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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。
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我们现代人生活在各种各样的信息之中，如何应用计算机处理信息，处理图形成为了一个越来越重要的课题。本论文所要介绍的计算机图形技术，是计算机领域的热门领域之一，它是同电子硬件和计算机的周边设备一同发展而来。随着人类在航空航天、军事和通信等领域的突破，计算机图形学也得到了很快的发展。
计算机图形学是一门实用计算机产生、显示以及处理图形界面的知识体系。计算机图形学已经变得越来越重要，主要原因是：人们接收和发出信息，图形是很好的一种传递信息的方式。一个图形本身，就具有很丰富的信息，人们根据图形能够很自然快速地与外界进行交流。
1.2 计算机图形学研究热点
计算机图形学主要研究以下三个方面的内容。第一：隐藏线（面）的消除；第二：基本曲线的裁剪以及绘制；第三：现代图形学热点研究的内容，主要是虚拟现实技术、可视化、三维立体的重建等等。
由于在一个图形应用或图形软件中要大量重复调用这些基础算法，因此在这方面的任何进步都会对整个图形系统产生很大的影响。计算机图形学的基础算法经过人们几十年的研究，己比较成熟。但每一个进步对解决图形技术所面临的存储、传输、显示等问题都有很大的帮助。
2. 基础算法的研究
2.1 多边形裁剪算法
裁剪是处理图形一种很基础的方法，常见的裁剪操作主要有将不同的图形裁剪拼接形成新的图形。我们可以看出，裁剪算法在计算机图形学中是一种十分基础但是却又十分重要的操作[1]。
本论文所提到的裁剪方法，主要是针对凸多边形的。裁剪方法主要可以分为四个方法：中点算法、CS算法、CB算法、梁B算法。
（1）CS算法是Cohen-Sutherland的一种分区编码算法[2]。CS算法以前是计算机图形学中很重要的一种算法。CS算法对线段可以分为以下三种情况：窗内、窗外以及其它情况。我们在使用CS算法的时候，需要判断线段两端端点的编码，进而判断窗口和线段之间的位置关系，这种算法的缺点是对于判断所做的工作比其他算法多。端点编码检查算法的核心代码如下：
end point code algorithm
P1 and P2 are the end points of the line
xL，xn，yT，yB are the left， right， top and bottom window coordinates calculate the end point codes
put the codes for each end into 1*4 arrays called P1code and P2code
first end point： P1
if x1 < xL then P1code（4） = 1 else P1code（4） = 0
if x1 > xR then P1code（3） = 1 else P1code（3） = 0
if y1 < yB then P1code（2） = 1 else P1code（2） = 0
if y1 < yT then P1code（1） = 1 else P1code（1） = 0
second end point： P2
if x2 < xL then P1code（4） = 1 else P1code（4） = 0
if x2 > xR then P1code（3） = 1 else P1code（3） = 0
if y2 < yB then P1code（2） = 1 else P1code（2） = 0
if y2 < yT then P1code（1） = 1 else P1code（1） = 0
finish
（2）中点算法是基于硬件实现的。重点算法同样把窗口和线段的关系分成三种情况：窗内、窗外以及其它情况。对于窗内和窗外这两种情况，中点算法和CS算法的处理方法相同；对于第三种情况，中点算法简单地将线段分成两段。中点算法是基于硬件的，所以算法比较简单，相对于用软件来实现，更偏重于用硬件来实现。
（3）CB算法能够裁剪任意一种凸多边形的窗口。CB算法会将交点简化成上下两组，主要判断的方法是：直线段的方向矢量和窗口边法矢量的点积是否大于零。CB算法会取上组部分最小的交点以及下组最大的交点，作为可见部分的端点。由于CB算法更适用于一般情况，所以CB算法的运算更加复杂。
