如果倫勃朗今天還活著，他還會(huì)用油畫(huà)嗎 帆布。。。或者平靜地坐在辦公桌前，手 鼠，并畫(huà)得令人眼花繚亂 計(jì)算機(jī)屏幕上的圖形?我們大多數(shù)人都會(huì)很樂(lè)意承認(rèn) 雙手的天賦不如像這樣一位偉大的畫(huà)家 毫米他的小指，但是 計(jì)算機(jī) 可以把我們變成合理的 稱(chēng)職的日常藝術(shù)家都一樣。無(wú)論您是建筑師 或網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)師，時(shí)尚學(xué)生或科學(xué)家， 計(jì)算機(jī) 圖形 可以使您的工作更快、更輕松、更多 有效。如何?讓我們仔細(xì)看看!

　　照片：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)允許我們“可視化”(想象，數(shù)學(xué))各種我們無(wú)法(或永遠(yuǎn)不會(huì))看到的東西。這張圖片探討了兩個(gè)軌道黑洞的極端引力如何扭曲光線 在他們周?chē)?。圖形由Jeremy Schnittman和Brian P. Powell制作， 友情提供 美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心.

　　什么是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)?

　　計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是指在計(jì)算機(jī)屏幕上繪制圖片。怎么回事 這很好嗎?

　　在上面畫(huà)一些草圖 紙——一個(gè)人或一棟房子——和 你擁有的是一塊 模擬 信息：你的東西 畫(huà)是相似或 類(lèi)比 現(xiàn)實(shí)世界中的某些東西。 根據(jù)您使用的材料，可以更改繪制的內(nèi)容 簡(jiǎn)單或困難：您可以輕松擦除鉛筆或木炭痕跡， 你可以刮掉油 涂料 并毫無(wú)困難地重做它們;但 改變水彩畫(huà)或永久性標(biāo)記要棘手得多。 當(dāng)然，這就是藝術(shù)的奇跡——它捕捉到了新鮮的沖刺 創(chuàng)造力——這正是我們喜歡它的原因。但每天在哪里 就圖形而言，藝術(shù)的即時(shí)性也是一個(gè)巨大的缺點(diǎn)。 如果您改變主意將東西放在哪里，或者想將紅色換成橙色或 綠色代表藍(lán)色?

　　這就是為什么許多藝術(shù)家、設(shè)計(jì)師和建筑師都愛(ài)上了 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。在計(jì)算機(jī)屏幕上繪制圖片以及您 有是一塊 數(shù)字 信息。它可能看起來(lái) 類(lèi)似于你在紙上畫(huà)的東西——那個(gè)幽靈般的想法是 一開(kāi)始就徘徊在你的腦海中——但在電腦里面 您的圖片存儲(chǔ)為一系列數(shù)字。更改數(shù)字和 您可以在眨眼間甚至更快更改圖片。 可以輕松地在屏幕上移動(dòng)圖片、放大圖片或放大圖片 向下，旋轉(zhuǎn)它，交換顏色，并在各種情況下轉(zhuǎn)換它 其他方式。完成后，您可以保存它，將其合并到 文本文檔，打印出來(lái)，上傳到 蹼 頁(yè) 或通過(guò)電子郵件發(fā)送 對(duì)客戶(hù)或同事 — 這一切都是因?yàn)?數(shù)字 信息.(在我們的主要文章中了解有關(guān)數(shù)字化優(yōu)勢(shì)的更多信息 模擬和數(shù)字.)

　　照片：像這樣的油畫(huà)顏料可以在正確的手中產(chǎn)生神奇的效果，但只有在正確的手中。值得慶幸的是，我們這些沒(méi)有使用它們的天賦和技能的人仍然可以用計(jì)算機(jī)制作出體面的日常藝術(shù)。 圖形。

　　光柵和矢量圖形

　　所有計(jì)算機(jī)藝術(shù)都是數(shù)字化的，但有兩種截然不同的方式 在計(jì)算機(jī)屏幕上繪制數(shù)字圖像，稱(chēng)為光柵和 矢量圖形。簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)圖形程序，如微軟 Paint和PaintShop Pro基于光柵圖形，而更多 復(fù)雜的程序，如CorelDRAW，AutoCAD和Adobe 插畫(huà)師使用矢量圖形。那么到底有什么區(qū)別呢?

