状调配技术。
2．2从表示方法来看，以网格细分（Sub-division）为特征的离散造型与传统的连续造型相比，大有后来居上的创新之势。而且，这种曲面造型方法在生动逼真的特征动画和雕塑曲面的设计加工中如鱼得水，得到了高度的运用。
3在计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）的应用
这是一个最广泛，最活跃的应用领域。计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。采用计算机辅助设计已是现代工程设计的迫切需要。CAD技术目前已广泛应用于国民经济的各个方面，其主要的应用领域有以下几个方面。
3.1制造业中的应用。CAD技术已在制造业中广泛应用，其中以机床、汽车、飞机、船舶、航天器等制造业应用最为广泛、深入。众所周知，一个产品的设计过程要经过概念设计、详细设计、结构分析和优化、仿真模拟等几个主要阶段。同时，现代设计技术将并行工程的概念引入到整个设计过程中，在设计阶段就对产品整个生命周期进行综合考虑。当前先进的CAD应用系统已经将设计、绘图、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一个系统内。现在较常用的软件有UGII、I-DEAS、CATIA、PRO/E、Euclid等CAD应用系统，这些系统主要运行在图形工作站平台上。在PC平台上运行的CAD应用软件主要有Cimatron、Solidwork、MDT、SolidEdge等。由于各种因素，目前在二维CAD系统中Autodesk公司的AutoCAD占据了相当的市场。
3．2工程设计中的应用。CAD技术在工程领域巾的应用有以下几个方面：①建筑设计，包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计等。②结构设计，包括有限元分析、结构平面设计、框/排架结构计算和分析等。③设备设计，包括水、电、暖各种设备及管道设计。④城市规划、城市交通设计，如城市道路、高架、轻轨等。⑤市政管线设计，如自来水、污水排放、煤气等。⑥交通工程设计，如公路、桥梁、铁路等。⑦水利工程设计，如大坝、水渠等。⑧其他工程设计和管理，如房地产开发及物业管理、工程概预算等。
3．3电气和电子电路方面的应用。CAD技术最早曾用于电路原理图和布线图的设计工作。目前，CAD技术已扩展到印刷电路板的设计（布线及元器件布局），并在集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路的设计制造中大显身手，并由此大大推动了微电子技术和计算及技术的发展。
3．4仿真模拟和动画制作。应用CAD技术可以真实地模拟机械零件的加工处理过程、飞机起降、船舶进出港口、物体受力破坏分析、飞行训练环境、作战方针系统、事故现场重现等现象。在文化娱乐界已大量利用计算机造型仿真出逼真的现实世界中没有的原始动物、外星人以及各种场景等，并将动画和实际背景以及演员的表演天衣无缝地合在一起，在电影制作技术上大放异彩，拍制出一个个激动人心的巨片。
3．5其他应用。CAD技术除了在上述领域中的应用外，在轻工、纺织、家电、服装、制鞋、医疗和医药乃至体育方面都会用到CAD技术。CAD标准化体系进一步完善；系统智能化成为又一个技术热点；集成化成为CAD技术发展的一大趋势；科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术是CAD技术发展的新趋向。
第3篇
关键词：图形；计算机图形学；几何计算
引言
计算机图形学是一门比较复杂也比较实用的学科，它给人们带来了一个全新的认识世界的方式。现如今，以图形为主要认知方式的“世界图形时代”已经成为数字化时代的一个重要标志。因为它不需要言语文字或者一些文学的东西来表达思想，只需要借助于视觉感官加上一些自身的体会和想象就能获得信息，因此它改变了传统的文化方式，进而成为一种在全球都适用的联络方式。为了将图形这种最简单直接的充满了信息量的物质进研究和描述就产生了计算机图形学，它属于计算机学科这的其中一部分，但它自身所具有的魅力并非其他有关学科都能拥有的。文章尝试性的将图形的本质进行了概括，对有关计算机图形学所涉及到的相关重要科学问题都有一定的分析，使它具有重要的科学价值，对相关领域产生一定影响。
1 计算机图形
计算机图形学是通过利用图形这种充满信息的东西来最直观的表达了解世界，它所研究的是客观世界并不存在的带有形状和颜色信息的图形，它一般分为图形和图像两类：图形类一般展示出来的是方式是矢量图，通常由景观的物理性质和环境的几何模型来表示在计算机中，它对环境的几何特征和图形的各个几何参数和属性参数都更为看重，因为最基本的图形单元及其包含的各类信息都会在工程图纸上有所提到；而图像类一般展示出来的方式是点阵图，通常由那些有颜色特征的点组成图形并在计算机中表示出来。那些最基础的图像单元都是通过点的属性来体现，并由计算机来产生具有不同感觉的图形等。对一幅图形进行总体的表述就是图元的几何特征和属性将，其决定一幅图的本质，如果用打印设备打印出来，就可以对客观世界进行描述。所以说抽象图形简单概括就是属性加图元。
2 计算机模型
计算机图形的第一工作就是需要建模，如果没有模型，那么图形就像无源之水一样，而模型就是由一些基本的集合元素（点、线、线、面等基本几何）按不同组合方式而成。一般来讲，模型主要是针对外部描述，而几何则注重内部特性。因而在计算机图形学中几何一词更能准确的把图形的各方面本质讲清楚。
3 计算机图形绘制
把计算机中不够具体的模型用一些人们能够理解、比较直观的图形来表达清楚就是计算机图形学里的一门重要学问，也是一项重要工作。这个工程是要求把机内的几何三维环境变换成人们能够直观了解分析的图形表达，属于几何模型的视觉呈现过程。它把多个学科的知识综合利用起来，把建立起来的模型的物理特性，几何形状，还有各个物体的相对位置及遮挡关系都在计算机上把它们模拟出来，好比拍摄电视剧一样，属于几何到画面的再次创造。对这个过程有着很多的修饰词，比方说图形合成、图像可视化、模型绘制等，渲染和显示有时也会用到。但根据我国的使用习惯，对这个过程一般习惯把它说成是绘制，一些可见面和光照等的效果，加上某些认为痕迹的消失都可以说是有走样所导致的。绘制将计算机图形学真正的魅力向世人展示，它综合的运用了美学、几何学、物理学等知识，属于计算机图形学科中的专业部分。
4 计算机图形学的定义
计算机图形学大概能够归纳为以下几个内容：软件和硬件，视图变换，图形变换和三维观测等基本知识；界面管理、窗口管理，界面设计等用户界面；视觉系统，颜色运用，几何描述等模型定义；矢量技术，光照模型，图像操作，图像储存等图像合成；高端软件，动画技术，高级建模等高级技术。目前，我国对计算机图形学的认识是，它就是利用计算机来对图形的原理、计算方法和怎样生成处理图形来进行探索研究的。简单来讲计算机图形学就等于几何加绘制。物体在计算机中的几何数据属于一个静态的概念，而用人眼的角度来绘制这些数据就属于动态流程。
5 计算机图形学的大体框架
计算机图形学的大体框架有以向量和几何变换为主的数学基础知识；不被计算机图形学方法构造所限制的各种二维、三维空间的几何模型；几何的视觉实现过程绘制；还有就是用于图形通讯的交互式图形学交互技术。
6 计算机图形学中的几何
（1）有关模型的建立和计算处理都会用到几何。现在计算机图形学的发展趋势是不仅要求能把物体的外观生成出来，还得有更好的物体建模技术。因为要把物体的三维几何特征随着时间的变化都能描述出来也并非那么轻而易举，要想把物体最为真实的一面展示出来，所用到的图形工具也将会变得更为复杂，现在绘制工作已不是那么困难，工作重心已经转移到计算机图形学的几何建模上去了。（2）导致几何造型系统不够稳定的主要原因就是几何奇异，要想解决因为几何奇异造成的影响，就得将几何计算的主要点给把握好，重新探索出一套能够解决问题的、简单、方便、有效和体系化的理论体系。从计算机图形学的本质着手，解决几何奇异的一个有效方法就是对几何引入方向性概念。以此建立一个在方向性概念上的几何算法和复杂性分析的理论体系，它的主要观点有：a.把计算机的表现形式进行统一几何；b.建立辅助几何属性来解释几何设置属性；c.仔细探究复杂性的理论；d.引入“交点特征”的新概念。（3）精确表示的边界模型中的边界元素和某些几何元素是互相对相应的，在目前的一些几何造型系统中。它们可以形成直线、曲线等各种几何图形，使得它们有着非常复杂的求交情况。当一般用到20多种元素时，它的求交函数将是这些元素的十几倍。如果在三维领域中，将会有更为复杂的几何问题。而有些像隐藏面、线的消除和一些用来提升图形效果的看似绘制的内容，其实从根本上来说，依然是几何计算的问题。几何计算主要是在时间和光线跟踪上有一些消耗，加上景色和光线的交点等各个光入射、折射线之间的计算。
7 结束语
计算机图形学主要是针对把客观事物在计算机当中通过建模的方式进行描述和处理，和将在计算机当中建立好的抽象模型用具体的动态或者静态的方式表达出来（俗称视觉再现）这两个问题进行探索和研究。图形在本质上属于线形、结构、颜色等图形基本元素所组合而成的，因此，图形的本质等于图元加属性。而计算机图形学就等于几何加绘制。因此在计算机图形学中，处理几何奇异问题是几何计算的重点，而几何计算又是这个学科的根本，所以需要引入几何方向性概念才能建立合理的理论体系。总体来讲，计算机图形学是由几何、绘制、交互和数学基础等构成的。
参考文献
[1]孙家广，胡事民.计算机图形学基础教程[M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]何援军.计算机图形[M].北京：机械工业出版社，2006.
第4篇
关键词：计算机图形学；研究型教学；算法
计算机图形学是研究如何利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科，在计算机辅助设计制造、科学计算可视化、地理信息系统、虚拟农业等领域有着非常广泛的应用，是计算机、地理信息系统、电子工程、机械设计等本科专业一门重要的专业基础课，也是许多后续课程(图像处理、模式识别、多媒体技术、虚拟现实、计算机视觉等)的基础课程，在教学计划中占有重要地位和作用。
培养学生的创新和实践能力是研究型大学教育改革目标的核心。通过该课程的学习，不仅使学生能系统地获得计算机图形学的基本知识、必要的基础理论和常用的图形生成算法，同时能提高学生的综合素质，使学生具备一定的研究和创新能力。另外，随着近几年信息技术在农业领域的广泛应用，在农业遥感、地理信息系统、农作物模拟和仿真中涉及大量的计算机图形算法和技术。因此在这门课的讲授内容上增加了一些和遥感、地理信息系统、虚拟农业技术相关的图形基础和算法，并结合教师的研究成果和科研工作的进展，及时将其增加到教学内容中，使这门课程逐渐形成有农业特色的专业基础课。
课程改革决不仅仅是教学内容的更新，更为重要的是学习方式、思维方式转换以及新教育技术的应用。这需要我们从“知识型教学”转换成为“研究型教学”，即以知识为载体，传授本学科的方法论，注重学科发展，提升教学中学生思维能力、交流沟通能力等持久性综合能力的培养。
1研究型教学的实施方案
研究型教学是以提高学生的综合素质和创新研究能力为目标的。为了达到这个目标，我们从跟踪学科前沿能力、发现问题能力、理论联系实际能力、文献阅读能力等以下7个方面来综合培养学生的能力[1]，如图1所示。
围绕这几方面的能力，具体做法是强化基础、突出实践、重在素质、面向创新。我们主要在以下几个方面展开了创新性的教学改革研究。
1.1像计算机工程师那样去思考和解决问题
本课程教学理念为：“以应用为背景、以理论为主线、以算法为核心、以合理先进的教学方法为手段、以提高学习兴趣和创新能力的培养为目标”。
学完这门课程，学生应掌握两个技能并达到一个目标，两个技能是：1)学生能编写小规模的图形程序(这里的小并不是贬义，只是代表你有能力做事的规模而已)；2)掌握的第二个技能是有能力来理解别人编写的程序。因此要能写、能读程序。
最终的目的是开启学生从其他领域中提炼概述，并研究出如何将其转入计算机图形领域的能力。通过图形学算法的提出背景以及发现、发展和完善过程的讲解，对学生的思维进行训练，提高学生面向问题的求解能力，培养学生的科研素质。
在教材的选取上，不局限于一本教材[2-4]，而是选用国内较有影响的几本教材作为参考书。注重基本原理和概念的讲解。因为图形技术的发展日新月异，新的技术和算法层出不穷，学生学习的技术几年后可能会过时，但基本的原理和概念是长期不变的。
1.2突出讲授图形算法中蕴含的思想
计算机图形学课程的主要内容就是讲授图形生成、显示、处理的算法。那么，一个普通、常规的图形算法是如何通过改进和完善变成一个优秀算法的？
算法分析是一种理论研究，是关于计算机程序性能和资源利用的研究，重点是性能。我们是在学习如何计算机程序运行的更快。算法还涉及到其它资源，但我们的关注点主要还是在性能上。
例如，直线生成算法是计算机图形学较底层的一个算法。该算法的性能严重决定着图形生成的效率。因为当完成一个动画算法或真实感图形算法时，直线算法可能被几十万、上百万次地反复调用，因此这种算法要求效率要高。在加、减、乘除、开方、三角函数等运算中，加法是最快的运算，其中整数加法又快于浮点加法。因此像画直线这种底层算法，能够减少一个乘法都是一个了不起的事情。
从讲授通过直线方程的画线算法到数值微分(DDA)算法、再到中点画线算法，最后到Bresenham算法。一步步给学生展示了一个开始需要一个乘法和一个加法的普通直线算法，是如何通过改进和完善其性能，把乘法演变一个浮点运算加法，又把浮点加法变成整数加法的一个精彩过程。计算机科学问题的核心就是算法。
学术大师们在提出、改进和完善算法的过程中所体现出来的一些闪光的思想正是我们所要深刻认识和领会的。什么是创新？这些闪光的思想就是真正的创新！
在讲授其他一些图形算法如多边形的扫描转换和区域填充、裁剪算法、消隐算法等时，并不强调学生掌握和实现算法的具体细节，更重要的是阐述这些算法所蕴涵的一些创新思想，像增量思想、编码思想、图形连贯性思想、分而治之思想等。这些思想不仅用在图形学算法中，而且还用在了数据挖掘、人工智能等领域。
1.3算法讲解与程序演示相结合
计算机图形学课程具有很强的实践性，上机编程实验是其重要环节，基本目标是将学生的计算机操作能力、分析能力、设计能力与编程实践结合起来，引导学生由浅入深地掌握计算机图形学基本理论和算法。
为了让枯燥的算法讲解变得生动起来，作者在教学手段上充分发挥图形学自身特点，将许多算法的原理用Flash做成动画片嵌入到教学幻灯片中，采用生动形象的动画算法讲解，使学生对抽象的图形学算法不仅有一个直观的了解，而且还调节了课堂气氛。许多同学在看过演示之后，不仅对算法有了更为深入的了解，还纷纷跃跃欲试，想要做出更好的程序来，这极大地激发了学生自己动手编程实践的欲望。这些课件对于提高学习兴趣、增强算法的理解性具有很大的作用。
我们安排了8～10个上机编程实验，内容包括画直线圆弧算法、区域填充算法、编码裁剪和梁友栋裁剪算法、二维、三维变换算法、透视变换算法、Bezier曲线算法、B样条算法和简单光照模型的实现。学生通过这些算法的编程实现并改进一些重要算法， 既可以增强对算法本身的理解，也可感受编程的乐趣。
2教学与科研相结合
2.1教师科研与教学相结合
科研是提高课程教学质量的源动力。将科研成果引入教学，一方面丰富了教学内容，提高了学生的学习兴趣；另一方面，也培养了学生的科研创新能力。
我们主持和参与的国家科技基础条件平台中国数字科技馆项目“虚拟农场体验区”、科技支撑项目 “面向农民科技培训的人机交互式三维可视化平台研究”、虚拟农场等课题中都使用到了图形算法和技术，通过课题引导学生将图形学中的各类知识集成到引擎中，面向二次开发和快速开发，大大提高了学生对图形学技术的理解和实践动手能力。
2.2教学与专业文献阅读相结合
一门学科的内容终归是不可能全部在课堂上讲授完的，以“授人以渔”为己任的教师也没有必要这样做。在网络时代没有绝对的老师，所有老师必须成为学生。同样，在网络时代也没有绝对的学生，所有的学生必须学会做自己的老师。
为了培养学生研究创新的能力，除了把教师自己的科研成果介绍给学生，更重要的是培养学生跟踪学科前沿的文献检索、文献阅读与文献综述能力。
基于期刊的影响力和SCI影响因子等标准，我们选择国内外一流期刊20余种，国内期刊如《计算机辅助设计与图形学学报》、《地理学报》、《计算机图形图像学报》等；国外期刊如《Computer Graphics》、《IEEE Computer Graphics and Application》、《International Journal of Geographical Information Science》等。相对来说，这些权威的期刊发表的文章基本上都是高质量的文章。除了从这些期刊里选出一些和计算机图形学算法有关的高质量文献以外，还搜集一些有关计算机图形经典算法的经典文献，主要是一些具有里程碑式的文献！这些经典的文献犹如文学界的世界名著，长久不衰，他们的贡献直到今天都无可忽略！最新文献犹如现代流行小说，要与时俱进，了解计算机图形学领域的一些最新进展。
要求每个学生在这门课程的学习期间，能够阅读至少2～3篇中文文献和1～2篇英文文献(既阅读世界名著，也要浏览现代流行小说)。这样既提高了学生的英语阅读能力，了解该领域的热点和前沿进展，又使得学生能领会大师们的研究思路、逻辑推论和技术方法。
通过两届学生的实验，教学取得了良好的效果。尽管他们只是大二的学生，但已经有几位学生对教科书上的一些经典算法在性能上做了进一步的改进，提高了算法的效率，撰写的几篇学术论文被国内外学术会议录用。
3结语
在研究型课程教学中，教师的作用发生了变化：教师不再是“讲台上的圣人”，而更多地起“场外教练”的作用[5]；他们不仅仅传授知识，而是遵循认知规律，以学生为中心，设计教学过程、提供教学资源、提供学习建议，对整个学习过程进行控制，包括在关键环节上对学生进行启发、激励、引导和指导。教师的战略目标都是为了帮助学生们能像一个计算机科学家一样去思考。换句话说，希望赋予学生一种能力，让学生可以用计算机做他想做的任何事。
参考文献：
[1] 苏小红,李东,唐好选. 面向能力培养的计算机图形学课程教学方法[J]. 计算机教育,2010(3):47-51.