（4）梁B算法在四种方法中，运算速度最快。但是在某些特殊情况下，梁B算法也需要进行大量的运算。
四种基础算法的适用情况，如表2-1所示。
2.2 逐点生成算法
上一小节主要介绍了图像的裁剪，本小节的逐点生成算法主要着重于研究图形曲线的绘制。由于任何图像都是根据图形而来，而任何图形都需要绘制，所以图形曲线的绘制也是一项非常基础性的研究课题。
科学家最开始采用几何算法作为绘图算法，这是因为以前的图形显示器都是扫描类型的显示器。目前这种算法已经很少采用，但是在工程制图的绘制过程中，受到各方面的限制，我们往往不得不采取这种方法。这种算法的基本思想就是：步长之间的两个点，采取直线的方法连接。但是由于步长很小，我们实际看起来就是一条曲线。由于绘制条件以及算法本身的限制，这类算法有着自身的缺点：运算量非常大而且绘制不够精细。
不同于曲线的几何算法，像素级生成算法是一种全新的基于计算机的算法，这种算法主要分成两种。第一种是对参数方程进行求导，进而计算出小于或等于一个像素迭代步长的距离的点。这类算法的优点是能够适用于大多数曲线的绘制；这类算法的缺点是计算量很大，而且会造成多余的计算。第二种是根据曲线的隐式方程，找出曲线走向中下一个像素中最近的点。正是由于采用了这种原理进行曲线绘制，所以曲线的误差在一个像素范围内。这类算法的优点是速度快，因为每一次的步长都是一个像素点的距离；这类算法的缺点是适用范围狭窄[3]。
3. 结论
我们现代人生活在各种各样的信息之中，如何应用计算机处理信息，处理图形成为了一个越来越重要的课题。本论文主要介绍了计算机图形学，以及两种基础算法：多边形裁剪算法和逐点生成算法。对于这些基础算法的研究，对提高计算机图形系统系能具有重要的意义。
参考文献
[1]高云 计算机图形学若干基础算法的研究[J] 沈阳工业大学，2002.
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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，必须创建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象的方式提供的，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（Computer Graphics，简称CG）是研究怎样用计算机表示、生成、处理和显示图形的一门学科。简单地说，计算机图形学主要是研究怎样运用计算机进行图形的表示以及运用计算机实现图形的计算、处理和显示等相关原理与算法。随着数字化娱乐时代的到来，三维图形的生产与显示技术成为吸引群众眼球的产物，群众文化作为宣传的窗口，信息的交流和传播平台，多方面引入了计算机图形学相关的技术，借以来推动了群众文化工作的持续发展。在此，笔者粗略的谈一下计算机图形学在群众文化工作中的应用。
1 计算机图形学丰富了群众文化的表现内容
随着计算机技术的迅猛发展，目前计算机图形学成为各个领域中加强信息理解与传递的重要技术和工具。同时计算机图形无论是硬件还是软件的盛大生产，对人们的生活产生了一定的影响，使得人们的精神水平迅速提升，不再满足于一般的精神文化需求，更多的是需要高科技的文化产物。文化馆作为文化的宣传窗口、群众交流信息的平台，应科技发展的需求，开始广泛运用计算机图形学。如：运用CAD技术进行动画制作、仿真模拟；即：运用计算机图形学的CAD技术真实的模拟一些教育实践案例、法律小故事、交通故事、群众热点事情重现等，加强对群众经济、法律、教育等知识的渗透，同时还运用计算机图形学中的造型仿真技术再现原始动物、外星人等各种场景等等，还可以将群众配以实际的背景运用计算机图形技术大放异彩，制作出群众自己的电影巨片。此外，运用计算机图形学中的科学计算技术能够让人们直观的看到一些数据的发展规律，诸如：力学、气象科学、天体物理、分析生物学等等，充实了文化馆的文化内容，有效的丰富了群众文化的表现内容。
2 计算机图形学创新了群众文化的表现形式