　　光柵圖形

　　用力盯著電腦屏幕，你會(huì)注意到圖片和文字 由微小的彩色點(diǎn)或方塊組成，稱(chēng)為 像素. 我們遇到的大多數(shù)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)圖形圖像都是 像素化 這樣，就像墻壁是用 磚。第一個(gè)計(jì)算機(jī)屏幕，于20世紀(jì)中期開(kāi)發(fā) 世紀(jì)，工作很像 電視，這曾經(jīng)建立他們的 通過(guò)“掃描”電子束(內(nèi)部的微小帶電粒子)來(lái)運(yùn)動(dòng)圖像 原子，也稱(chēng)為 陰極射線)從上到下和左到 對(duì)——就像一種即時(shí)的電子畫(huà)筆。這種方式 制作圖片稱(chēng)為 光柵掃描 這就是為什么 用像素在計(jì)算機(jī)屏幕上構(gòu)建圖片稱(chēng)為 光柵圖形。

　　照片：光柵圖形：這是上面藝術(shù)家調(diào)色板照片中畫(huà)筆的特寫(xiě)。在此放大倍率下，您可以清楚地看到構(gòu)建圖像的各個(gè)彩色像素(正方形)，就像墻上的磚塊一樣。

　　位圖

　　你可能聽(tīng)說(shuō)過(guò) 二元的，計(jì)算機(jī)表示的方式 僅使用兩位數(shù)字的十進(jìn)制數(shù)字(1，2，3，4 等) 零和一(因此十進(jìn)制數(shù) 5678 變?yōu)?011000101110 二進(jìn)制計(jì)算機(jī)說(shuō)話(huà))。假設(shè)你是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，你想記住一個(gè) 圖片有人正在您的屏幕上繪制。如果它是黑色的，并且 白色，您可以使用零來(lái)存儲(chǔ)圖片的白色區(qū)域和 一個(gè)用于存儲(chǔ)黑色區(qū)域(反之亦然，如果您愿意)。依次復(fù)制每個(gè)像素，您可以 轉(zhuǎn)換填充整個(gè)屏幕(例如 800 像素)的圖片 橫向 600 像素向下到 480，000 (800 x 600) 的列表 二進(jìn)制零和一。

　　這種將圖片轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)文件的方式由 雙納里·迪吉TS (稱(chēng)為 位 簡(jiǎn)稱(chēng))稱(chēng)為 位圖, 因?yàn)閮烧咧g有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系——一對(duì)一的“映射” 圖片中的每個(gè)像素和文件中的每個(gè)位。實(shí)際上，大多數(shù)位圖都是 的彩色圖片。如果我們使用單個(gè)位來(lái)表示每個(gè)像素， 我們只能判斷像素是打開(kāi)還是關(guān)閉(白色或黑色)。 如果我們使用(比如)八位來(lái)表示每個(gè)像素，我們可以記住 256種不同的顏色，因?yàn)槲覀兛梢杂冒藗€(gè)二進(jìn)制位來(lái)表示256個(gè)不同的數(shù)字 (2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 = 256)。 但我們需要 八次 更多 記憶 (計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)空間)來(lái)存儲(chǔ)相同大小的圖片。 我們要表示的顏色越多，我們需要的位數(shù)就越多。

　　光柵圖形易于使用且簡(jiǎn)單 看看使用它們的程序是如何完成工作的。如果您在您的 計(jì)算機(jī)屏幕，然后單擊圖形包中的按鈕以 “鏡像”圖像(從左到右或從右到左翻轉(zhuǎn))， 計(jì)算機(jī)所做的只是將像素的順序顛倒過(guò)來(lái) 反轉(zhuǎn)表示它們的 0 和 1 的序列。如果你 縮放圖像使其大小增加一倍，計(jì)算機(jī)將每個(gè)像素復(fù)制兩次 over(因此數(shù)字 10110 變?yōu)?1100111100)，但圖像變?yōu)? 在此過(guò)程中明顯更加顆?；拖袼鼗?。這是其中之一 使用光柵圖形的主要缺點(diǎn)：它們不能放大到 不同的尺寸很好。另一個(gè)缺點(diǎn)是 記憶 他們需要。一張非常詳細(xì)的照片可能需要 1600 萬(wàn)種顏色， 涉及每像素存儲(chǔ) 24 位和 24 倍的內(nèi)存 作為基本的黑白圖像。(做求和，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè) 圖片完全填滿(mǎn) 1024 x 768 計(jì)算機(jī)顯示器并使用 24 每像素的位數(shù)大約需要 2.5 MB 的內(nèi)存。

　　照片：光柵圖形程序如何鏡像圖像。頂部：原始圖像中的像素由零和一表示，此處的黑色像素由 1 表示，白色像素由零表示。這意味著頂部圖像可以作為二進(jìn)制數(shù)100111存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中。這是一個(gè)非常小的位圖示例。底部：現(xiàn)在，如果您要求計(jì)算機(jī)鏡像圖像，它只需從左到右顛倒位圖中位的順序，給出二進(jìn)制數(shù)111001，這會(huì)自動(dòng)反轉(zhuǎn)像素的原始模式。圖片的其他轉(zhuǎn)換(如旋轉(zhuǎn)和縮放)涉及以更復(fù)雜的方式交換位。