[2] 孙家广,胡事民. 计算机图形学基础教程[M]. 北京:清华大学出版社,2009.
[3] 陈传波,陆枫. 计算机图形学基础[M]. 北京:电子工业出版社,2008.
[4] 孙正兴. 计算机图形学教程[M]. 北京:机械工业出版社,2006.
[5] 高虹. 从美国理工科本科教学改革看研究型教学[J]. 物理与工程,2004,14(2):12-14.
Research Teaching of Computer Graphics for Undergraduate Students in Agricultural Universities
ZHAO Ming
(College of Information and Electrical Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)
第5篇
关键词：计算机图形学；科学思维；学科结构；教学改革；教学方法
0 引言
大学的主要任务是培养人才，特别是培养创新人才。培养创新人才的基本途径与方法有课程教学、参与科学研究与项目开发、对外学术交流等。然而传统本科课程教学多注重传授学科的系统理论等专业知识，不重视对知识产生原因、方法的介绍，如忽视思考解决学科基本问题的具体过程等，这会造成课程教学传授知识与科学研究相脱节，导致学生的知识结构产生缺陷，不利于他们将来从事创新等研究工作。为配合计算机图形学课程的教学改革，根据计算机图形学课程的特点，笔者提出一种面向科学思维的教学新方法，它能有效弥补传统本科课程教学的不足。
1 面向科学思维教学方法的基本要求
常见典型的教学方法有：结构主义的教学方法、建构主义的教学方法、问题（任务）驱动教学方法等。这3种方法各有其优缺点，一个好的教学方法最好能全面综合这3种方法的优点。面向科学思维的教学方法要求把思考问题的方法、系统分析与综合的方法、科学研究的工作方法、查找资料与抽象的方法等知识产生的方法引入课程教学中，有效讲解学科专业知识是根据发展需求、通过研究各种问题产生的；专业理论体系或与其学科结构是由多项研究成果形成的，这些知识是科学研究与科学思维产生的结果。
结构主义、建构主义与面向科学思维教学方法的异同点见表1。
2 确立计算机图形学课程的教学内容与教学模式
2.1 传统计算机图形学课程教学改革的原因
2013年以前，国内外传统计算机图形学课程教学以讲授图形标准（显卡驱动与显示图形等子程序的集合）或CAD为主。这种CAD与计算机图形学（即图形标准）学科的划分有问题，它只便于图形标准的硬件实现，却因基本概念不全导致这两者均不能独立讲清三维真实感图形的自动生成原理以及计算机程序设计的基本规律，更不能总结计算机图形学的研发成果与发展规律，不能满足计算机图形学学科建设发展需求。
2.2 用系统分析与综合的方法确立计算机图形学课程的教学内容
2.2.1 系统分析：从理论上确立实现计算机图形学课程目标的发展路线图
本课程目标是用计算机程序自动生成类似人眼观察世界获得的观察图像（亦为学科研究的基本问题，它适合作为建构主义教学方法要求的教学环境需求问题）。为此至少要完成3个子任务：①掌握三维图形的生成原理；②掌握生成三维动画等图形的程序设计；③理顺新课程教学内容与图形标准、CAD的相互关系。
1）第一个任务的实现方法。
照相机生成照片遵循光线传播生成三维图形这一物理原理，计算机生成所有三维图形（包括光线跟踪算法、辐射度算法、投影、多边形填充、纹理映射、阴影算法、图像融合算法与二维直线的生成等）也应遵循该原理。这是本课程知识理论体系的完备性与一致性的基本要求，它决定了计算机图形学的学种性质与教学定位。
2）第二个任务的实现方法。
用辐射度和光线跟踪算法生成的三维真实感图形等程序，是一类典型的显示图形的计算机仿真应用程序。故计算机图形学的编程实现既遵循计算机仿真的基本原理，也遵循计算机程序设计的基本规律。
计算机仿真遵循系统（决定被仿真对象的范围与其行为特性）、建模（用数学模型描述仿真实验对象）、仿真算法（计算机通过执行该仿真算法，进行仿真实验）与评估（检验仿真实验的结果是否与应用需求保持一致）这一基本原理。
计算机程序设计应遵循计算理论可计算性的实现前提对程序设计的规范要求：①待解问题被模型与系统形式化方法所描述；②这种描述要转换成算法；③算法要有合理的复杂度。
这里，形式化描述指用数学符号、逻辑符号与流程图描述并要求保持逻辑上的一致性。系统的概念被本文定义为软件系统：它按解决问题的系统流程要求，编程实现数个模型描述数据与命令的输入、存储管理、运算处理、输出显示4个过程，能直接达到自动运行软件的设定目标并具有完整动态结构的综合程序。软件系统的概念是国内传统计算机核心课程教学缺失的重要概念。
故三维图形学的教学内容，主要用3组数学模型描述可视物体、灯光、照相机物理模型的物理特性（如用几何模型、材质模型与纹理模型描述可视物体；用光线几何模型、颜色模型、照明模型、辐射度算法和光线跟踪算法等描述点光源；根据类照相机的观察参数，用阴影算法、图像融合等算法描述照相机模型；对光线跟踪算法，应重构照相机模型）；在物理仿真、数学建模与软件系统概念的指引下，编程构建三维图形软件系统，实现三维图形的自动显示。物体运动与变形、灯光变幻、照相机运动可形成计算机动画。计算机游戏是用人机交互的操作方式并通过实时动画与声音有效描述具有智能行为能力的人（或动物）的多种社会实践活动。
3）第三个任务的实现方法。
计算机动画包含了传统图形标准与CAD的原理，所以在课程最后，可讲解图形标准OpenGL的原理与编程使用方法。同时图形标准是游戏软件的基石，是现代计算机应用不可缺少的基本配置。
2.2.2 系统综合：介绍图形学的基本原理与动画软件的实现方法
这要求教师先查找资料、汇集前人发表解决以上问题的不同论文与教材（解决课程教学问题的先决条件），挑选材料编写课程讲义，详细介绍完成该任务所需的基本原理与实现方法，讲义试用成熟后再编著出版教材。
教材按以下思路组织：用二维图形学构建软件系统概念的教学，用三维图形学构建三维图形数学建模的教学（直接用三维图形构建软件系统概念的教学，会导致课程教学内容的复杂化）。在每章的开头，均提出应思考并解决哪些问题才能达到本章的教学要求，加强训练读者思考问题的习惯。
学完本课程，学生要能胜任计算机动画软件的设计与编程实现等任务。
2.3 归纳计算机图形学的学科结构
以上教学充分展示：由物理模型（化学模型、生物模型、社会发展需求模型等）数学模型（数据模型是数学模型的一种简单特例，其编程操作主要是数据的存储与检索，以实现数据库软件。根据数学模型“曲高和寡”的原理得知，数据库软件是应用软件中应用面最广的一类软件；或用离散数学的方法、判断规则与判据或可编程实现的自然语言与功能等描述解决问题的过程与步骤；或用通信协议描述数据通信过程要遵循的规则、约定等要求，这是网络通信编程的基础）软件的系统功能与结构用算法语言实现程序编码并形成算法软件测试评估等过程所确立程序设计的基本规律。程序设计这一规律，能被雷达的设计与制造过程所佐证，如通过物理实验确立雷达原理用数学模型描述雷达的工作过程设计雷达系统的功能与结构用电子技术制造雷达设备做好的雷达要通过测试评估才能交付使用等。
由此能用理论（物理原理、建模、软件系统、仿真、程序设计）、工具（OpenGL、Direct3D、着色语言、ACIS、WebGL、OpenCL、3D游戏引擎等）与应用（显示图形的应用程序，如3D动画或CAD、地理信息系统（空间复杂性高而时间复杂性低）、游戏与虚拟现实系统（时间复杂性高而空间复杂性低））3个学科形态描述计算机图形学的学科结构。
2.4 用科学研究的工作方法确立计算机图形学课程的教学模式
（1）选题（发现问题）：找任务、了解用户需求、检索阅读资料并提出问题。自由选题要确立研究问题的科学性、目标性、创新性和可行性，并找准课题的申报渠道。提出问题是对任务深入思考或科学研究的前提。如计算机图形学的学科属性与教学内容是否成熟，是此前国际计算机图形学教育界多年关注的教学疑难问题。
（2）分析问题：真实照片由照相机、可视物体与灯光3个主要因素决定，由此确立解决问题的方法。
（3）寻找解决问题的方法（提出假说）：首先用二维图形建立软件系统的概念；然后建立描述照相机、可视物体、灯光物理模型物理特性所需的数学模型，构建仿真光线在计算机场景与照相机模型中传播，生成三维动画图形。
（4）做实验解决问题（找寻证据支持假说）：针对建立的数学模型，选择数据结构，设计算法，编写程序源代码并调试测试程序，构建三维图形软件系统，实现图形的自动显示。
（5）取得新成果（查新验证）：改进学科的系统理论与基本方法，发表研究论文，推广该研究成果或论证申报新开发项目，推动学科建设向前发展。当我们解决好计算机图形学的教学问题时，就为撰写本文并申报计算机图形学国家规划教材奠定了基础。
由此构建程序设计教学的完整过程，并把程序设计拓展成科学研究工作方法的一种形式与组成部分。
该教学模式不仅把教学与科学研究两个不同性质的学术过程结合在一起，还说明围绕课程教学思考问题的训练属于科学研究领域思维活动的一种基本形式。
3 在课程教学过程中合理安排思考问题的训练
教师在重点介绍、讲解每个专题前，要考虑如何训练学生根据学科的发展需求思考问题，这些问题是任务驱动教学法中各种问题的来源。
3.1 用二维图形学构建软件系统概念的教学
专题1：线段图形的描述与生成。基本问题：如何用数学的语言与方式（如描述函数）描述各种线段图形的几何形状，以形成各种线段图形的几何模型？如何形成矢量汉字等子图形高效率的描述方法？如何把这种描述函数转换成算法，并根据其描述数据生成这些基本图形？
专题2：实面积图形的描述与生成。基本问题：用什么方法描述实面积图形的几何形状，以形成各种实面积多边形的几何模型？如何利用显示设备的绘图功能生成实面积图形？如何实现直线图形边缘的反走样显示？
专题3：图形的基本运算。基本问题：图形运算的目的是什么？如何用几何变换矩阵的方式描述图形几何模型的几何变换？若用实面积多边形的布尔运算构建新的复杂图形的几何模型，则布尔运算的数学基础是什么？如何实现其布尔运算？
专题4：图形的观察运算。基本问题：如何把输入到计算机中的图形几何模型描述数据，转换成显示设备坐标系中的图形几何模型描述数据？并调用图形的生成算法显示各种图形的几何形状？
专题5：图形数据与命令的输入。基本问题：能用哪些方法把图形模型描述数据与命令高效率地输入到计算机中？如何利用输入设备的数据输入功能与显示设备的图形显示功能，编程实现图形数据的交互输入？如何规划应用程序中的人机交互设计问题？
专题6：图形的数据结构。基本问题：图形数学模型的种类与复杂、复合图形的构建方法，这些对保存图形几何模型的描述数据提出了哪些动态管理上的要求？如何设计相应图形的数据结构，才能有效地保存、管理存储于计算机中的各种图形描述数据（命令）？如何把图形显示区中的图形描述数据编译转换成多种显示设备能识别并运行的显示指令代码，以实现图形的显示？为编程实现各种图形的自动显示，需要确定编程处理图形数据的基本流程和程序的功能与结构，以形成软件系统的概念。
3.2 用三维图形学构建数学建模的教学
专题7：照相机模型的建立与三维几何图形的显示。基本问题：如何用数学模型，特别是用矩阵的方法，描述照相机拍摄（投影显示）三维直线图形的物理过程？
专题8：平面物体几何模型的构建与图形显示。基本问题：如何用直线与平面函数描述平面物体的几何形状？如何记录这种描述所形成的几何模型数据？如何构建形状复杂的平面几何物体？如何显示平面物体的几何形状与表面？
专题9：曲面物体几何模型的构建基础与线框模型图形显示。基本问题：用什么方法描述曲面物体的几何形状并构建其几何模型？如何显示曲面物体的几何形状？
专题10：灯光模型的建立与光照物体的图形显示。基本问题：如何用数学模型的方法描述灯光的物理特性？如何描述在灯光照射条件下几何物体的可视物理特性？如何显示光照效果的曲面物体的表面与几何形状？如何更有效地描述光线传播的物理特性与变化规律？
学生按照这一思路进行选题，可考虑为实现像照片一样自然景观（如白光的薄膜干涉等现象）的图像显示，需研究哪些问题等，并发表其研究成果。课程教学内容成熟完整后，才便于界定计算机图形学的学科内涵。
4 分析计算机专业主要课程的基本特点，提炼计算科学的学科结构
4.1 计算机教学此前无计算科学学科结构概念的原因分析
现有权威资料和维基百科、百度百科表明，此前国内外计算机教学均无计算科学学科结构这一重要概念。以下3点是导致这一现象存在的重要原因。
4.1.1 对计算工具的分类作用认识不足
尽管人们知道计算机是一种计算工具，计算机有广泛的应用，计算机科学有自己的一套理论根据，但仅用“理论、工具与应用”很难全面概括计算科学的研究全貌与多项用途。事实上，计算机的系统工具对总结计算科学的学科结构非常重要。
计算机系统是一个能对编程实现的数学模型与逻辑模型，进行自动解算与推理的通用计算工具。这决定了程序设计在编程使用计算机上的重要性。
操作系统是对计算机的各种硬件资源与软件资源进行程序管理，使计算机正常运行的系统工具软件。同时，它能对用户程序（命令）的输入、存储管理与自动运行提供服务（包括对通信进程进行有效监管控制），并用人机交互与图形界面的方式记载这种用户程序与命令操作的运行结果。
编译系统是用高级语言编程必备的系统工具软件，它可以把用户用高级语言编写的程序源代码、编译转换成计算机能识别并自动执行的机器语言程序代码。
算法语言是用户为编程使用计算机的各种计算功能，用类自然语言的方式与计算机相互交流思想的符号表达工具。
这些计算工具本身没有直接解决数学计算与逻辑推理等应用问题，该任务由编程解决。
这类计算工具是在实际应用过程中总结、提炼的结果，工具本身一般不直接解决最终的应用问题，这是工具的第一个特点。它的第二个特点是工具的制造具有递归性，即可用简单工具制造复杂工具。它的第三个特点是专业复杂工具的制造方法与技术具有封闭性与隐蔽性，但这不影响他人对工具的操作使用；且其隐蔽、封闭性是工具使用方便、高效的主要原因。
软件系统与计算工具等概念的形成，是用抽象的方法（从众多事物中总结提炼出具有共同本质的特征、而舍弃其非本质的特征等内容）处理形成的结果。
4.1.2 传统课程没有讲清计算机仿真的原理与计算机程序设计的基本规律