近些年来我国市场经济发展迅猛，人民群众的生活水平也越来越高，连带着对文化娱乐的欣赏水平也越来越高。新兴剧场的多功能特色，即：舞台演出、会议、报告、影院等等成为了人民群众的最爱。多功能剧场的出现对群众文化馆的发展来说是机遇也是挑战。为了人民群众的需求，文化馆必须革新自己的文化娱乐表现形式，运用计算机图形学的相关技术。如：文化馆采取多媒体计算机的矩阵控制系统来控制整体的音响系统，这样一来，整个过程都可以以数码方式进行处理，使得他们无论在精度、信噪比、还是失真方面都高于传统的模拟设备。这样，运用媒体矩阵音响系统，就可以创新群众文化工作的表现形式，即：能够在礼堂、音乐厅、体育馆、体育场、公园一些大型的场地实现扩声。能够为群众文化活动的顺利开展提供有保障的后盾力量。同时，媒体矩阵还可以随时执行替换功能，文化馆工作人员可以根据实际需求随时修改或者添加诸如：调音台、眼分音器、自动音压控制器、信号分配器等设备。群众文化娱乐活动大都是通过声音来组织、引导群众开展的，运用计算机图形学中的技术能够将音频处理带到一个全新的网络境界，提升了文化工作人员的工作效率和质量。
在这种形式下，我们必须充分发挥现代传媒技术的优势，加强对传统文化精髓的提炼与传播，打造民族文化精品，这不仅可以对国民进行循序渐进的传统文化的精神洗礼，还可以充分利用媒介重新建构起更加符合现在形势的文化观。同时，避免传统艺术形式因内涵意义不易理解而从我们的视野中消失，也避免产生因为计算机形式轻内涵而导致主流艺术缺乏文化深度的社会现象，而要以媒体语言整合传统文化精神，让世界更清楚地认识中国的现在和过去，从而实现文化传承，打造民族艺术精品。
3 计算机图形学拓展了群众文化的宣传途径
群众文化工作是对外宣传的窗口，更是当地老百姓进行文化信息交流、传播的平台。现如今是数字化时代，网络成为人们生活的重要组成部分，群众文化运用网络的特性实现高速度、高质量的宣传，进而推动群众文化的繁荣发展。如：建设一个具有当地群众文化特色的网络，让全国各地的人通过互联网就能够浏览文化信息，通过留言板、email、QQ、MSN等工具进行文化信息的交流，拓展了传统群众文化的宣传途径。笔者所在的文化馆，结合安徽的相关文化状态、生活习俗等运用计算机图形学的相关知识建设了一个自己群文网络，有：本馆信息、非物质文化介绍、在线服务（联系我们）、艺术展厅、艺术图画展览、活动展示等等内容，同时，将各地市级、县级群文网站的链接也成立一个板块设置在网站的首页，形成网络群众文化联盟，为浏览文化信息的群众提供方便。这样运用计算机图形学技术将群众文化活动以影视、图片加以文字制作成群众文化的宣传材料上传至网站上，以互联网为传播路径，推动群众文化形成全球化的宣传、互动、交流新格局。
群众文化是人们生活娱乐所不可缺少的，而人们运用计算机生活娱乐、运用计算机进行数据处理等等成为发展的必然趋势。计算机图形以其科学性、技术性为群众文化的建设与发展提供了无限的帮助，有着“催化剂”的作用。可以说，计算机图形学在群众文化工作中的应用涉及甚广，是群众文化可持续发展的后盾力量。
参考文献：
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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
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计算机图形学是一门理论与实验并重的学科。从理论方面看，该学科主要涉及与图形相关的概念和算法，和数
学、物理等相关学科的关系紧密，学起来有一定的难度。而实验是理论教学的深化与补充，是抽象转化为具体的方式，是晦涩难懂的公式变为活生生画面的过程。通过实验，不仅可以培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，而且对于建立学生自信心、培养学生兴趣也起至关重要的作用。学生对该课程是既喜欢又担心学起来难度太大，如何上好第一次课，改变学生的态度，如何安排教学内容和实验环节，使学生既易于接受又能反映计算机图形学的基础知识和最新知识。本文针对这些问题，结合教学中的实际情况浅谈一下自己的看法和体会。
1课程内容介绍
在多数人的印象中，计算机图形学和其它专业课相比较，数学公式太多，难以学习和理解。但是由于它的诸多应用非常具有吸引力，尤其它是大家所感兴趣的游戏和动画的基础，很多学生又想接触它。如何加强学生的这个念