　　分辨率

　　圖像(或計(jì)算機(jī)屏幕上)中的最大像素?cái)?shù)為 被稱(chēng)為其 分辨率.我用過(guò)的第一臺(tái)電腦 正確地，一個(gè) 準(zhǔn)將PET，具有超低分辨率顯示屏 80 個(gè)字符，25 行(因此最多 屏幕上可以顯示 2000 個(gè)字母、數(shù)字或標(biāo)點(diǎn)符號(hào) 任何一次);由于每個(gè)角色都是由 8 構(gòu)建的 ×8平方像素，這意味著屏幕的分辨率為640× 200 = 128，000 像素(或 0.128 百萬(wàn)像素，其中 百萬(wàn)像素 是 一百萬(wàn)像素)。我現(xiàn)在使用的筆記本電腦設(shè)置為 分辨率為1280×800 = 1.024百萬(wàn)像素，大約是7-8倍 更詳細(xì)。一個(gè) 數(shù)碼相機(jī) 與 7 百萬(wàn)像素分辨率大約是其七倍 我的筆記本電腦屏幕的分辨率或大約50倍的詳細(xì) 比那個(gè)原始的準(zhǔn)將PET屏幕。

　　抗鋸齒

　　在像素化顯示器上顯示平滑繪制的曲線會(huì)產(chǎn)生可怕的結(jié)果 鋸齒狀邊緣(“鋸齒狀”)。一種解決方案是模糊 曲線上的像素，以提供更平滑的線條外觀。這 技術(shù)，稱(chēng)為 抗鋸齒，被廣泛用于平滑 像素化計(jì)算機(jī)屏幕上的字體。

　　照片：抗鋸齒的工作原理。

　　像素化圖像，如此處顯示的“像素化”一詞，由單個(gè)正方形或點(diǎn)組成，這對(duì)于光柵圖形顯示非常容易(例如 液晶顯示器 電腦屏幕)來(lái)繪制。我直接從上面文本中的斜體單詞“像素化”復(fù)制了這張圖片。如果您沒(méi)有更改屏幕顏色，則原始的小文本可能看起來(lái)是黑色的，并且在您的眼睛中非常光滑。但是在這個(gè)放大的圖像中，你會(huì)看到字母實(shí)際上是非常鋸齒狀的，由許多顏色組成。如果您從屏幕上向后移動(dòng)，或者瞇著眼睛看著放大的單詞，您將看到像素和顏色消失回平滑的黑白圖像中。這是抗鋸齒的一個(gè)例子，這是一種用于使像素化單詞和其他形狀更平滑、更容易于我們的眼睛處理的技術(shù)。

　　矢量圖形

　　還有一種計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的替代方法可以繞過(guò) 光柵圖形的問(wèn)題。你不是用像素來(lái)構(gòu)建圖片，而是繪制它 有點(diǎn)像孩子使用簡(jiǎn)單的直線和曲線 叫 向量 或基本形狀(圓形， 曲線、三角形等)稱(chēng)為 原.帶光柵 圖形，您可以通過(guò)建造房屋來(lái)繪制房屋的圖紙 數(shù)百、數(shù)千或數(shù)百萬(wàn)個(gè)像素;重要地 除了大腦之外，每個(gè)像素都與任何其他像素都沒(méi)有聯(lián)系。 使用矢量圖形，您可以為基本房屋繪制一個(gè)矩形， 較小的矩形用于門(mén)窗，圓柱體用于 煙囪和屋頂?shù)亩噙呅巍６⒅聊?，一個(gè) 矢量圖形房子似乎仍然被像素繪制出來(lái)，但現(xiàn)在 像素彼此精確地相關(guān) - 它們是沿線的點(diǎn) 您繪制的各種線條或其他形狀。

　　圖稿：使用矢量圖形繪圖。在這里，我使用一種稱(chēng)為SVG的圖形格式在黃色方塊內(nèi)繪制三個(gè)彩色圓圈。我沒(méi)有用鼠標(biāo)在屏幕上繪制對(duì)象，而是使用看起來(lái)像簡(jiǎn)單線條的“編程”它們 計(jì)算機(jī)代碼.第一行繪制黃色方塊作為背景。接下來(lái)的三條線繪制藍(lán)色、綠色和紅色圓圈?！癱x”和“cy”中的值指定每個(gè)圓的x和y坐標(biāo)，“r”是其半徑。我使用黑色的“筆觸”給每個(gè)圓圈一個(gè)輪廓。我可以通過(guò)調(diào)整適當(dāng)?shù)臄?shù)值來(lái)放大或縮小圓圈或?qū)⑺鼈兎胖迷谄渌胤健?/span>