传统计算科学的核心课程（计算机导论、计算机原理与系统结构、算法语言与数据结构、编译系统与操作系统、软件工程、离散数学、数据库和计算机网络）从未讲清计算机程序设计的基本规律与计算机仿真的基本原理。学生往往通过课后大量的编程训练，积累对计算机程序设计与计算机仿真的认识。这种程序设计经验式教学培养模型，无助于学生总结并提炼计算科学的学科结构。相反，人们在算法语言与数据结构课程的教学上存在一些模糊认识。例如，算法语言是用一组语法规则与功能约定的一种符号标记系统，它让人们掌握语言的符号约定、功能、特性以及用算法语句描述给定的数学计算与数据处理、逻辑判断等――即其教学主要是完成程序的编码训练，由此形成算法；也为研制该语言的编译系统做铺垫。然而部分算法语言的教科书，只有一些算法验证性应用实例，并把它们等同于计算机程序设计教学，这无助于初学者全面正确地掌握计算机程序设计的基本规律，因为学习算法语言后，他们还是没有数据结构的概念。
数据结构是研究用程序编码的方式，在计算机中有效实现多种类型数据的存储组织（形成线性、非线性、网状结构形式以及静态或动态结构形式的数据存储方法）、存储管理、排序检索与编程效率等任务的一门专业基础课程。数据结构课程有很多计算复杂性的案例，是培训人们掌握编程技巧的一种有效方法。因为编写程序所采用的数据结构往往决定了算法的编码实现方法，更重要的是，CPU是根据保存在内存各处程序代码的逻辑次序、通过逐条读取其指令代码来完成用户指定应用程序（或命令）的执行。如何规划、设计、调度与管理内存的使用，这与数据的调度与管理原理类似，是数据结构讨论的问题之一（常在操作系统课程中介绍解决该问题的方法。数据结构问题本质上属计算机内存的动态、合理使用与管理问题）。而该课程中所谓抽象数据类型，是指在指定的数据集上定义对该数据元素进行多种加工等编程操作方法。这个数据集以及对其数据元素的加工方法（数据集与其加工方法均能递归定义），应来源于人们用数学的方法描述解决实际应用问题这一过程，该主次关系不能颠倒。没有这些数据结构与程序编码等基础训练，初学者很难规划好一个软件的系统功能与结构。
由于传统的算法语言与数据结构课程教学无数学建模（它决定了解决多种应用问题算法的来源）与软件系统的概念，故传统的算法语言与数据结构课程没有讲清程序设计的基本规律。
4.1.3 传统计算机课程存在教学问题
首先，传统计算机图形学课程存在教学问题，现已被本教学改革有效化解。
其次，软件工程课程存在教学效果空洞抽象等困惑。若把新的计算机图形学课程作为软件工程课程的教学实习对象，可以有效解决该教学困惑。由于新的计算机图形学课程可以讲清程序设计的基本规律与计算机仿真的基本原理，这使软件工程课程的教学从理论上能达到软件全生命周期设计的教学目的。
第三，计算机导论与计算机基础课程存在教学困惑。计算机导论应对计算学科发展的全貌作整体介绍，并理顺计算学科与其他学科之间的关系，引导读者根据自己的需求有效选择学习不同的计算机专业知识。由于此前计算机课程存在以上问题，导致历次获国家级奖励的计算机教学改革成果以通过有效载体进入课程教学，致使计算机课程教学体系仍然不够成熟。这往往是行业外人士选修计算机课程的迷惑。因为自牛顿时代以来，用数学的语言描述自然科学取得的新进展，是各自然学科之间相互交流学术思想与成果的通用方法；然而目前其他自然科学工作者学习计算机后，却无法顺利地用计算工具的方法来表达其各自学科建设研究成果的数学模型等。这种计算机课程教学不便于计算机教育与其他自然科学教育进行对等有效的学术交流，并导致计算机基础课程教学出现危机。另计算机教学无计算科学学科结构的概念，即人们没有评判计算机导论教材好坏的客观标准。计算机图形学教学改革取得的新成果――发现计算科学学科结构的客观存在，为重构计算机导论与计算机基础课程提供了重要借鉴。
最后，计算机网络课程存在不足。如该课程介绍网络通信协议较多，却较少介绍网络通信工具的构建与编程使用方法，以及计算机网络通信程序的编程实现，这不利于初学者承担计算机网络计算的重任。
4.2 借鉴计算机图形学的教改成果。归纳计算科学的学科结构
传统计算机核心课程缺少一门计算机的综合运用课程，以总结并提炼计算机程序设计的基本规律与计算机仿真的基本原理。计算机图形学课程可以很好地承担这一重任。有了计算工具的概念与计算机图形学课程后，可以重新分类、归纳已知计算机的多种应用。
成熟的计算机图形学与传统计算机核心课程的教学，使计算科学理论（即计算机的系统理论和专业知识。它需回答：什么能被工具有效地进行自动计算，用什么方法研究该命题并形成哪些结论、成熟的理论与发展方向；满足何种条件的实物装置能实现计算功能，计算装置如何构造实现并使其正常运行、操作使用；可计算性的实现前提是什么，如何用该计算装置实现这种自动计算，如何保证计算结果的正确性和计算装置运行的安全稳定，该计算装置有多强大的计算能力；计算理论与计算机专业各课程的关系等）、工具（算法语言、编译系统、操作系统、计算机系统）与应用（数据存储与检索，数据计算、仿真、符号变换与推理，数据网络通信，数据获取、输出表达与控制即多媒体）3个学科形态得到完整展现。它们是形成计算机专业多个发展方向（如杀毒与网络防火墙、网络存储与查询、网页设计开发工具与网站建设、网络浏览器，即时通信、流媒体与播放器、人工智能与专家系统、计算机嵌入式应用、计算机在通信与自动控制系统中的应用等）与综合（如3D网络游戏）或研发计算机硬件（计算机系统结构与CPU设计、计算机工程）的基础。
因互联网的应用，计算机网络计算有网络理论（在通信理论的支持下，如何可靠、快速、方便、安全地实现计算机信息描述数据的通信；网络计算的理论基础与基本规则是什么，如何利用网络资源进行有效的传输与计算）、网络工具（计算机与互联网、路由器与交换机、调制解调器、Java、html语言、浏览器、Socket、遵循HLA标准的分布式实时仿真工具RTI、网络游戏引擎）与网络应用（如计算机数据通信与监管、电子商务、社交网站、网络游戏、云计算、信息技术与信息系统、物联网、大数据的应用等）。
图1显示了计算科学的学科结构。由计算机仿真的基本原理与可计算性的实现前提，可论证程序设计教学与计算机仿真教学的一致性。
故计算作为一门学科（招生专业）的根据是：①它有自己独立的研究领域。即什么能被有效地用工具进行自动计算以及可靠、安全、快速地传输？②产生专业知识的方法。科学研究与科学思维是产生（创造）多种学科新知识的主要方法，这是研究生阶段的主要学习任务。③由此形成的理论体系与其学科结构。这是本科生学习阶段应掌握的专业知识。④传授知识的法定机构与办学条件。⑤广泛的应用基础。
5 结语
第6篇
关键词：图形实时绘制 自然景物仿真
计算机图形学(ComputerGraphics，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。经过30多年的发展，计算机图形学已成为计算机科学中最为活跃的分支之一，并得到广泛的应用。本文将介绍计算机图形学的研究内容、发展历史，应用和图形学前沿的方向。
1 计算机图形学的发展简史
1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院(MIT)旋风号—(Whirlwind)计算机的附件诞生了。该显示器用一个类似示波的阴极射线管(CRT)来显示一些简单的图形。在整个50年代，只有子管计算机，用机器语言编程，主要应用于科学计算，为这些计算机置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形学处于准备和酝酿时期并称之为：“被动式”图形学。1963年，伊凡•苏泽兰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。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，计算机图形学的建立意义重大。
2 计算机图形学的应用
2.1计算机辅助设计与制造
CAN/CAN是计算机图形学在工业界最广泛，最活跃的应用领域。计算机图形学被用来进行土建工程，机械结构和产品的设计，包括设计飞机、汽车、船舶的外形和发电厂、化工厂等的布局以及电子线路、电子器件等。有时，着眼于产生工程和产品相应结构的精确图形，然而更常用的是对所设计的系统，产品和工程的相关图形进行人—机交互设计和修改，经过反复的选代设计，便可利用结果数据输出零件表、材料单、加工流程和工艺卡，或者数据加工代码的指令。在电子工业中，计算机图形学应用到集成电路、印刷电路板，电子线路和网络分析等方面的优势十分明显。在网络环境下进行异地异构系统的协同设计，已成为CAD领域最热门的课题之一。现代产品设计已不再是一个设计领域内孤立的技术问题，而是综合了产品各个相关领域，相关过程，相关技术资源和相关组织形式的系统化工程。
CAD领域另一个非常重要的研究领域是基于工程图纸的三维形体重建。三维形体重建是从二维信息中提取三维信息，通过对这些信息进行分类，综合等一系列处理，在三维空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体，恢复形体的点、线、面及其拓扑关素，从而实现形体的重建。
2.2科学计算可视化
目前科学计算可视化广泛应用于医学，流体力学，有限元分析，气象分析当中。尤其在医学领域，可视化有着广阔的发展前途。依靠精密机械做脑部手术是目前医学上很热门的课题，而这些技术的实现的基础则是可视化。当我们做脑部手术时，可视化技术技术将医用CT扫描的数据转化成图象，使得医生能够看到并准确的判别病人的体内患处，然后通过碰撞检测一类的技术实现手术效果的反馈，帮助医生成功完成手术。我们利用了可视化技术。天气气象站将大量数据，通过可视化技术转化成形象逼真的图形后，经过仔细的分析就可以清晰的预见几天后的天气情况。
2.3图形实时绘制与自然景物仿真
重现真实世界的场景叫做真实感绘制。真实感绘制主要是模拟真实物体的物理属性，简单的说就是物体的形状，光学性质，表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置，遮挡关系等等。在自然景物仿真这项技术中我们需要过行消除隐藏线及面、明暗效应、颜色模型、纹理、光线跟踪，辐射度等工作。这其中光照和表面属性是最难摸拟的。而且还必须处理物体表面的明暗效应，以便用不同的色彩灰度来增加图形的真实感。自然景物仿真在几何图形、广告影视、指挥控制，科学计算等方面应用范围很广。除了建造计算机可实现的逼真物理模型外，真实感绘制还有一个研究重点是研究加速算法，力求能在最短的时间内绘制出最真实的场景。
2.4计算机动画
随着计算机图形和计算机硬件的不断发展，计算机动画应运而生。事实上动画也只是生成一幅幅静态的图象，但是每一幅都是对前一幅小部分修改，如何修改便是计算机动画的研究内容，这样，当这些连续播放时，整个场景就动起来。
早期的计算机动画灵感来源于传统的卡通片，在生成几幅被称作“关健帧”，连续播放时2个关健帧就被有机的结合起来了。计算机动画内容丰富多彩，生成动画的方法也多种多样，比如基于特征的图象变形，二维形状混合，轴变形方法，三维自由形体变形等。近年来人们普遍将注意力转向基于物理模型的计算机动画生成方法。这是一种崭新的方法，该方法大量运用弹性力学和流体力学的方程进行计算，力求使动画过程体现出最适合真实世界的运动规律。然而要真正到达真实运动是很难的，比如人的行走或跑步，要实现很自然的人走路的画面，计算机方程非常复杂和计算量极大，基于物理模型的计算机动画还有许多内容需要进一步研究。
2.5计算机艺术
用计算机从事艺术创作，计算机图形学除了广泛用于艺术品的制造，如各种图案、花纹及传统的油画、中国国画等。还成功的用来制造广告、动画片甚至电影，其中有的影片还获得了奥斯卡奖。这是电影界最高的殊荣。目前国内外不少人士正在研制人体模拟系统，这使得在不久的将来把历史上早已去世的著名影视明星重新搬上新的影视片成为可能。这是一个传统的艺术家无法实现也不可想象的。
第7篇
关键词：双语教学；专业英语阅读；计算机图形学
计算机图形学一直是我院高年级开设的专业选修课。在我校积极推进双语教学改革，提高学生的英语水平和专业能力的背景下，经过多年努力，我们准备在英语基础较好的计算机工程学院对该门课程实行双语教学的改革与实践。
一、实施双语教学的目标
所谓的双语教学是指教师可以同时使用英语和汉语这两种语言进行授课，而不是只用英语进行讲课，它应该是两种语言的合理的搭配，在讲课中教师应该考虑讲授范围的针对性、对象的理解性、专业知识的主导性，其主要目的不是学习英语，而是为了使学生通过外语这一语言工具学好专业课程，为推广知识面打好基础。专业课双语教学的目标就是致力于如何为学生创造使用外语进行学术思考和语言交流的环境，提升学生应用英语进行工作交流的能力，作为传统英语教学的一种有效补充，为日后走上工作岗位进行科研打下基础。具体而言，在课程开展过程中，学生应逐步适应以下教学方式：英文授课乃至英学术报告，进而参与和主持有英文学术的讨论和辩论；要求学生能准确、全面地理解原版教材内容，流畅地阅读原版专业文献，用英文撰写作业或与专业相关原版文章，在专业教育上保证教学内容的先进性，以求教学内容与国际接轨；双语教学应激发学生双语学习的积极性，开拓学生专业知识面的深度和广度，这就对双语教学的专业课任课教师提出了更高的要求。
二、计算机图形学双语教学的模式
1.选择合适的教材。应根据本专业学科的特点及专业学生水平选择原版教材，合适的、好的教材可以帮助教师学习国外现代的教学理念和借鉴国外先进的教学方法和手段，因此要综合考虑几个方面的因素，如教材内容的新颖，教材是否反映了新的教育思想和与国际接轨的人才培养新体系，是否为该学科专业领域的资深学者所编写，以便使学生及时了解到该门课程及专业领域的新动态。选择原版教材要切合实际，生词量适中，否则会影响阅读效率，甚至于理解率。鉴于我院计算机应用专业的学生实际情况，我们选用了Zhigang Xiang编著的《Computer Graphics with OpenGL》，该书以OpenGL为开发背景，计算机图形学专业词汇丰富，学生从中不但可以学习英文词汇，还可以学到以OpenGL为开发背景的图形知识。
2.制定灵活的大纲和可调的学时。由于使用两种语言授课，且学生接受能力参差不齐，双语教学过程中最好采用交互式授课，教师多与学生交流，以便让学生理解透彻所授内容，这样就难免出现课程进度减缓的情形，教学计划无法准确执行的情况。因此，教学大纲制订得弹性些，教学计划的执行可以灵活些，授课教师可根据课堂教学的实际情况确定向学生讲的内容，有些内容可以多讲些，有些内容可以少讲些，有些内容可以不讲，没有必要照搬，对于学生没有搞清楚的，可以重复讲，但对基础理论和重点内容一定要讲得清清楚楚、透透彻彻，多花费一些课时也是应该的。