　　使用直線和曲線而不是單個(gè)點(diǎn)進(jìn)行繪制意味著您可以生成 更快地映像并使用更少的信息存儲(chǔ)它：您可以描述一個(gè) 矢量繪制的房屋為“兩個(gè)紅色三角形和一個(gè)紅色矩形 (屋頂)坐在一個(gè)棕色的矩形(主樓)上，“但你無(wú)法總結(jié)一個(gè) 像素化的圖像如此簡(jiǎn)單。擴(kuò)展 通過(guò)應(yīng)用數(shù)學(xué)公式上下矢量圖形圖像 稱(chēng)為算法，用于轉(zhuǎn)換繪制圖像的向量。就是這樣 計(jì)算機(jī)程序可以將字體縮放到不同的大小，而不會(huì)使它們看起來(lái)都是像素化和顆粒狀的。

　　照片：矢量圖形：在 GIMP 中使用貝塞爾曲線(“路徑”)繪圖。你只需繪制兩個(gè) 點(diǎn)，然后彎曲它們之間的直線，但你想創(chuàng)建任何你喜歡的曲線。

　　大多數(shù)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形包允許您使用 如您所愿，混合光柵或矢量圖形，因?yàn)橛袝r(shí) 一種方法比另一種方法效果更好，有時(shí)您需要混合 單個(gè)圖像中的兩種類(lèi)型的圖形。使用圖形包 比如GIMP(GNU圖像處理程序)，你可以畫(huà) 通過(guò)描摹然后填寫(xiě)“路徑”在屏幕上顯示曲線 (技術(shù)上稱(chēng)為 貝塞爾曲線)，然后再將它們轉(zhuǎn)換為像素(“柵格化” 它們)將它們合并到位圖圖像之類(lèi)的東西中。

　　3D 圖形

　　現(xiàn)實(shí)生活不像電腦游戲或 虛擬現(xiàn)實(shí) 模擬。這 非常好 CGI(計(jì)算機(jī)生成的圖像) 動(dòng)畫(huà)是 很容易區(qū)分那些在電影或視頻上用真實(shí)制作的 演員。為什么?當(dāng)我們看著周?chē)澜绲奈矬w時(shí)， 它們似乎不是從像素或矢量繪制的。在 眨眼間，我們的大腦從 現(xiàn)實(shí)世界比藝術(shù)家所能包含的甚至是最真實(shí)的世界 計(jì)算機(jī)圖形圖像。使計(jì)算機(jī)化圖像看起來(lái)任何東西 像現(xiàn)實(shí)一樣逼真 照片 (更不用說(shuō)真實(shí)世界的場(chǎng)景了)，我們 需要包含的不僅僅是數(shù)百萬(wàn)個(gè)彩色像素。

　　真正復(fù)雜的計(jì)算機(jī)圖形程序使用一系列 制作手繪(通常完全是虛構(gòu)的)的技術(shù) 二維圖像看起來(lái)至少與照片一樣逼真。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最簡(jiǎn)單方法是 依靠藝術(shù)家一直使用的相同技巧——例如 透視 (物體如何向遠(yuǎn)處退去 地平線上的“消失點(diǎn)”)和 隱藏表面 消除 (附近的事物部分模糊了那些 更遠(yuǎn))。

　　如果您想要逼真的 3D 藝術(shù)品，例如 CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)) 和 虛擬現(xiàn)實(shí)，您需要更多 復(fù)雜的圖形技術(shù)。而不是繪制對(duì)象，你 在計(jì)算機(jī)內(nèi)部制作3D計(jì)算機(jī)模型，并 以各種方式在屏幕上操作它。首先，你建立 物體的基本三維輪廓，稱(chēng)為 線框 (因?yàn)樗菑目雌饋?lái)很小的向量中提取的 金屬線)。那么模型是 操縱，一個(gè)過(guò)程 物體的不同部分像骨骼一樣連接在一起 在骨架中，因此它們以逼真的方式一起移動(dòng)。最后， 對(duì)象是 呈現(xiàn)，這涉及對(duì)外部部分進(jìn)行著色 具有不同的紋理(表面圖案)，顏色，程度 不透明度或透明度等。渲染非常復(fù)雜 可能需要一臺(tái)功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)數(shù)小時(shí)、數(shù)天甚至數(shù)周的流程 以完成。復(fù)雜的數(shù)學(xué)用于模擬光線如何照射 表面，通常使用其中之一 光線追蹤 (一個(gè)相對(duì) 繪制光線如何從 Shiny 表面反彈的簡(jiǎn)單方法 直線上的物體)或 光能傳遞 (更復(fù)雜的 一種模擬日常物體如何反射和散射光的方法 以更沉悶、更復(fù)雜的方式)。

　　照片：美國(guó)宇航局科學(xué)家認(rèn)為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)有一天會(huì)變得如此之好 電腦屏幕將取代駕駛艙窗戶(hù) 飛機(jī). 飛行員將看到從傳感器繪制的計(jì)算機(jī)化圖像，而不是查看真實(shí)視圖 在各種天氣條件下白天或晚上工作。就目前而言，這仍然是一個(gè)科幻小說(shuō)的夢(mèng)想，因?yàn)榧词故窍襁@樣精心繪制的“3D”計(jì)算機(jī)圖像也很容易從真實(shí)世界場(chǎng)景的照片中分辨出來(lái)：它們根本沒(méi)有足夠的信息來(lái)欺騙我們驚人的眼睛和大腦。照片由 美國(guó)宇航局格倫.

　　計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的用途是什么?

　　計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的明顯用途包括計(jì)算機(jī)藝術(shù)，CGI電影， 建筑圖紙和平面設(shè)計(jì)——但有很多 非明顯的用途，并非所有用途都是“藝術(shù)的”。 科學(xué)可視化 是一種產(chǎn)生圖形輸出的方法 來(lái)自計(jì)算機(jī)模型，因此人們更容易理解。 計(jì)算機(jī)化模型 全球變暖 生成龐大的數(shù)字表 作為他們的產(chǎn)出，其中只有氣候博士學(xué)位 科學(xué) 可以圖 外;但是，如果您生成加速的動(dòng)畫(huà)可視化效果 - 使用 地球越冷越變藍(lán)，越變紅 更熱 - 任何人都可以理解發(fā)生了什么。 醫(yī)學(xué)成像 是圖形如何使計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)更多的另一個(gè)很好的例子 雋永。當(dāng)醫(yī)生向您展示大腦或身體掃描時(shí)，您正在 查看使用大量繪制的計(jì)算機(jī)圖形表示 從數(shù)千甚至數(shù)百萬(wàn)個(gè)生成的數(shù)據(jù) 測(cè)量。令人瞠目結(jié)舌的照片從太空傳回 像哈勃太空望遠(yuǎn)鏡這樣的驚人設(shè)備通常會(huì)得到增強(qiáng) 在一種稱(chēng)為 圖像 加工;這聽(tīng)起來(lái)可能很復(fù)雜，但并不是那么復(fù)雜 不同于使用像 PhotoShop 這樣的圖形包來(lái)修飾您的假日快照)。

　　照片：計(jì)算機(jī)圖形可以挽救生命。醫(yī)學(xué)掃描圖像通常被計(jì)算機(jī)化為復(fù)雜 圖像由數(shù)百或數(shù)千個(gè)人體或大腦(如此處所示)的詳細(xì)測(cè)量值構(gòu)建而成。圖片由Govind Bhagavatheeshwaran和Daniel Reich提供 美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院.

　　這確實(shí)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)：它們轉(zhuǎn)向 將計(jì)算機(jī)科學(xué)復(fù)雜化為我們都能掌握的日常藝術(shù)， 即時(shí)直觀。早在 1980 年代，當(dāng)我在編程時(shí) 準(zhǔn)將PET，讓它做任何事情的唯一方法是打字 像PEEK這樣的毫無(wú)意義的小詞，戳到一個(gè)可怕的不友好的綠色和黑色屏幕上。 現(xiàn)在幾乎每臺(tái)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都有所謂的 圖形用戶(hù)界面 (圖形用戶(hù)界面)，這意味著您通過(guò)指向您的東西來(lái)操作機(jī)器 想要，用鼠標(biāo)或手指單擊它們，或拖動(dòng)它們 在你的“桌面”周?chē)? 這更有意義，因?yàn)槲覀兪且曈X(jué)生物： 大約三分之一的皮層(高級(jí)大腦)被賦予 處理通過(guò)眼睛進(jìn)入我們頭腦的信息。那是 為什么一張圖片真的勝過(guò)千言萬(wàn)語(yǔ)(有時(shí)甚至更多) 以及為什么計(jì)算機(jī)可以幫助我們用計(jì)算機(jī)可視化事物 圖形確實(shí)徹底改變了我們看待世界的方式。

　　什么是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)?

　　照片：設(shè)計(jì)飛機(jī)?CAD 可以更快、更輕松地將您腦海中的內(nèi)容變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。圖形由 Ethan Baumann 提供 美國(guó)宇航局.