3.授课的方式。在专业方向上，考虑到学生间英语水平参差不齐，在讲课时应注意由浅入深，先适当使用较多的中文，之后慢慢地增加英文内容。在教学方面可以采用多种方式：板书、多媒体、专题讨论、大作业、论文等方式。由于计算机图形学是专业选修课程，以学习图形基础知识和图形算法为主，因此教学过程中可以采用多种方法或多种方式，如一些比较专业的术语：简单的内容可以全用英文讲解，复杂的内容可以英文、中文混杂在一起讲解；在算法、原理等核心内容部分可以先用中文讲解，然后用英文对所讲内容进行总结，这样既营造出一个英文的学习环境，又让学生很好地理解本章节的重点。随着学习的深入，可以在课件中加大英文的比率，直到全部使用英文。这样的教学方法不会因为学生外语水平的原因而失去对这门功课的学习兴趣。这就需要任课教师具备很好的授课技巧，在适当的语境中完成专业知识的授业，让学生提高了专业英语水平的同时又学会专业知识。而在一些较难的知识点中，教师需要通过适当的交互方式来帮助学生理解概念，如用中文对话图片、动画等方式，避免由于语言滞后造成学生的思维混乱甚至错误。此外、教师还要不断地补充专业词汇，在课堂上把教材中的词汇、关键概念、基础理论和原理等有针对性地提取出来进行讲解。教师要仔细观察、经常与学生交流、及时捕捉学生的反馈，若发现学生没有很好地掌握所教知识要点，就要用中文及时讲解一下，使学生充分理解，然后再用英文讲一遍。
4.教学方法的改革。“以多媒体教学为主、板书为辅、现场程序演示、网络教学作为常规教学的补充”，多种教学手段，优势互补。针对计算机图形学课程“内容多、学时少”的特点，提出并采用了“金字塔式”教学法；针对计算机图形学课程重在培养学生思维能力的特点，采用了“发现式”教学法；针对计算机图形学课程实践性、应用性强的特点，提出并采用了“四结合式”教学法：教学与科研相结合，算法讲解与程序演示相结合，理论学习与编程实践和图形软件应用相结合，教师课堂知识讲授与学生课外文献阅读相结合。
5.改革考试方式。有效的考核方式对学生学习计算机图形学课程是一个良好的鞭策，高年级学生具备一定的计算机学科知识，对他们的学习应实行多元化的评价方式。以培养团队合作精神、创新精神和实践能力，应考虑对学生学习的考核方式，应从多个部分去进行。针对本课程实践性强、应用性强的特点，为了考查学生对知识综合运用和理论联系实际的能力，采取了阶段考核成绩累计方式，分别从算法设计与编程实践能力、软件应用与创新能力、文献阅读与综述能力和卷面笔试，四个方面来评定学生成绩。
6.改革传统的答疑方式。借助于面向教师的课程网站（http：//class.jmu.省略/C394/Asp/Root/Index.asp）实现全部教学资源上网，实现教师的教学资源的共享，对课程进行统一管理。利用面向学生的在线教学网站（http：//class.jmu.省略/C394/Asp/Root/Index.asp）实现教师的个性化教学，同时为实现资源共享、师生自由讨论提供了一个平台。在保留传统的教师与学生面对面答疑方式的基础上，又增加了网络在线答疑方式，拓展“教”与“学”的空间和时间。
三、双语教学的思考
1.师资队伍。双语教师的师资应兼顾英语和专业水平，双语教学具有很大的难度，双语课程不但要讲好专业课，还要运用好外语，最重要的是，必须将两者都很好的兼顾，因此双语课程的任课教师不是专业水平高或是英文底子好就可以胜任的。双语教师本身应热爱双语教学，能够以最大的热情投入到双语教学中去。同时如何使学生能够接受，如何熟练运用两种语言授课，合理分配两种语言整合知识点，必须成为双语教师对自身的要求。如果双语教师的热情不够，备课不充分，往往会造成投入大收效微的情况。第二、双语教师有一定的教学经验，并在在教学准备环节下一定的功夫，必须有能力把握课堂的进度，有能力根据课堂情况对教学活动做出适当的调整。要有仔细分析所授课程的特点，能够揣摩学生的认知心理，并根据学生的认知过程合理地设计教学活动，在讲课中多与学生交流，并注重观察学生的反馈，能根据课上学生的反馈理解情况及时合理地调整教学方案。这就要求双语型教师必须不断创造环境，使自身同时具备用英文思考和表达专业知识的能力。平时要经常跟读词典，力求发音准确。这些是双语教师自身素质所应具备的。
2.积极探索和寻找有效的双语教学方式。由于学生的水平层次差别较大，教师在采用任何教学方式的时候，都应该把施教对象的接受程度因素考虑到，所以在双语教学推行的初期，不应把双语教学的目标和形式定位太高，一下子推广的课程不要太多，可考虑采用以下几种办法试行：先在部分选修课程或部分英语好的学生中试行，课本可采用中英文对照翻译教材，上课可考虑采用中文或英文讲授，慢慢过渡到原版教材，并逐步增加讲授英语的分量、直至用英文授课与考核，学生数及考核比例。如何构思双语教学中教学过程是非常关键的，它决定了一门双语课程是否真正成功的重要因素。简单地说就是课前先英文回顾，然后给出本次课可能用到的关键词，对于简单的关键词可以用英文描述、讲解，对于重点或难点的关键词可以用中文描述、英文讲解，但最后必须用英文对本次课的主要内容做一个总结。对于学生特别感到困难或困惑的，教师应采用从少到多、从易到难的方法进行，即开始时的几次课教师尽量用少量的专业术语的英文解释和简单过渡性陈述讲清楚主要内容，随着学生对双语形式的适应，慢慢加大英文分量，教师授课时可以采用全英文的课件，但在授课时应注意循序渐进，对于简单的概念和理论可以采用英文解释，对于不太难的算法解释可采用中英文两种语言配合解释，最后逐步过渡到全英文简要介绍新的知识点。
3.调动教师双语教学的积极性。双语授课对授课老师的要求较高，不但要求专业知识，还要要求英语水平较高，特别是口语较好。因此要充分调动教师的双语教学的积极性，学校应给予一些特殊政策，如适当提高授课系数，给予授课教师以一定的进修的机会，以积极、稳妥地推进双语教学的开展。
4.提高学习兴趣。对学生兴趣的培养要最好将双语课程和他们今后职业教育相结合。由于很多学生由于外语差的缘故，对于双语课程的学习与开展有一定的畏难甚至抵触情绪，因此双语课程的开展不要摊得太大，最好能开在选修课程里，可以让学生自由选择，有一定数目的可供选择的双语专业课程，这样可以在一定程度上避免学生外语水平参差不齐的情况，同时又兼顾所希望的专业课程内容，使学生的积极性、参与性都能发挥出来，学习效果得到提高。随着学习的深入，再由少数人带动多数人，逐渐过渡到在整个专业展开。
计算机图形学双语教学改革的目的，不但是为了提高学生的英语水平和专业能力，如掌握计算机图形学的基本概念、理论、原理等，为以后学习相关课程和从事相关研究打下坚实的理论基础，更要注重学生的实践能力和综合能力的培养，如掌握相关开发工具软件如C++、OPENGL等开发图形程序，高年级学生即将走向工作岗位或进一步深造，培养创新实践及如何做研究非常重要。要指导学生完成项目中逐步培养这方面的能力，并在做项目过程中提出具体的要求。评价计算机图形学双语教学效果的最终宗旨是提高学生的创新精神和培养学生的实践能力，以求真正达到面向世界、面向现代化的目标。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.关于印发《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》的通知（教高[2001]4号）[M].北京师范大学出版社，2001.
第8篇
Abstract: The simulation of plant morphology has been the focus of computer graphics. Virtual forest environment is virtual reality technology combined with cartoon industry of new research field, the construction of complex forest object, expression and analysis of complex forest growth rule for animation industry research provides a new platform. This paper based on vegetation growth rule, and realize the platform for cartoon game model of virtual forest. And biological evolution by natural selection mechanism of plant species, from the start, using genetic algorithm simulation virtual forest competition between individual plants, reflect the relationship between natural selection rules, to a certain extent in the past, reproduce virtual forest inversion of reality, the prediction of the future.
关键词: 虚拟森林;环境模拟;遗传算法;L系统;二叉树
Key words: virtual trees;environmental simulation;genetic algorithm;L system;binary tree
中图分类号:TP34文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)28-0155-02
1概述
虚拟森林环境(Virtual Forest Environments, VFE)是虚拟现实技术在林业科学上的应用实践,它以林业空间数据为依托,以虚拟现实技术为特征,构建森林对象,表达及分析复杂的森林现象,这种不同与以往二维图形的表达方式诱发了三维可视化的新方法,新思想,新发展。虚拟森林环境是一个可进行森林实验的虚拟工作室或人与人交流研讨、协同工作的媒介平台,在虚拟森林环境中可以做定性与定量的综合分析,解决复杂森林管理规划问题、科学地协同决策。虚拟森林环境可用于对现实世界的森林数据进行模拟、分析、解释、预测等,帮助理解复杂的森林生长现象,支持林业规划、决策和调控。因此,面向林业的虚拟森林环境的研究,是一个十分复杂而迫切需要解决的问题,它将为林业建设提供一个广泛而形象化的信息处理环境及支撑工具,为专家提供林业决策的新平台,有效推动森林资源的合理保护和营林生产等林业各个环节的信息化进程,进而提高林业管理的现代化水平,促进资源、环境、社会、经济的可持续发展问题的讨论,具有重要的理论和现实意义。
地球表面上只要有植物生活所必须的环境条件就会有植物聚集生长并形成种群。植物种群的基本特征是植物与植物,植物与环境之间的相互关系。植物种群是植物群落的基本单元,具有以下三个基本特征:①空间特征:种群具有一定的分布区域、分布形式和空间等级结构;②数量特征:种群在单位面积上(空间内)有一定的个体数量,并将随时间而发生变化;③遗传特征:种群有特定的基因构成,种群内的所有个体具有一个共同的基因库,基因频率具有空间分布型,并随时间而进化。
虚拟森林环境中的研究重点是对植物种群的研究,最终是要说明植物种群的动态分化与适应过程。然而,虚拟自然景物技术发展到今天,构造虚拟植物的模型已经很多,但多数都侧重于图形学方面,主要研究对象在某一时刻的具体形态。本文受达尔文生物进化论思想启发,借鉴生物界自然选择和进化机制,从植物种群着手,利用遗传算法构造了虚拟植物模拟器,为实现虚拟森林中植物个体间优胜劣汰的竞争关系提供实现手段,在一定程度上实现虚拟森林反演过去,再现现实,预测未来的动态功能。
2模拟与实现
在为虚拟植物建模时,本文使用了基于二叉树的L系统,该方法的特点是在L系统文法生成初期就已经体现了节点之间的上下文关系,并且在内部生长因子和外部环境因子的共同作用下,将枝干的粗度、偏转角度、长度、出芽点个数等信息存储在相关结点中。二叉树的建立是从顶向下递增完成的,需要遍历生长状态对应的字符串。该算法的创新在于各个状态节点之间的逻辑关系在L系统建立时就已经存在,结点与其相邻的结点间存在着上下文的关系,这种新型的基于二叉树的L系统结构在描述环境敏感型虚拟植物方便有效。枝条弯曲的模拟对于形象地模拟植物的形态很重要。弯曲模拟一般用参数曲线拟合的方法来模拟枝条的弯曲。该方法虽然能模拟各种枝条的弯曲,但需要对枝条弯曲形状做大量测量,通过统计数据得出曲线控制参数。这种方法不适合模拟植物生长的过程。本文通过分析枝干的受力情况,确定分枝偏转的角度。分枝的空间位置体现了枝条受重力作用表现出的屈地性以及受光照影响表现出的向光性。使得不同生长长度和不同生长位置的枝条弯曲的程度不相同。因此建立了基于环境敏感型植物的虚拟森林模型。该模型包括了虚拟植物模型、虚拟植物模拟器、环境模拟器、环境模型和环境因子(阳光、温度等)。该模型从宏观和微观两个方面来实现虚拟植物与环境之间的交互。宏观方面,虚拟植物和环境之间存在交互,环境因子作用于虚拟植物的生长模拟,当环境变化后,植物个体需要改变其形态来适应环境的变化;微观方面是从植物生态属性出发,利用遗传算法通过改变植物的基因片段体现虚拟森林环境下种群中植物个体之间的竞争关系,模拟自然界中的优胜劣汰的选择规律。该模型的提出使得环境敏感型植物的模拟更加真实自然,有效地反映出植物之间的竞争关系,在一定程度上实现了虚拟森林环境反演过去、再现现实、预测未来的功能。
3总结与展望
植物是自然场景的重要组成部分,在虚拟现实/环境、计算机动画与仿真中,植物模型的精细程度和外观效果直接影响室外场景的真实感。因此,植物的建模表示与真实感绘制一直是计算机图形学领域研究的热点和难点之一。随着计算机硬件和软件系统的飞速发展,特别是可编程图形卡及相应编程语言的功能日益完善和强大,人们开始考虑动态自然场景的真实感绘制问题;另一方面,数字娱乐与媒体如影视特效、视频游戏等也迫切希望图形学提供有效、快捷的算法来处理动态变化的室外场景,并在获得更为逼真的动态效果的同时加快制作工序并节省成本。注意到植物形态各异、结构复杂,其生长和运动蕴含着错综复杂的物理和生物学规律与机理。因此,在保证一定的形态真实感的前提下,构造合适的物理模型和生物学模型,加速模拟计算,以便最大限度获得运动或变化真实感显得颇为重要。本文基于物理和生物学原理,从植物的表达模型出发,研究植物的动力学模拟与生长模拟,力求在形态真实感、运动真实感以及效率之间取得较好的平衡,以满足相关应用的需求。
参考文献:
[1]舒娱琴.基于林分生长规律的虚拟森林环境的构建研究[D].武汉:武汉大学博士论文,2004.
[2]邵国凡,赵士洞,舒噶特.森林动态模拟― 兼论红松林的优化经营[M].北京:中国林业出版社,1995.
[3]陈昭炯.基于L-系统的植物结构形态模拟方法[J].计算机辅助设计与图形学学报,2000,12(8):571- 574.
[4]Hutchinson J. Fractals and self-similarity. University Journal of Mathematics, 1981, 30 (1):713-747.
[5]张帆.虚拟场景中的自然景观模拟[D].南京:南京理工大学硕士学位论文,2006.
[6]肯尼思・法尔科内,曾文曲,刘世耀,戴连贯等译.分形几何――数学基础及其应用[M].沈阳:东北大学出版社,1991:41-77.
第9篇
关键词：计算机图形系统；功能；应用
中图分类号：F49文献标识码：A
由于计算机图形系统的广阔应用领域和前景，使得我们不得不花更多精力和时间来研究这门技术。本文简单介绍了计算机图形系统的概念和发展概况，重点论述了计算机图形系统的功能与应用问题。希望与相关学科的学者、专家共同探讨。
一、计算机图形系统概述
1、概念。计算机图形系统是基于计算机技术的应用系统，由软件系统、硬件系统和人员组成。其中，软件是计算机图形系统的核心，硬件系统为软件正常运行提供了基础保障和运行平台；计算机图形系统是一个辅助工具，系统的运行离不开系统使用人员及其智力活动。
2、历史发展。上世纪五十年代，第一台具有指挥和控制功能的CRT（阴极射线管）显示器诞生，利用该显示器，使用者可以用光笔进行简单的图形交互操作，这标志着交互式计算机图形处理技术的诞生。六十年代是交互式计算机图形学发展的重要时期。1962年MIT林肯实验室的Ivan E.Sutherland在其博士论文中，首次提出了“计算机图形学”这个术语，他开发的Sketchpad图形软件包可以实现在计算机屏幕上进行图形显示与修改的交互操作。在此基础上，美国的一些大公司和实验室开展了对计算机图形学的大规模研究。七十年代，交互式计算机图形处理技术日趋成熟，计算机绘图技术也得到了广泛的应用，基于电视技术的光栅扫描显示器的出现，这些都极大地推动了计算机图形学的发展。再之后，有关的图形标准被相继推出，如计算机图形接口、图形核心系统、程序员层次交互式图形系统，以及初始图形交换规范、产品模型数据转换标准等。
二、计算机图形系统的功能
随着计算机硬件功能的不断提高、系统软件的不断完善，计算机绘图已广泛应用于各个相关领域，并发挥愈来愈大的作用。计算机图形系统功能强大，主要有计算功能、存储功能、输入功能、输出功能和交互功能等。
1、计算功能。计算机图形系统的计算功能包括形的描述、分析和设计；图形的平移、旋转、投影、透视等几何变换；曲线、曲面的生成；图形之间相互关系的检测等。
2、存储功能。在计算机图形系统中图形数据库可以存放各种图形的几何数据及图形之间的相互关系，并可以快捷便利地实现对图形的编辑、删除、增加、修改等操作。
3、输出功能和输入功能。在计算机图形系统中图形数据经过计算后可在显示器上显示当前的状态，经过图形编辑后的结果，同时还能通过绘图仪、打印机、一体机等设备实现输出，以便长期保存。
4、交互功能。设计人员可通过显示器或其他人机交互设备直接进行人机通信，对计算结果和图形利用定位，拾取等手段进行修改，同时对设计者或操作员输入的错误给以必要的提示和帮助。
5、算法生成。计算机图形系统所涉及的算法是非常丰富的，围绕着生成、表示物体的图形、图像的准确性、真实性和实时性，其算法大致可分为以下几类：基于图形设备的基本图形元素的生成算法；基本图形元素的几何变换、投影变换、窗口裁剪等算法；山、水、花、草、烟云等模糊景物的生成算法；三维或高维数据场的可视化算法；虚拟现实环境的生成及其控制算法。
三、计算机图形系统的应用
随着计算机技术的快速发展以及计算机图形系统的不断更新和图形软件功能的不断扩充，使得计算机图形系统中计算机硬件功能的不断增强和系统软件不断完善，计算机图形系统在近年得到了愈来愈广泛的应用。目前，主要的应用领域有：用户接口；计算机辅助设计与制造；科学、技术及事务管理中的交互绘图；绘制勘探，测量图形；过程控制及系统环境模拟；电子印刷及办公室自动化；艺术模拟；科学计算的可视化；工业模拟，一个十分大的应用领域，包含对各种机构的运动模拟和静，动态装配模拟，在产品和工程的设计、数控加工等领域迫切需要；计算机辅助教学，计算机图形系统已广泛应用于计算机辅助教学系统中，通过它可以使教学过程更加形象、直观、生动，可以极大地提高学生的学习兴趣和教学效果。
计算机图形系统的应用领域还有许多其他的领域，追溯计算机图形系统的起源，计算机图形系统技术自开始出现起就与动画制作、影视广告、造船、汽车制造、电子、机械、土建工程、园艺建筑、地理信息、轻纺化工等各个领域和行业紧密结合。
第10篇
毕业设计（论文）开题报告（含文献综述、外文翻译）
题 目 XXXXXXXXXX（题目名与文本二一致）
姓 名 李小明
学 号
专业班级 07机械电子工程1班
指导教师 赵子龙
分 院 机电与能源工程分院
开题日期 20xx年2月27日
文献综述
文献综述题目（三号黑体，居中，1.5倍行距，段后0.5行）
1. 一级标题（黑体小三，左对齐，1.5倍行距）
1.1 二级标题（二级标题，黑体四号，左对齐，1.5倍行距）
1.1.1 三级标题（三级标题，宋体小四号加粗，左对齐，1.5倍行距）
正文汉字字体、字号：小四号宋体。艺术设计专业字数不少于2500字，其他专业不少于3000字。具体内容详见毕业设计（论文）工作手册P2。
外文、数字等符号：字号与同行汉字相同，用Times New Roman 字。 行间距1.5倍行距，段前空2格，段间距为0。
参考文献必须在正文中引用，用[2]作为上标标出，但不能标在章节标题上。 图：正文中图用“图1”的编号，数字为文献综述内序号，正文中明示图号，如：“如图1所示”或“见图1”。
图题：图号与图名间空1格，全文必须统一。
公式：公式用“(1)”编号，公式单行排版，一般不与文字混排，公式编号要求右对齐，公式的括号为半角括号，公式采用公式编辑器编写
如果对公式中符号右解释，则应在公式后紧跟：
式中：（左对齐）
Li——XXXXXXX；
Lj——XXXXXXX；
——XXXXXXX。（破折号要对齐，多个解释时，除最后一个是句号，其余为Lk分号。）
子公式可以不编单独序号，需要引用时可以加编a、b、c等，如(2a)。 公式编号必须连续，不得重复和跳跃。
文中引用公式时用“式(2)”或“由式(2)可见”
表：表用“表1”的编号，数字为文献综述序号。正文中明示表号，如：“如
表1所示”或“见表1”。表格左右外边缘线隐去，上下表格外边缘用粗实线，内部表格线用细实线，表内数据和字母用Times New Roman字，表内文字为宋体。表内文字和数据字体不超过小四，表头文字字体不小于表内文字字体。1个表格有几页，则每页表格单独，表号前写续，如续表1.1。表格行宽和列宽要适中，不宜太宽。
表题：表号置于表题前，空2格，标题用5号宋体，居中，1.5倍行距。
1.1.2 三级标题（三级标题，宋体小四号加粗，左对齐，1.5倍行距）正文汉字字体、字号：小四号宋体。外文、数字等符号：字号与同行汉字相同，用Times New Roman 字。行间距1.5倍行距，段前空2格，段间距为0。
1.2 二级标题（二级标题，黑体小三，左对齐，1.5倍行距）
1.2.1 三级标题（三级标题，宋体小四号加粗，左对齐，1.5倍行距）正文汉字字体、字号：小四号宋体。外文、数字等符号：字号与同行汉字相同，用Times New Roman 字。行间距1.5倍行距，段前空2格，段间距为0。
2. 一级标题（黑体小三，左对齐，1.5倍行距）正文汉字字体、字号：小四号宋体。
2.1 二级标题（二级标题，黑体小三，左对齐，1.5倍行距）正文汉字字体、字号：小四号宋体。
2.1.1 三级标题（三级标题，宋体小四号加粗，左对齐，1.5倍行距）正文汉字字体、字号：小四号宋体。
2.1.2 三级标题（三级标题，宋体小四号加粗，左对齐，1.5倍行距）正文汉字字体、字号：小四号宋体。
以下以此类推
参考文献（格式同一级标题，参考文献与正文之间不分页）
[1] 孙家广. 计算机图形学[M]. 北京：清华大学出版社，1995. 26～28.
[2] GB/T 16159-1996，汉语拼音正词法基本规则[S]. 北京：中国标准出版社，1996
（格式同正文，但必须左对齐，首行不缩进）
注：参考文献按正文中引用前后次序排列，参考文献必须是在正文中引用的，否则不能列入。按要求必须10篇以上参考文献，且有2篇以上外文文献。
常用参考文献的书写格式如下：
用大写字母标识个参考文献的类型。书籍M，论文集C，报纸文章N，期刊文章J，学位论文D，报告R，国际、国家标准S，专利P。电子文献类型：数据库DB，计算机程序CP，电子公告EB。
（1）书籍
[序号] 著者.书名[M]. 版次（第一版应省略）.出版地：出版者，出版年份：起止页码.
（2）期刊
[序号] 作者. 题目[J]. 期刊名称，出版年份，卷号（期号）：起止页码.
（3）学位论文
[序号] 作者. 题名[D]. 保存地：保存单位，年份.
（4）论文集
[序号] 著者.题名[C]. 编著.论文集名. 出版地：出版者，出版年份：起止页码.
（5）专利文献
[序号] 专利所有者. 专利题名[P]. 专利国别：专利号，日期.
（6）国际国家标准
[序号] 标准代号，标准名称[S]. 出版地：出版者，出版年份.
（7）电子文献
[序号] 作者. 电子文献题名[EB/OL即电子文献类型/载体类型]. 电子文献的出版者或可获得地址，发表或更新日期/引用日期（任选）.
（8）科技报告格式
[序号] 作者.题名[R]. 报告题目及编号. 出版年份.
（9）示例
[1] 孙家广. 计算机图形学[M]. 北京：清华大学出版社，1995. 26～28.
[2] GB/T 16159-1996，汉语拼音正词法基本规则[S]. 北京：中国标准出版社，1996.
[3] 刘东甲.不均匀土中缺陷桩的轴向动力响应[J]. 岩土工程学报，2002，22(4)：391～395.