　　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)在電腦屏幕上而不是在紙上設(shè)計(jì)東西可能聽(tīng)起來(lái)很高科技和現(xiàn)代，但它已經(jīng)使用了半個(gè)多世紀(jì)。它最早出現(xiàn)在1959年，當(dāng)時(shí)IBM和通用汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)了 由計(jì)算機(jī)增強(qiáng)的設(shè)計(jì)-1 (DAC-1)，這是有史以來(lái)第一個(gè)CAD系統(tǒng)，用于在計(jì)算機(jī)屏幕上創(chuàng)建汽車(chē)。

　　使用圖形包在計(jì)算機(jī)屏幕上繪圖比在紙上繪制草圖要容易得多， 因?yàn)槟梢苑浅］p松地修改您的設(shè)計(jì)。但這還不是CAD的全部。 而不是產(chǎn)生靜態(tài)的二維(2D)圖片，通常 您在屏幕上創(chuàng)建的是一臺(tái)三維 (3D) 計(jì)算機(jī) 模型，使用矢量圖形繪制并基于 一種稱(chēng)為線框的線繪制骨架，它看起來(lái)像 有點(diǎn)像用方格紙包裹的物體。

　　一旦模型的外部完成，您將注意力轉(zhuǎn)向其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 此位稱(chēng)為綁定模型(也稱(chēng)為骨骼動(dòng)畫(huà))。 對(duì)象包含哪些部分，它們?nèi)绾芜B接在一起? 當(dāng)您同時(shí)指定了內(nèi)部和外部細(xì)節(jié)時(shí)，您的模型就很漂亮 非常完整。最后階段稱(chēng)為紋理，并且 涉及弄清楚什么顏色，表面圖案， 飾面，以及您希望對(duì)象具有的其他細(xì)節(jié)：想想 它是一種精心制作的三維著色。當(dāng)您的 模型完成，你可以渲染它：把它變成一個(gè) 最終圖像。具有諷刺意味的是，您在此階段創(chuàng)建的圖片可能看起來(lái)像 只是畫(huà)在紙上：它看起來(lái)和任何一模一樣 其他 3D 繪圖。但是，與普通圖紙不同，它's超級(jí)容易改變的東西：你可以修改 您的模型以多種不同的方式。計(jì)算機(jī)可以旋轉(zhuǎn) 它通過(guò)任何角度，放大不同的位，甚至幫助你 “剖面”某些部件(可能是為了揭示飛機(jī)內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī))或“爆炸”它們(顯示它們?nèi)绾侮J入 他們的組成部分)。

　　圖形：由NASA蘭利研究中心(NASA-LaRC)提供的hyper-X飛機(jī)的CAD圖紙。

　　CAD的用途是什么?

　　從假牙到超級(jí)跑車(chē)，從名牌連衣裙到飲料紙盒，幾乎每一種 我們今天購(gòu)買(mǎi)的產(chǎn)品是在計(jì)算機(jī)輔助的幫助下組裝在一起的 設(shè)計(jì)。建筑師、廣告和營(yíng)銷(xiāo)人員、繪圖員、 汽車(chē)設(shè)計(jì)師、造船廠和航空航天工程師——這些只是 一些依賴(lài)CAD的人。 除了更便宜和 比使用紙張更容易，CAD設(shè)計(jì)易于發(fā)送到世界各地 通過(guò)電子郵件(從巴黎的設(shè)計(jì)師到新加坡的制造商， 也許)。另一大優(yōu)勢(shì)是可以轉(zhuǎn)換CAD圖紙 自動(dòng)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)指令 機(jī)器人 和 其他工廠機(jī)器，大大減少了車(chē)削所需的總時(shí)間 將新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為成品。下次你買(mǎi)東西的時(shí)候 一家商店，在你的腦海中追溯它：它是如何找到它的路的 到你的手中，從坐在一個(gè)頭疼的設(shè)計(jì)師 曼哈頓的電腦到上海的機(jī)器人包裝工廠 它下線了?很可能這一切都完成了 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)!

　　在建筑中使用 CAD

　　架構(gòu)師一直是有遠(yuǎn)見(jiàn)的人，他們從 1980 年代中期開(kāi)始幫助率先采用 CAD 技術(shù)，當(dāng)時(shí)像 Apple Mac 這樣易于使用的桌面出版計(jì)算機(jī)變得廣泛可用。在CAD出現(xiàn)之前， 技術(shù)圖紙，是解決建筑師和工程師非常清楚的一個(gè)令人抓狂的問(wèn)題的最佳解決方案：如何清晰準(zhǔn)確地傳達(dá)他們可以在腦海中可視化的驚人三維結(jié)構(gòu)。即使使用三維圖紙(例如 正交投影)，仍然很難準(zhǔn)確表達(dá)您的想法。如果您花費(fèi)數(shù)小時(shí)繪制擬議的建筑物、飛機(jī)或家用汽車(chē)怎么辦......只是有人說(shuō)出令人憤怒的話(huà)，例如：“從后面看是什么樣子的?從那邊看會(huì)是什么樣子?如果我們把那堵墻做成兩倍大呢? 在繪制投影后，建筑師通常會(huì)建造 用紙和板子做小模型，而工程師們會(huì)用輕木制作汽車(chē)和飛機(jī)模型。 但即使是最好的模型也無(wú)法回答“如果...?“的問(wèn)題。

　　傳統(tǒng)上，建筑模型由紙或紙板制成，但它們制作起來(lái)既費(fèi)力又昂貴，易碎且難以運(yùn)輸，幾乎不可能修改。計(jì)算機(jī)模型沒(méi)有任何這些缺點(diǎn)。照片由Warren Gretz提供 美國(guó)能源部/自然資源部.

　　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以一種特別微妙的方式解決了這些問(wèn)題。它不僅僅是 涉及在屏幕上繪制建筑物的 2D 圖片：您使用 CAD 生成的內(nèi)容實(shí)際上是 您設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)模型。完成之后，你可以輕松地在屏幕上旋轉(zhuǎn)你的設(shè)計(jì)，或者在短時(shí)間內(nèi)改變它的任何方面。如果要使墻壁的大小增加一倍，請(qǐng)單擊一個(gè)按鈕，將鼠標(biāo)拖到這里和那里，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)重新計(jì)算模型的其余部分需要如何更改以適應(yīng)。您可以從任何角度打印出模型的三維投影，也可以在屏幕上向客戶(hù)演示3D形式，允許他們自己旋轉(zhuǎn)或玩模型。有些模型甚至可以讓您在 虛擬現(xiàn)實(shí).CAD 已經(jīng)徹底改變了 建筑不僅僅是通過(guò)消除重復(fù)計(jì)劃繪圖和復(fù)雜模型制作的苦差事，而是通過(guò)提供 心靈之眼的有形數(shù)字表示：你所看到的就是——最終——你得到的。

　　在過(guò)去的30年里，計(jì)算機(jī)徹底改變了建筑。2012年， 建筑師雜志 甚至將CAD描述為“建筑史上最偉大的進(jìn)步”。

　　誰(shuí)發(fā)明了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)?

　　以下是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)歷史上一些關(guān)鍵時(shí)刻的簡(jiǎn)要時(shí)間表。在本節(jié)中，大多數(shù)鏈接將 帶您進(jìn)入有關(guān)先驅(qū)人物和計(jì)劃的維基百科文章。

　　照片：一位NASA科學(xué)家用光筆在IBM 2250計(jì)算機(jī)屏幕上繪制圖形圖像。這 是1973年最先進(jìn)的技術(shù)!圖片由 美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心(NASA-ARC).

　　開(kāi)端

　　1951: 馬薩諸塞州學(xué)院的杰伊·弗雷斯特和羅伯特·埃弗雷特 技術(shù)(麻省理工學(xué)院)生產(chǎn) 旋風(fēng)，一種大型計(jì)算機(jī)，可以在電視監(jiān)視器或 VDU(可視顯示單元)上顯示粗糙的圖像。

　　1955年：麻省理工學(xué)院旋風(fēng)的直系后裔 SAGE(半自動(dòng)地面設(shè)備) 計(jì)算機(jī)使用簡(jiǎn)單的矢量圖形來(lái)顯示 雷達(dá) 圖像并成為美國(guó)的關(guān)鍵部分 飛彈 防御系統(tǒng)。

　　1959 年：通用汽車(chē)和 IBM 開(kāi)發(fā) 通過(guò)計(jì)算機(jī)增強(qiáng)的設(shè)計(jì)-1 (DAC-1)，一種CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))系統(tǒng)，可幫助工程師設(shè)計(jì)汽車(chē)。

　　1961: 老約翰·惠特尼 使用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)為阿爾弗雷德希區(qū)柯克驚悚片設(shè)計(jì)引人入勝的標(biāo)題序列 眩暈.

　　1961: 麻省理工學(xué)院學(xué)生史蒂夫·羅素項(xiàng)目 太空戰(zhàn)爭(zhēng)!，第一個(gè)圖形 電腦游戲，在 DEC PDP-1 小型計(jì)算機(jī)上。

　　1963: 伊萬(wàn)·薩瑟蘭人機(jī)交互(使計(jì)算機(jī)直觀地易于人類(lèi)使用)的先驅(qū)，開(kāi)發(fā) 畫(huà)板 (也稱(chēng)為機(jī)器人繪圖員)，最早的計(jì)算機(jī)輔助之一 設(shè)計(jì)包，其中可以使用 Lightpen(連接到計(jì)算機(jī)的電子筆/手寫(xiě)筆)。后 薩瑟蘭開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備和飛行模擬器。

　　1965: 霍華德·懷斯 在他位于紐約曼哈頓的開(kāi)創(chuàng)性畫(huà)廊舉辦計(jì)算機(jī)繪畫(huà)藝術(shù)展覽。

　　1966年：美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)開(kāi)發(fā)了一種圖像處理技術(shù) 程序調(diào)用 VICAR(視頻圖像通信和檢索), 在 IBM 大型機(jī)上運(yùn)行，以處理由 太空船。