第11篇
【关键词】：数字技术建筑信息模型（BIM） 建筑教育体系改革
中途分类号： G642文献标识码：A文章编号：
1.前言
一提到建筑数字技术教育，首先想到的可能是一系列的软件，除了传统的AutoCAD，3Dmax，Sketchup等，还有基于建筑信息模型BIM技术的Revit 等，另外擅长曲面造型的Rhino，诚然，这些软件的教学能让学生掌握更多表达建筑的方法或提供更好的建筑设计的思考途径，但是由于在教学过程中大多侧重软件使用方面的讲授，忽视了与设计课的结合，同时其他专业基础课与设计课在数字技术的衔接方面也不成体系，因此很难达到预期的效果。在2007年全国高等学校建筑院系建筑数字技术教学研讨会上提出的改革思路的一个重要方面就是将建筑数字技术课程与建筑设计教学结合起来，原本专业基础课程的学习就应该服务于设计课，更好的将个专业基础课与设计课达到无缝衔接的程度才是建筑学专业教学的目的。数字技术的应用是渗透到整个建筑行业中的，因此建筑学专业教学体系应抓住数字技术革新的契机，对各个课程的教学内容和教学方法做出相应的改革，建立更紧密围绕设计课为主的教学体系，让学生更加适应数字时代的到来！
2.建筑数字技术教学改革的现状
随着计算机、网络、数字技术的发展，给建筑教学带来了翻天覆地的变化。首先，网络让教学交流更容易。比如，班级一般都建有QQ群，任课老师经常被邀请加入群里，讨论作业、设计等，在更轻松、平等的网络氛围下的师生交流更愉快，教学效果更好。此外，学生还把作业放到ABBS等建筑论坛上请求点评，在论坛上经常会碰到名师还有设计经验丰富的建筑师，学生反映收获很大。除了增进与老师的交流以外，学生与其他院校的同学交流也增多了，通过网络他们了解了其他院校的同学都在学什么，怎么学，而且同龄人之间交流学习心得的效果比老师在课堂上反复强调要好。其次，实现了多媒体教学普及和精品课程资源共享。一般理论课教学都利用了多媒体教室，老师通过图片、三维动画、视频资料辅助教学，学生更容易接收。更重要的是多媒体教学也让精品课程库的建立成为可能，让不少一般院校的学生也能通过精品课程库享受到优质教学资源，对提高老师的教学质量也有很大的帮助。最后，三维软件的学习，增强了学生的空间思维和创新能力。绝大多数院校在大一下学期安排Sketchup软件的教学，然后在接下来的设计课中马上利用Sketchup建模并推敲方案，学生普遍都表现出比用手工模型推敲方案更高的热情，他们对方案中内部空间的布置和外部环境的营造以及对建筑的材质、颜色的推敲显得更细致入微。此外，几乎所有重点高校，如清华大学、重庆大学、同济大学等，以及部分普通高校，如湖北工业大学、河南工业大学，他们进行了数字技术教育改革的脚步较早，除了Sketchup，他们更安排了Revit、Rhino等三维软件的教学或专题讲座，让不少学生使用Grasshopper体验了参数化设计这种全新的设计思维，大大开阔了空间设计的思路创新。
3.建筑数字技术教学改革中存在的问题
建筑数字教学改革中存在的最重要的问题就是与设计课结合的不紧密。主要表现在以下两个方面，第一，虽然在建筑数字教学中增加了大量的课时，但是大多普通院校主要用于讲授新的软件的使用方法，对数字建筑本身的意义和重要性对学生交待的不清楚，最后学生把兴趣放在软件的学习上，激动于软件带来的感官刺激，比如用rhino创建的自由形体让学生激动不已，导致过分强调外部造型而忽视了设计最本质的东西比如空间的组合。目前除了一少部分院校开始讲授基于BIM技术的Revit 以外，大部分院校三维软件教学以讲授Sketchup和3DMax为主，其它软件推荐学生自学，因此有的学生在草图构思阶段也会受到软件的限制，比如草图大师不擅长曲面，学生在构思阶段有意避开曲线构图，或有想法也坚持不到最后。其实数字技术对设计的影响之大远远超出我们现在可以想象到的。比如在2011年CAADRIA（亚洲计算机辅助建筑设计协会）年会上SASADA奖最佳论文奖的冠军奖励给一个使用弯曲传感器和记忆合金实现现实中的织物曲面形态和计算机中的曲面模型之间互动的研究，它使得建筑师对曲面形态的创作可以脱离计算机图形界面而在物理世界中进行。
第二，专业理论课的教育对数字技术的反应太慢。正如建筑业对科技的反应比其它专业如机械、航天、导弹等等专业都慢很多一样，专业理论课对设计课的支持也总是慢一拍。三维建模出现后，特别是基于建筑信息模型的软件出现后，还有不少学生甚至老师还认为那只是类似或比3DMax高级的三维软件，并没有意识到BIM模型可以应用于整个建筑周期，从方案设计到施工图设计，并整合结构、机电等，再到施工、物业管理等阶段都有用武之地。比如Revit和ArchiCAD等三维软件建立的模型或组件可以用于建筑构造课程，从整体到局部到节点构造均有比较精细的组件模型，而且利用这些软件进行理论课的教学让学生倍感亲切，和设计联系的也愈加紧密。又如Ecotect软件本来可以提供很好的对建筑物理环境声、光、热全面分析，但大多数学生面对大量的数据设定望而生畏，然而，如果在建筑物理理论课的教学中在声、光、热三方面分别以小例子来讲解相应的使用方法和分析途径，学生也会对建筑物理这门本来比较难又略显枯燥的课程更感兴趣。因此在理论课上及时利用或补充数字技术方面的相关知识并与设计结合讲解可能是数字技术带给建筑教育课程体系的一个契机。
。4.建筑数字技术教学改革的探讨
建筑学教育本来就是一个完整的体系，被人为的分成若干课程，最终通过设计课程来实现知识的整合。数字技术的发展特别是BIM技术，为学科的整合方式带来的新的契机，通过BIM技术构建一些历史的、现代的、著名建筑模型，并建立一个基础数据库，这个库可以提供给各个课程分别引用，并根据知识侧重点不同增添新的信息，然后成为这门课程的模型数据库。因此借助数字技术的手段推动建筑学教育体系中知识的整合度，让学生将各课程所学融会贯通于设计课程应该成为数字计算教学改革的重点。具体来讲数字技术与各门课程之间的整合构想如下。
4.1数字技术与计算机辅助设计课的整合
大多院校虽然开设计算机辅助设计课已经有十多年历史了，但通常把计算机作为绘图工具取代手工绘图，充其量达到“无纸化设计”的程度。近几年来受大量外来数字建筑作品的冲击，国内建筑师开始从创作思维层面上利用数字技术，重点建筑院校也开始探讨数字技术教学改革的新模式。而要从创作思维层次上利用数字技术必须有有计算机图形学的基本知识，但对于建筑学专业学生来说，基本的图形学算法已经令人望而生畏，更不用说参数化设计这类需要总结设计的生成规则并转化成算法的，更是让人举步维艰。但清华大学已迈出了第一步，开设了计算机图形学课程，在参数化设计课题上做出不少有益的探索。因此普通院校在开设计算机图形学课有难度的情况下，在计算机辅助设计课中增加相关的计算机图形学知识是可行的。
4.2数字技术与建筑历史课的整合
建筑历史课教学宜从古建筑制式的介绍和现代建筑的数字设计方法两个层次来结合数字技术。第一，利用数字技术建立古建筑模型库，特别是基于BIM技术的三维模型。比如我国古代木结构建筑都有严格的等级划分，而划分的规律多以柱径尺寸或斗拱中斗口的尺寸来控制，通过参数化设计，整个古建筑木结构模型一目了然，而且模型中各个部件均可以添加名称和细部尺寸信息，学生只需更改参数即可查询各种等级不同制式的古建筑，而且构件名称、尺寸以及安装方法等信息均可查询。虽然很多学校在这方面都做了不少有益的探索，但是，如果能够在常用软件中有准确的三维模型，那将对历史教学和设计课程的有机结合有很大帮助。另一方面，将数字技术的发展现状作为教学内容。如果在介绍现代建筑时，结合其使用的数字技术进行分析，将在提高建筑历史课的学习热情同时开拓学生创新思维能力。
4.3数字技术与建筑构造课的整合
建筑构造课教学宜从构造节点信息和建造方法两方面结合数字技术。一方面，利用通过BIM技术建立的模型库添加细部信息，比如楼板、复合墙体、防水层的构造信息。这样学生可以方便查询，毕竟学校不可能在构造实验室把所有的构造节点收集齐全。但是模型库可以通用，构造节点只需在原有数据库的基础上添加详细的节点信息。另一方面，可尝试整合相关的CAM知识作为教学内容。因为学生在感叹独特的空间曲面造型的同时往往会有疑问这样的造型怎么做。CAM是计算机辅助建造的缩写，在汽车和航空领域的应用广阔，目前建筑业也有应用的实例。如ONL设计的IWEB项目，一个类似太空飞船的造型，从设计到构件生产建造到施工组装完全用三维数字技术，建立了从三维设计到钢材制造的直接联系。如果学生对空间曲面造型的构造更清晰会增加他们利用数字技术设计的信心。
4.4数字技术与建筑物理课的整合
建筑物理课教学应该补充讲授如何利用数字技术进行各种物理环境的分析。学生提到物理课往往比较头疼的，因为目前的教育侧重概念介绍和计算，真正能运用于设计中的一般就是一些定性的知识。但如果利用数字技术对物理环境做足分析，可以为方案提供强有力的数据支持。对于如草图大师上的日照分析，学生都非常乐意运用，但对于如Ecotect等专业分析软件，大多数院校的学生都苦于自学难度很大，面对大量物理数据的设定无从下手，而且对分析结果如何指导设计改进也充满困惑。在这方面，重庆大学已经做了不少探索，而且在新编的建筑物理教材中增加了Ecotect应用部分，为教学提供很大的方便。因此，结合设计案例讲解软件的使用方法，以及通过分析结果改进设计方案的手段是有必要的。
4.5数字技术与建筑设计课的整合
建筑设计课教学既要鼓励学生在设计中运用所学的新软件，还要提醒他们不要被软件左右设计思想。近几年“非线性设计”、“建筑设计生成法”、“参数化设计”新的概念层出不穷，学生一边向往这些新概念带来的视觉冲击，一边又害怕困难，没有把握去尝试，往往放弃或半途而废。设计课上老师应该鼓励学生在大学设计课程中至少做一个非线性设计的方案，课堂上对于想法很好，但建模有困难的同学可以做一部分示范，帮助他建立一部分模型，正如建筑表现课上给学生做示范一样。这方面，东南大学、清华大学、同济大学都开始了教育改革实践取得了相当喜人的成绩。但对于有些软件基础好的学生，他们虽然能很快结合设计，但容易沉迷于软件带来的新奇造型，欲罢不能，反而忘记了设计的本质，对他们则应正确引导，提醒数字技术是工具，要为设计服务而不是成为它的奴隶。
5.结语
总之，无论对于走在改革前列的重点院校,还是正准备迈出改革步伐的普通院校,要实现各课程之间的整合工作量相当大，教师培训、教材编写都需要付出大量心血，但是，借助数字技术的改革推动建筑学教育体系的整合是必然趋势，随着数字技术的发展，建筑教育体系必将同步发展、与时俱进。
参考文献
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第12篇
论文摘要：本文在技术后现代性的视野下把数码画的技术分为两个层次，即艺术家自身的技艺和机器的技术系统，由于数码画迥异于传统绘画的机械性特点，本文重点阐述了与数码画相关的机器的技术系统，并对数码画的技术类型进行了限定。
就本体而言，任何一个画种都包括技术和艺术两个方面，所谓数码画艺术就是一门借助于数码技术手段进行绘画创作的艺术。然而与数码画相关的技术到底有哪些，传统绘画的技术、机械复制的动画技术与数码画的技术关系如何?目前理论界尚没有做出明确和系统的回答，对于这一问题的回答直接关系到什么是数码画以及数码画所涵盖的艺术类型究竟有哪些。本文重点从后现代性技术视野下对数码画的技术展开阐述。
一、后现代性技术与数码画的技术限定
界定数码画首先要对数码画艺术中的技术因素进行界定，这一技术有别于传统绘画的前现代技术，机械复制的现代技术，我们把它定位在后现代性技术。在西方的艺术史长河中，技术因素是直到现代社会才充分重视起来的。
在现代之前，由于生产力落后，和艺术相关的技术发展水平也一直比较低，所以在思想家的眼中艺术的本质更多地是和历史、理念、精神、信仰等因素结合在一起。而人类进人现代社会以后，飞速发展的科学技术对艺术产生了重大影响，艺术品从制作、传播到接受都发生了本质变化。
技术，尤其是现代科学技术能从形式和内容两个方面对艺术产生巨大影响，关于此，德国思想家瓦尔特.本雅明的理论尤其值得重视，哈佛大学的学者林赛·沃特斯这样概括本雅明的理论:“艺术作品中没有一个突然出现并能够解决一切难题的艺术创造者;相反，那儿却有一个机器，它与人一起创造了如电影和摇滚乐等一些思想高超的人宁愿其流产的艺术形式。这其中，隐含的话语是有一种技术(那是代表机器的技术)参与了艺术品的创作，由此可以看出，艺术中的技术自此分为两个层次，一是以人的“肉体”为基础的“技艺”，即艺术家制作艺术品的技能二是以机器为基础的“技术系统”，前者是主体所具备的技能技巧，后者是指人类社会发明的机器所构成的系统，这个系统可以帮助人们扩张自己的技能技巧，它是独立于艺术品和艺术家的技术体系。后者是在前者的基础上被发展起来的(其发展的动力就是科技进步)。或者说被“科学化”的技艺构成了数码画的技术系统。应该说，数码画技术的这两种含义是统一的，因为技术系统的功能应该是人类自身技艺的延续和拓展，就像麦克卢汉所说的，技术是人的延伸，人是技术的主人。因此在技术现代性的背景下，数码画的技术已非传统绘画的“肉体技艺”，而是包含了“机器的技术系统”。该系统包含了现代的机械复制技术系统以及后现代的数字仿真技术系统，本文论述的重点不是前现代的“肉体技艺”，也不是现代的机械复制技术而是与数码画相关后现代的计算机的技术，它涉及到数码画的创作、传播与接受环节。这些技术主要分为三大类，一是数码画的制作(生产)技术，包括类传统绘画技术(非真实渲染静态作品的技术)、三维技术、动画技术等二是数码画的传播技术(网络等技术);三是数码画的接受技术(多媒体互动技术等)。
生产数码画的技术，数码画技术的核心是其创作(制作、生产)技术，即数码画的创作者在创作数码画时使用的技术，它能够直接造成数码画的独特艺术形式及类型。它实际上包含了接受环节与大众互动的技术以及在创作环节与其他画家或大众互动的技术，在创作数码画的时候同样也要考虑到数码画的传播环节与接受环节对数码画创作技术上的限制。
1.非真实渲染静态作品的技术
计算机科学的迅速发展对人类的艺术活动产生了广泛而深刻的影响，提出了许多新的命题和挑战。在视觉艺术领域数字艺术迅速成长和壮大，渐渐成为主流的艺术形态。数字艺术以崭新的理念和多样的形式向我们展示了它的迷人魅力，但是我们也惊奇地发现，在数字图形图像的研究和表现领域还存在着一种以模拟传统绘画风格为目标的技术和艺术，它在满足艺术应用领域需要的同时，也体现了人们对传统艺术的留恋之情。对传统绘画的数字仿真，专业名称叫“非真实渲染”，又叫“非照片真实感绘制”，顾名思义，是“指利用计算机生成不具有照片般真实感，而具有传统手绘风格的图形的技术。非真实渲染以模拟传统绘画效果作为自己的目标，很自然的我们就会想将它与传统艺术进行比较，非真实渲染和传统手绘都是在二维平面上以点、线、面等造型元素构成的一种艺术形式，因而所呈现出来的视觉特征总体来说是一致的，而且，非真实渲染就是把模拟传统手绘的效果作为自己的根本任务，传统绘画的艺术效果正是非真实渲染技术所孜孜以求的。
2.基于三维建模的模拟绘画技术
传统绘画中由于透视规律的发现大师们创作出了在二维平面中描绘深度空间的杰出作品，数码画中的三维技术则虚拟性的统摄下创造了类似雕塑圆雕的全方位的空间效果，就是说我们可以从任何一个角度欣赏数码画，这进一步拓展了绘画表现的空间，三维技术是数码画的一项主要专业技术，应用三维软件建模后再导入绘画软件，可以在三维的空间中实现模拟绘画的效果，或者在三维软件建模后直接渲染出绘画效果，目前在创建的三维模型上可以渲染出国画等画种的效果，至于渲染的其他更多更好的绘画效果有待于软件师和画家们的共同努力。
3.计算机动画技术
计算机动画技术是指使画面由单纯的静止状态流动起来的的技术，包括二维、三维技术，一般来说，按电脑软件在动画制作中的分类，电脑动画有电脑辅助动画和造型动画两种。电脑辅助动画属于二维动画，造型动画属于三维动画。电脑动画的产生大致有这样几个程序:(1)关键帧(原画)的产生;(2)中间画的生成;(3)分层制作合成;(4)着色;(5)预演。传统的数字动画就是静图的连续播放，而新的动画技术允许通过各种特殊的插值技术产生动画系列，Flash动画甚至允许用户互动，动画给数码画带来了新的有别于传统绘画的面貌，数码画不仅需要动，而且动的技术是数码画的核心技术之一。
4.计算机图形图像处理技术
数码画的素材可以包括数码化的传统绘画，也可以包括利用计算机软件直接绘制的图画。在创作的过程中这些素材都可以运用计算机图形图像处理技术进行处理和重新布局。一般意义上，照片和电视扫描片等现有图片的修改或解释称为图像处理(image processing )。尽管在计算机图形学和图像处理中所使用的技术有所重叠，但两种领域着重于不同的操作。计算机图形学中，计算机用来生成图形;而图形处理技术用来改善图片质量、分析图像或为机器人应用识别可视图案。然而，图像处理技术经常应用于计算机图形学，计算机图形学的方法也频繁应用于图像处理。数码画的生成和修改(包括构图)都经常应用到这种技术。这也是数码画与传统绘画的区别，就是说数码画不一定是“画的”或者说“绘的”，它可以是运用计算机图形图像处理技术生成处理出来的，目前这一技术广泛应用于数码画制作之中。
5.基于创作的互动技术及基于创作在接受环节的互动技术
(1).媒介的发展导致了媒介的革命。艺术家的艺术作品就伴随着媒介的发展而改变，采用新的表现载体，不断地刺激人类的视觉感官，挖掘人类的主观能动性。信息社会最大的科技革命就是人类对信息的接受从被动转变为主动，所以艺术创作主体、客体与创作对象之间的关系也发生了巨大的转变。艺术对象既可以是欣赏者，又可以直接参与到艺术创作之中，成为艺术创作的主体。这就需要在创作环节互动技术的支撑，艺术家和观众可以通过网络在创作上进行互动，艺术家必须预先考虑到艺术品在欣赏的时候与观众的互动而在创作时就把这种互动技术包含在数码画的作品之中。艺术对象与创作客体之间不再是被动的关系，而是互动的关系。互动比之前的艺术表现形式更加深化了艺术创作对象与客体之间的交流和沟通。从如今的发展趋势来看，客体愈加智能化、人性化，它越来越渴望扮演人类的角色，从而与创作对象以及接收对象之间建构了一种人际关系。
(2).传播数码画的技术，任何数码画作品都还原成相应的艺术信息，最终是数码性，二元性，是0和1的组合，那么数码画发挥作用的过程也就可以被还原成信息传播过程。所以，传媒技术对数码画这一艺术范式的形成具有革命的作用，正如麦克卢汉所说:“机械媒介将艺术的存在普及并强加在人们头上，因此越来越有必要研究传播对社会的功能和影响。
(3).接受数码画的技术，即数码画传播终端的技术。这种技术决定人们接受时的状态。比如同样是接受小说的内容，维多利亚时期的贵族是流行听仆人把小说的内容念出来，他们接受的是人的声音信息;现代社会读者习惯于捧着书阅读，他们接受的是文字的信息;当媒介技术进一步发展的时候，读者可以通过广播听小说联播，可以通过电视观看小说改编的电视剧，此时他接受的是电子声频的信息。不同的技术导致了人们完全不同的接受状态，也造就了不同的艺术形式。数码画可以通过流媒体技术、手机、电脑显示屏、电视接收机等媒体与观众交流互动。我们也可以把这三种技术看成是广义上的传媒技术，因为任何一种传媒技术都能涵盖艺术的制作、传播和接受的过程。
第13篇
论文摘要：计算科学主要讲述了一种科学的思想方法，计算科学的基本概念、基本知识它的发展主线、学科分支、还有计算科学的特点、发展规律和趋势。
引言：随着存储程序式通用电子计算机在上世纪40年代的诞生，和计算科学的快速发展以及取得的大量成果。计算科学这一学科也也应运而生。《计算科学导论》正如此书的名字，此书很好的诠释了计算科学这一学科，并且指导了我们应如何去学好这一学科。使得我们收获颇多。并且让我深深的反思了我的大学生活。正如赵老师书中所讲的：“计算科学是年轻人的科学，一旦你选择了计算科学作为你为之奋斗的专业类领域，就等于你选择了一条布满荆棘的道路。一个有志于从事计算科学研究与开发的学生，必须在大学几年的学习中，打下坚实的基础，才有可能在将来学科的高速发展中，或在计算机产品的开发和快速更新换代中有所作为。
一、什么是计算科学和它的来历
计算科学主要是对描述和变换信息的算法过程，包括其理论、分析、设计、效率分析、实现和应用的系统研究。全部计算科学的基本问题是，什么能（有效的）自动运行，什么不能（有效的）自动运行。本科学来源于对数理逻辑、计算模型、算法理论、自动计算机器的研究，形成于20世纪30年代的后期。
随着存储程序式通用电子计算机在上世纪40年代的诞生，人类使用自动计算装置代替人的人工计算和手工劳动的梦想成为现实。计算科学的快速发展以也取得大量成果，计算科学这一学科也也应运而生。
二、计算科学的发展
a、首先先介绍图灵机
图灵机的发明打开了现代计算机的大门和发展之路。图灵机通过一条两端可无限延长的袋子，一个读写头和一组控制读写头的（控制器）组成它有一个状态集和符号集，而此符号集一般只使用0和1两个符号。而就是这个简洁的结构和运行原理隐含了存储程序的原始思想，深刻的揭示了现代通用电子数字计算机的核心内容。现在通用的计算机是电子数字计算机，而电子数字计算机的发展是建立在图灵机的基础之上。他的二进制思想使计算机的制作的简化成只需两个稳定态的元器件。这在今后的计算机制作上无论是二极管或集成电路上都显示了明显的优越性。
b、计算机带动的计算学科
1946年随着现代意义上的电子数字计算机ENIAC的诞生。掀起了社会快速发展的崭新一页。计算机工作和运行就摆在了人们的面前。
1、计算机语言
我们要用计算机求解一个问题，必须事先编好程序。因此就出现了最早的机器指令和汇编语言。20世纪50年代后，计算机的发展步入了实用化的阶段。然而，在最初的应用中，人们普遍感到使用机器指令编制程序不仅效率低下，而且十分别扭，也不利于交流和软件维护，复杂程序查找错误尤其困难，因此，软件开发急需一种高级的类似于自然语言那样的程序设计语言。1952年，第一个程序设计语言ShortCode出现。两年后，Fortran问世。作为一种面向科学计算的高级程序设计语言，Fortran的最大功绩在于牢固地树立了高级语言的地位，并使之成为世界通用的程序设计语言。Algol60的诞生是计算机语言的研究成为一门科学的标志。该语言的文本中提出了一整套的新概念，如变量的类型说明和作用域规则、过程的递归性及参数传递机制等。而且，它是第一个用严格的语法规则——巴科斯范式（BNF）定义语言文法的高级语言。还有用于支持结构化程序设计的PASCAL语言，适合于军队各方面应用的大型通用程序设计语言ADA，支持并发程序设计的MODULA-2，支持逻辑程序设计的PROLOG语言，支持人工智能程序设计的LISP语言，支持面积对象程序变换的SMALLTALK、C等。
2、计算机系统和软件开发方法
现代意义上的计算机绝不是一个简单的计算机了而也包括了软件（系统软件、应用软件）。各种各样的软件使得计算机的用途大大增强。而软件开发也成为了一个重要课题和发展方向。软件开发的理论基础即是计算模型。随着计算机网络、分布式处理和多媒体的发展。在各种高级程序设计语言中增加并发机构以支持分布式程序设计，在语言中通过扩展绘图子程序以支持计算机图形学程序设计在程序设计语言中已非常的流行。之后，在模数/数模转换等接口技术和数据库技术的支持下，通过扩展高级语言的程序库又实现了多媒体程序设计的构想。进入20世纪90年代之后，并行计算机和分布式大规模异质计算机网络的发展又将并行程序设计语言、并行编译程序、并行操作系统、并行与分布式数据库系统等试行软件的开发的关键技术依然与高级语言和计算模型密切相关，如各种并行、并发程序设计语言，进程代数，PETRI网等，它们正是软件开发方法和技术的研究中支持不同阶段软件开发的程序设计语言和支持这些软件开发方法和技术的理论基础----计算模型
3、计算机图形学
在计算机的硬件的迅速发展中。随着它的存储容量的增大，也掀起了计算机的巨大改革。计算机图形学、图像处理技术的发展，促使图形化界面的出现。计算机图形学是使用计算机辅助产生图形并对图形进行处理的科学。并由此推动了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助信息处理、计算机辅助测试（CAT）等方向的发展。图形化界面的出现，彻底改变了在一个黑色的DOS窗口前敲代码输入控制命令的时代。同时也成就了一个伟大的公司Microsoft。
4、计算机网络
随着用户迫切需要实现不同计算机上的软硬件和信息资源共享。网络就在我们的需求中诞生了。网络的发展和信息资源的交换使每台计算都变成了网络计算机。这也促进计算机的发展和广泛应用。
三、计算机学科的主线及发展方向
围绕着学科基本问题而展开的大量具体研究，形成学科发展的主流方向与学科发展主线和学科自身的知识组织结构。计算学科内容按照基础理论、基本开发技术、应用以及他们与硬件设备联系的紧密程度分成三个层面：
1、计算科学应用层
它包括人工智能应用与系统，信息、管理与决策系统，移动计算，计划可视化，科学计算机等计算机应用的各个方向。
2、计算科学的专业基础层
它是为应用层提供技术和环境的一个层面，包括软件开发方法学，计算机网络与通信技术，程序设计科学，计算机体系结构、电子计算机系统基础。
3、计算科学的基础层
它包括计算科学的数学理论，高等逻辑等内容。其中计算的数学理论涵盖可计算性与计算复杂性理论形式语言与计算机理论等。
四、计算机的网络的发展及网络安全
(1)计算机网络与病毒
一个现代计算机被定义为包含存储器、处理器、功能部件、互联网络、汇编程序、编译程序、操作系统、外部设备、通信通道等内容的系统。
通过上面定义，我们发现互联网络也被加入到计算机当中。说明了网络的重要以及普及性。21世纪是信息时代。信息已成为一种重要的战略资。信息科学成为最活跃的领域之一，信息技术改变着人们的生活方式。现在互联网络已经广泛应用于科研、教育、企业生产、与经营管理、信息服务等各个方面。全世界的互联网Internet正在爆炸性的扩大，已经成为覆盖全球的信息基础设施之一。
因为互联网的快速发展与应用，我们各行各业都在使用计算机。信息安全也显得格外重要。而随着计算机网络的发展，计算机网络系统的安全受到严重的挑战，来自计算机病毒和黑客的攻击及其他方面的威胁也越来越大。其中计算机病毒更是很难根治的主要威胁之一。计算机病毒给我们带来的负面影响和损失是刻骨铭心的，譬如1999年爆发的CIH病毒以及2003年元月的蠕虫王病毒等都给广大用户带来巨大的损失。
我们想更好的让计算机为我们服务，我们就必须很好的利用它，利用网络。同时我们也应该建立起自己的防护措施，以抵抗外来信息的侵入，保护我们的信息不受攻击和破坏。
(2)计算机病毒及它的防范措施：
计算机病毒是一组通过复制自身来感染其它软件的程序。当程序运行时，嵌入的病毒也随之运行并感染其它程序。一些病毒不带有恶意攻击性编码，但更多的病毒携带毒码，一旦被事先设定好的环境激发，即可感染和破坏。
<一>、病毒的入侵方式
1．无线电方式。主要是通过无线电把病毒码发射到对方电子系统中。此方式是计算机病毒注入的最佳方式，同时技术难度也最大。可能的途径有：①直接向对方电子系统的无线电接收器或设备发射，使接收器对其进行处理并把病毒传染到目标机上。②冒充合法无线传输数据。根据得到的或使用标准的无线电传输协议和数据格式，发射病毒码，使之能够混在合法传输信号中，进入接收器，进而进人信息网络。③寻找对方信息系统保护最差的地方进行病毒注放。通过对方未保护的数据链路，将病毒传染到被保护的链路或目标中。
2．“固化”式方法。即把病毒事先存放在硬件（如芯片）和软件中，然后把此硬件和软件直接或间接交付给对方，使病毒直接传染给对方电子系统，在需要时将其激活，达到攻击目的。这种攻击方法十分隐蔽，即使芯片或组件被彻底检查，也很难保证其没有其他特殊功能。目前，我国很多计算机组件依赖进口，困此，很容易受到芯片的攻击。
3．后门攻击方式。后门，是计算机安全系统中的一个小洞，由软件设计师或维护人发明，允许知道其存在的人绕过正常安全防护措施进入系统。攻击后门的形式有许多种，如控制电磁脉冲可将病毒注入目标系统。计算机入侵者就常通过后门进行攻击，如目前普遍使用的WINDOWS98，就存在这样的后门。
4．数据控制链侵入方式。随着因特网技术的广泛应用，使计算机病毒通过计算机系统的数据控制链侵入成为可能。使用远程修改技术，可以很容易地改变数据控制链的正常路径。
<二>病毒攻击的防范的对策
1．建立有效的计算机病毒防护体系。有效的计算机病毒防护体系应包括多个防护层。一是访问控制层；二是病毒检测层；三是病毒遏制层；四是病毒清除层；五是系统恢复层；六是应急计划层。上述六层计算机防护体系，须有有效的硬件和软件技术的支持，如安全设计及规范操作。
2．严把收硬件安全关。国家的机密信息系统所用设备和系列产品，应建立自己的生产企业，实现计算机的国产化、系列化；对引进的计算机系统要在进行安全性检查后才能启用，以预防和限制计算机病毒伺机入侵。
3．防止电磁辐射和电磁泄露。采取电磁屏蔽的方法，阻断电磁波辐射，这样，不仅可以达到防止计算机信息泄露的目的，而且可以防止“电磁辐射式”病毒的攻击。
4．加强计算机应急反应分队建设。应成立自动化系统安全支援分队，以解决计算机防御性的有关问题。
很多公司都有因为电脑被入侵而遭受严重经济损失的惨痛经历，不少普通用户也未能避免电脑被破坏的厄运，造成如此大损失的并不一定都是技术高超的入侵者所为，小小的字符串带给我们的损失已经太多。因此，如果你是数据库程序开发人员、如果你是系统级应用程序开发人员、如果你是高级计算机用户、如果你是论坛管理人员......请密切注意有关字符漏洞以及其他各类漏洞的最新消息及其补丁，及时在你的程序中写入防范最新字符漏洞攻击的安全检查代码并为你的系统安装最新的补丁会让你远离字符带来的危险。经常杀毒，注意外来设备在计算机上的使用和计算机对外网的链接。也可以大大有效的避免计算机被攻击。
五、总结
在学了计算科学导论之后，让我更深入的了解了我将来要从事的学科。计算科学导论指导着我们该怎么学习计算机。让我更清楚的知道我们信息安全专业的方向。正如计算科学这座大楼一样，在不断的成长。信息安全也必将随着网络的进一步发展而更多的被人们重视。总之学习了这门课之后让我受益匪浅，也知道自己应该好好努力，争取在自己的专业领域上有所成就。