　　1970 年：貝塞爾曲線很快得到開(kāi)發(fā) 成為矢量圖形中不可或缺的工具。

　　適合所有人的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

　　照片：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，1980 年代初的風(fēng)格!街機(jī)游戲，如 太空侵略者 是大多數(shù) 40 歲和 50 多歲的計(jì)算機(jī)極客第一次體驗(yàn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的方式。當(dāng)時(shí)，即使是好的電腦屏幕也只能顯示大約 64，000 像素，因此繪制的圖形相對(duì)粗糙，像素化。

　　1972年：雅達(dá)利發(fā)布 乒乓，乒乓球(乒乓球)的流行版本 由一兩個(gè)玩家在計(jì)算機(jī)屏幕上播放。

　　1973年：理查德·舒普制作 超級(jí)涂料，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形包的先驅(qū)，在施樂(lè)PARC(帕爾托阿爾托研究中心)實(shí)驗(yàn)室。

　　1970年代：伊萬(wàn)·薩瑟蘭的學(xué)生 埃德溫·卡特穆?tīng)?成為3D計(jì)算機(jī)圖形動(dòng)畫(huà)的先驅(qū)之一，后來(lái)在盧卡斯影業(yè)，皮克斯和迪斯尼擔(dān)任關(guān)鍵角色。

　　1981 年：英國(guó)公司 Quantel 開(kāi)發(fā) 油漆盒，一個(gè)革命者 計(jì)算機(jī)圖形程序，允許電視制片人和制片人 以數(shù)字方式編輯和操作視頻圖像。

　　1982： 電影 (電影) 波場(chǎng)由杰夫·布里奇斯主演，混合了真人版和 故事中的計(jì)算機(jī)圖形圖像將一個(gè)人深入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

　　1980 年代：價(jià)格實(shí)惠、易于使用的出現(xiàn) 蘋(píng)果麥金塔 計(jì)算機(jī)為桌面出版鋪平了道路(在 您自己的小型辦公室計(jì)算機(jī))與流行的計(jì)算機(jī)圖形 諸如Aldus PageMaker(1985)和QuarkXPress (1987)之類(lèi)的軟件包。

　　1985年：微軟發(fā)布了一個(gè)基本光柵圖形繪圖程序的第一個(gè)版本，稱(chēng)為 質(zhì)譜涂料. 由于其精簡(jiǎn)的簡(jiǎn)單性，它成為世界上最受歡迎的計(jì)算機(jī)藝術(shù)程序之一。

　　1990年：第一個(gè)版本 Adobe PhotoShop (世界上最 流行的專(zhuān)業(yè)平面設(shè)計(jì)包)發(fā)布。一個(gè)簡(jiǎn)單的， 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的家庭圖形程序，稱(chēng)為PaintShop(后來(lái)的PaintShop) Pro)于同年推出。

　　1993年：伊利諾伊大學(xué)學(xué)生Marc Andreessen開(kāi)發(fā) 馬賽克，第一個(gè)并排顯示文本和圖像的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，引發(fā)了巨大的爆炸式增長(zhǎng) 對(duì)網(wǎng)絡(luò)的興趣幾乎在一夜之間。

　　1995: 玩具總動(dòng)員，由皮克斯動(dòng)畫(huà)工作室(由 蘋(píng)果的史蒂夫·喬布斯，埃德·卡特穆?tīng)枔?dān)任首席技術(shù)官) 展示了 CGI 圖形在 電影制作。來(lái)自同一馬廄的令人驚嘆的后續(xù)電影包括 蟲(chóng)子的生活, 怪物公司., 總動(dòng)員和 超人總動(dòng)員.

　　1995： 瘸子 (GNU Image Manipulation Program)由加州大學(xué)學(xué)生Spencer Kimball和Peter Mattis開(kāi)發(fā)，作為PhotoShop的開(kāi)源替代品。

　　1999年：萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟(W3C)開(kāi)始開(kāi)發(fā) SVG(可縮放矢量圖形)，一種使用基于文本的 (XML) 文件在 Web 上提供更高質(zhì)量圖像的方法。SVG 圖像可以包含傳統(tǒng)矢量和光柵圖形的元素。

　　2007年：蘋(píng)果推出 蘋(píng)果手機(jī) 和 iPod Touch 產(chǎn)品 跟 觸摸屏 圖形用戶(hù)界面。

　　2017: 微軟宣布 它不會(huì)殺死其基本但非常流行的 Paint 程序， 30多年來(lái)一直受到計(jì)算機(jī)藝術(shù)家的喜愛(ài)。

　　2021: 臉書(shū)揭幕 計(jì)劃建立一個(gè)名為元宇宙的新的交互式工作和娛樂(lè)空間。我們未來(lái)的大部分生活都會(huì)生活在計(jì)算機(jī)圖形虛擬世界中嗎?