参考文献：
1、《计算科学导论》（第三版），赵志琢著，科学出版社2004版
2、《计算机病毒分析与对抗》傅建明彭国军张焕国编著武汉大学出版社2004版
第14篇
关键字：汉字手写识别；英文手写识别；联机识别；连笔识别；手写识别
中图分类号：TP391 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2013.08.005
本文著录格式：[1]黄弋石，梁艳.手写识别建模数学方法研究[J].软件，2013，34（8）：13-15
0 引言
我们成功的解决了汉字与英文手写识别的建模。[1-7]本文，将最有特色得到数学算法加以公布。在国内一定是首创，在国内外还没有查到类似报道。
识别算法，在常见的网格背景中运算。点阵大小为WIDTH×HEIGTH = 80×80。因为网格的精度很低，手写笔的触点精度与之对应，因此，不存在笔画细化的难题。所以我们不使用高分辨率的图形处理惯例，而只用低分辨率对应的数学算法。
网格背景使得汉字可以依照二值数字点阵来描述，其中，“1”表示笔画，“0”表示空白背景。这个方法极其巧妙，甚至不需要高深的数学才能与复杂的数学公式，就可以轻松的解决手写笔算法问题。从工作量上计算，也是极其少量的。
1 中英文字的基本定义
这里从我们对中英文手写识别研究中挑出，一组有代表性的基本定义，[1][2]来演示本文算法。我们的算法，只要能区分这一组定义，就可以理解，它也能适用于其它文字中的类似的基本定义。可以推理得到，它是有效的适合任何手写识别的基本算法，比如藏文等中国少数民族文字。
（1） 竖、横与斜。手写的竖与横，都有一定的摇摆幅度。斜介于竖横之间。
（2） 角与圆角。接近与V与U，在手写特征下的区别是有拐点与无拐点。
（3） 圈与近圈。也就是，封闭的圆与接近封闭的圆。这个定义在楷书中用不上，只适用行书、草书以及下文所提的连笔识别。
（4） 短划与点。与竖与横的区别是方向性不强，在方格中，通过边比特征可以区分。
（5） 交叉与连续。交叉，是指基本定义的笔画相交叉，分T型交叉，和X型交叉，也可简化为一种交叉。连续，是指，基本定义的笔画从起点到终点（或笔画的两端）是连续的且无分叉，可平滑，也可转折。
（6） 相对位置与方向。基本定义的字元之间的关系，有上、下、左、右、上左、上右、下左、下右。比如一个斜线可以分为，左斜、右斜、下斜、上斜、（左上斜、左下斜、右上斜、右下斜）。
2 算法的定义
使用穷举法，在九方格中列出一个点与周围点的二十七种拓扑逻辑关系，算法见图1到图7。然后使用这二十七种拓扑关系，去描述并识别上面的那组基本定义，就可以轻松识别手写汉字。
3 算法应用例举
我们从研究挑出楷书系列拆解分类，字就是由该组单位构成。如图8。[1][2]这样，可以来对算法做一演示。我们成功的用本文算法区分笔画。显然，用来区分笔画时使用的数学方法非常简单，没有任何复杂的公式。
4 算法的广泛使用性
我们，通过研究，归纳得到32到87个特异结构，来描述行书。这些特异结构都互为独立。[1][2]这里列出其中的部分笔画，见图9。我们利用本文算法，同样能够解决问题。草书的定义与分类类似于英文在线连笔识别的方法，也可以顺利解决。
5 结论
我们成功的解决了中英手写识别，可以预见，这一套理论可以轻易的移植到别的任何一个文字。本法绕开了传统数学中的线条的常规概念。使用最简单的拓扑几何学方法，系统化的建模应用，解决了复杂的二维计算机图形学的难题。这套建模方法的意义，是，对所有种类的手写文字可以机动灵活的移植，将复杂的手写识别，简化到使用最简单的数学语言描述。希望广大同仁，广泛应用于各种民族的手写文字识别之中。
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第15篇
论文摘要：计算科学主要讲述了一种科学的思想方法，计算科学的基本概念、基本知识它的发展主线、学科分支、还有计算科学的特点、发展规律和趋势。
引言：随着存储程序式通用电子计算机在上世纪40年代的诞生，和计算科学的快速发展以及取得的大量成果。计算科学这一学科也也应运而生。《计算科学导论》 正如此书的名字，此书很好的诠释了计算科学这一学科，并且指导了我们应如何去学好这一学科。使得我们收获颇多。并且让我深深的反思了我的大学生活。正如赵老师书中所讲的：“计算科学是年轻人的科学，一旦你选择了计算科学作为你为之奋斗的专业类领域，就等于你选择了一条布满荆棘的道路。一个有志于从事计算科学研究与开发的学生，必须在大学几年的学习中，打下坚实的基础，才有可能在将来学科的高速发展中，或在计算机产品的开发和快速更新换代中有所作为。
什么是计算科学和它的来历
计算科学主要是对描述和变换信息的算法过程，包括其理论、分析、设计、效率分析、实现和应用的系统研究。全部计算科学的基本问题是，什么能（有效的）自动运行，什么不能（有效的）自动运行。本科学来源于对数理逻辑、计算模型、算法理论、自动计算机器的研究，形成于20世纪30年代的后期。
随着存储程序式通用电子计算机在上世纪40年代的诞生，人类使用自动计算装置代替人的人工计算和手工劳动的梦想成为现实。计算科学的快速发展以也取得大量成果，计算科学这一学科也也应运而生。
计算科学的发展
a、首先先介绍图灵机
图灵机的发明打开了现代计算机的大门和发展之路。图灵机通过一条两端可无限延长的袋子，一个读写头和一组控制读写头的（控制器）组成它有一个状态集和符号集，而此符号集一般只使用0和1两个符号。而就是这个简洁的结构和运行原理隐含了存储程序的原始思想，深刻的揭示了现代通用电子数字计算机的核心内容。现在通用的计算机是电子数字计算机，而电子数字计算机的发展是建立在图灵机的基础之上。他的二进制思想使计算机的制作的简化成只需两个稳定态的元器件。这在今后的计算机制作上无论是二极管或集成电路上都显示了明显的优越性。
b、计算机带动的计算学科
1946年随着现代意义上的电子数字计算机ENIAC的诞生。掀起了社会快速发展的崭新一页。计算机工作和运行就摆在了人们的面前。
1、计算机语言
我们要用计算机求解一个问题，必须事先编好程序。因此就出现了最早的机器指令和汇编语言。20世纪50年代后，计算机的发展步入了实用化的阶段。然而，在最初的应用中，人们普遍感到使用机器指令编制程序不仅效率低下，而且十分别扭，也不利于交流和软件维护，复杂程序查找错误尤其困难，因此，软件开发急需一种高级的类似于自然语言那样的程序设计语言。1952年，第一个程序设计语言Short Code出现。两年后，Fortran问世。作为一种面向科学计算的高级程序设计语言，Fortran的最大功绩在于牢固地树立了高级语言的地位，并使之成为世界通用的程序设计语言。Algol60的诞生是计算机语言的研究成为一门科学的标志。该语言的文本中提出了一整套的新概念，如变量的类型说明和作用域规则、过程的递归性及参数传递机制等。而且，它是第一个用严格的语法规则——巴科斯范式（BNF）定义语言文法的高级语言。还有用于支持结构化程序设计的PASCAL语言，适合于军队各方面应用的大型通用程序设计语言ADA，支持并发程序设计的MODULA-2，支持逻辑程序设计的PROLOG语言，支持人工智能程序设计的LISP语言，支持面积对象程序变换的SMALLTALK、C等。
2、计算机系统和软件开发方法
现代意义上的计算机绝不是一个简单的计算机了而也包括了软件（系统软件、应用软件）。各种各样的软件使得计算机的用途大大增强。而软件开发也成为了一个重要课题和发展方向。软件开发的理论基础即是计算模型。随着计算机网络、分布式处理和多媒体的发展。在各种高级程序设计语言中增加并发机构以支持分布式程序设计，在语言中通过扩展绘图子程序以支持计算机图形学程序设计在程序设计语言中已非常的流行。之后，在模数/数模转换等接口技术和数据库技术的支持下，通过扩展高级语言的程序库又实现了多媒体程序设计的构想。进入20世纪90年代之后，并行计算机和分布式大规模异质计算机网络的发展又将并行程序设计语言、并行编译程序、并行操作系统、并行与分布式数据库系统等试行软件的开发的关键技术依然与高级语言和计算模型密切相关，如各种并行、并发程序设计语言，进程代数，PETRI网等，它们正是软件开发方法和技术的研究中支持不同阶段软件开发的程序设计语言和支持这些软件开发方法和技术的理论基础----计算模型
3、计算机图形学
在计算机的硬件的迅速发展中。随着它的存储容量的增大，也掀起了计算机的巨大改革。计算机图形学、图像处理技术的发展，促使图形化界面的出现。计算机图形学是使用计算机辅助产生图形并对图形进行处理的科学。并由此推动了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助信息处理、计算机辅助测试（CAT）等方向的发展。图形化界面的出现，彻底改变了在一个黑色的DOS窗口前敲代码输入控制命令的时代。同时也成就了一个伟大的公司Microsoft 。
4、计算机网络
随着用户迫切需要实现不同计算机上的软硬件和信息资源共享。网络就在我们的需求中诞生了。网络的发展和信息资源的交换使每台计算都变成了网络计算机。这也促进计算机的发展和广泛应用。
计算机学科的主线及发展方向
围绕着学科基本问题而展开的大量具体研究，形成学科发展的主流方向与学科发展主线和学科自身的知识组织结构。计算学科内容按照基础理论、基本开发技术、应用以及他们与硬件设备联系的紧密程度分成三个层面：
1、计算科学应用层
它包括人工智能应用与系统，信息、管理与决策系统，移动计算，计划可视化，科学计算机等计算机应用的各个方向。
2、计算科学的专业基础层
它是为应用层提供技术和环境的一个层面，包括软件开发方法学，计算机网络与通信技术，程序设计科学，计算机体系结构、电子计算机系统基础。
3、计算科学的基础层
它包括计算科学的数学理论，高等逻辑等内容。其中计算的数学理论涵盖可计算性与计算复杂性理论形式语言与计算机理论等。
计算机的网络的发展及网络安全
(1)计算机网络与病毒
一个现代计算机被定义为包含存储器、处理器、功能部件、互联网络、汇编程序、 编译程序、操作系统、外部设备、通信通道等内容的系统。
通过上面定义，我们发现互联网络也被加入到计算机当中。说明了网络的重要以及普及性。21世纪是信息时代。信息已成为一种重要的战略资。信息科学成为最活跃的领域之一，信息技术改变着人们的生活方式。现在互联网络已经广泛应用于科研、教育、企业生产、与经营管理、信息服务等各个方面。全世界的互联网Internet 正在爆炸性的扩大，已经成为覆盖全球的信息基础设施之一。
因为互联网的快速发展与应用，我们各行各业都在使用计算机。信息安全也显得格外重要。而随着计算机网络的发展，计算机网络系统的安全受到严重的挑战，来自计算机病毒和黑客的攻击及其他方面的威胁也越来越大。其中计算机病毒更是很难根治的主要威胁之一。计算机病毒给我们带来的负面影响和损失是刻骨铭心的，譬如1999年爆发的CIH病毒以及2003年元月的蠕虫王病毒等都给广大用户带来巨大的损失。
我们想更好的让计算机为我们服务，我们就必须很好的利用它，利用网络。同时我们也应该建立起自己的防护措施，以抵抗外来信息的侵入，保护我们的信息不受攻击和破坏。
( 2 )计算机病毒及它的防范措施：
计算机病毒是一组通过复制自身来感染其它软件的程序。当程序运行时，嵌入的病毒也随之运行并感染其它程序。一些病毒不带有恶意攻击性编码，但更多的病毒携带毒码，一旦被事先设定好的环境激发，即可感染和破坏。
、病毒的入侵方式
1．无线电方式。主要是通过无线电把病毒码发射到对方电子系统中。此方式是计算机病毒注入的最佳方式，同时技术难度也最大。可能的途径有：①直接向对方电子系统的无线电接收器或设备发射，使接收器对其进行处理并把病毒传染到目标机上。②冒充合法无线传输数据。根据得到的或使用标准的无线电传输协议和数据格式，发射病毒码，使之能够混在合法传输信号中，进入接收器，进而进人信息网络。③寻找对方信息系统保护最差的地方进行病毒注放。通过对方未保护的数据链路，将病毒传染到被保护的链路或目标中。
2．“固化”式方法。即把病毒事先存放在硬件（如芯片）和软件中，然后把此硬件和软件直接或间接交付给对方，使病毒直接传染给对方电子系统，在需要时将其激活，达到攻击目的。这种攻击方法十分隐蔽，即使芯片或组件被彻底检查，也很难保证其没有其他特殊功能。目前，我国很多计算机组件依赖进口，困此，很容易受到芯片的攻击。
3．后门攻击方式。后门，是计算机安全系统中的一个小洞，由软件设计师或维护人发明，允许知道其存在的人绕过正常安全防护措施进入系统。攻击后门的形式有许多种，如控制电磁脉冲可将病毒注入目标系统。计算机入侵者就常通过后门进行攻击，如目前普遍使用的WINDOWS98，就存在这样的后门。
4．数据控制链侵入方式。随着因特网技术的广泛应用，使计算机病毒通过计算机系统的数据控制链侵入成为可能。使用远程修改技术，可以很容易地改变数据控制链的正常路径。
病毒攻击的防范的对策
1．建立有效的计算机病毒防护体系。有效的计算机病毒防护体系应包括多个防护层。一是访问控制层；二是病毒检测层；三是病毒遏制层；四是病毒清除层；五是系统恢复层；六是应急计划层。上述六层计算机防护体系，须有有效的硬件和软件技术的支持，如安全设计及规范操作。
2．严把收硬件安全关。国家的机密信息系统所用设备和系列产品，应建立自己的生产企业，实现计算机的国产化、系列化；对引进的计算机系统要在进行安全性检查后才能启用，以预防和限制计算机病毒伺机入侵。
3．防止电磁辐射和电磁泄露。采取电磁屏蔽的方法，阻断电磁波辐射，这样，不仅可以达到防止计算机信息泄露的目的，而且可以防止“电磁辐射式”病毒的攻击。
4．加强计算机应急反应分队建设。应成立自动化系统安全支援分队，以解决计算机防御性的有关问题。
很多公司都有因为电脑被入侵而遭受严重经济损失的惨痛经历，不少普通用户也未能避免电脑被破坏的厄运，造成如此大损失的并不一定都是技术高超的入侵者所为，小小的字符串带给我们的损失已经太多。因此，如果你是数据库程序开发人员、如果你是系统级应用程序开发人员、如果你是高级计算机用户、如果你是论坛管理人员......请密切注意有关字符漏洞以及其他各类漏洞的最新消息及其补丁，及时在你的程序中写入防范最新字符漏洞攻击的安全检查代码并为你的系统安装最新的补丁会让你远离字符带来的危险。经常杀毒，注意外来设备在计算机上的使用和计算机对外网的链接。也可以大大有效的避免计算机被攻击。
总结
在学了计算科学导论之后，让我更深入的了解了我将来要从事的学科。计算科学导论指导着我们该怎么学习计算机。让我更清楚的知道我们信息安全专业的方向。正如计算科学这座大楼一样，在不断的成长。信息安全也必将随着网络的进一步发展而更多的被人们重视。总之学习了这门课之后让我受益匪浅，也知道自己应该好好努力，争取在自己的专业领域上有所成就。
参考文献
1、《计算科学导论》（第三版），赵志琢著 ，科学出版社2004版
2、《计算机病毒分析与对抗》 傅建明 彭国军 张焕国编著武汉大学出版社2004版
3、《计算机应用于基础》（第三版） 丁爱萍 著 西安电子科技大学出版社 2006版
4、《软件工程》 萨莫维尔 著 机械工业出版社