头，第一次课非常关键，它在很大程度上决定了学生是否选学这门课。图形学的理论虽然抽象，但是所表示的内容却形象，可以以此作为突破口。我们知道被称为“图形学之父”的Sutherland博士论文答辩时，将所研究的内容制作一部电影，边放映边讲解，大获成功。所以我觉得可以从一个动画短片或游戏片段出发，将所涉及的图形学知识融会贯通起来。因为在没学习图形学之前，学生很难建立图形学知识和游戏动画之间的联系。他们只知道图形学理论很抽象，游戏动画很容易吸引学生眼球，而且也知道它们之间的关系很紧密，但具体有什么联系却不是很清楚。我们可以从此出发，引出图形学的相关知识，让学生在不知不觉中了解图形学，接受图形学。这样轻松建立了相关知识点与实际应用的联系，也解答了学生学有何用的疑问。
现以动画短片《棋逢敌手》(Geri's Game)为例来说明如何引出图形学内容。该短片讲述的是Geri老头在公园跟自己下棋的事，故事情节生动，动画效果惟妙惟肖，很具吸引力。学生非常感兴趣，这是怎么做的，采用什么技术，Geri老头是怎么得到的等等一系列问题。我们便可以问题为导向一一解释给学生。Geri老头采用的是一种称为Catmull－Clark的细分曲面造型技术，在造型之前需要准备数据，所谓巧妇难为无米之炊，一般这样的数据是先建立一个实物的模型，然后通过三维激光扫描仪获取的。三维扫描仪扫描实物的表面数据，其数据量大，而且带有噪音，所以需要做去噪，简化等处理。简化后得到Geri老头的表面骨架，然后再采用细分曲面造型技术获取光滑逼真的模型。细分造型是一种逐层加细技术，如图1所示，图1(a)-(c)是不同层次的效果。从中可以看出图(c)图形的光滑效果最好，而图(a)最差。但是图(c)的数据量最大，这就需要根据不同情况选择不同的图形，如图2所示，当图形距离我们较远时可以选择精度不高的(a)图形，而较近时选择(c)图形。在游戏动画方面，对速度要求高，而对图形逼真性的要求相对低，这时可以选择数据量小的图形。这样通过图形展示给学生以感性的认识，一方面易于接受，易于理解，另一方面也能增加学习的兴趣。另外，形象逼真的图形采用真实感绘制技术，场景远近变化利用了图形变换的知识等等。一个短篇，基本上把图形学的相关内容都包括了，我们还可以再结合其它一些具体生动的图形动画介绍给学生。实际上，在图形学授课的各个环节，为了调节枯燥的数学公式，都可以演示一些相关内容的图形，也所谓的多媒体教学，在这方面，图形学应该更有优势。
2理论与实践并重
对计算机图形学这样的专业课而言，理论的学习离不开实践，实验是非常重要的一个环节。抽象的理论，乏味的数学公式，如果不和实验结合，学生是体会不到学习乐趣的。通过实验，所学的知识得以巩固，枯燥的算法与生动的图形之间建立联系。学生的兴趣也是通过实验建立起来的。每次实验报告，我都会要求学生写下心得体会，从报告可以看出，多数学生能够在实验中找到快乐，能够通过实验建立自信心，成就感。他们说做实验很受锻炼，知识掌握的也更牢固。当然有的学生也提到，做实验是一件非常辛苦的事情，特别是没有思路或者找不到错误时，真的很痛苦。但是成功后的满足，特别是做出来的那一瞬间，那种心境别人无法体会。
由于计算机图形学是专业限选课，学时不多。我们一般安排32个上课学时和16个实验学时。为了增加学生的知识面，我们的实验是在Sun工作站Solaris操作系统下采用gcc编译器进行，编程时调用OpenGL库中的图形函数。通常安排4个学时熟悉这些内容。这样根据剩余学时安排五个小实验：直线生成、裁剪、几何变换、曲线生成以及真实感图形绘制，还有一个综合性实验：做一个简单的图形系统。题目的要求随着难易程度变化。直线生成算法比较简单，学生编写的程序应具有通用性，适用于任何直线。裁剪算法是为了确定显示区域内的图形，实验一般要求实现线段裁剪算法，算法易于实现，考虑到易操作性，采用交互式的画线方式，即以鼠标点击绘图区的位置确定线段的起点和终点，其中涉及消息映射和屏幕坐标到世界坐标转化等相关知识。几何变换几乎在每个图形系统或图形应用软件都有使用，其主要包括旋转、平移、缩放以及复合变换等内容。学生对三维图形更感兴趣，尤其是较复杂的图形。在做该实验时，通常先介绍一些三维图形的相关知识，包括几何图形表示、存储形式以及读文件操作等，一般以简单的OBJ数据文件为例。然后让学生实现三维图形的几何变换。另外，考虑到该实验包括几个操作，增加了菜单选择功能。曲线曲面也是图形学的核心内容，生成方法有两种：一种是逐层递推的方法，另一种是根据参数曲线定义。学生根据自己的理解选择不同的方法实现。在曲线生成的基础上，增加鼠标拖动控制点改变曲线曲面形状的功能。真实感实验是为了增加学生学习的兴趣，通过调用OpenGL的库函数做出一些漂亮的效果，让学生感觉到图形学功能很强大，一些看似复杂的效果实现起来也简单，只需调用OpenGL中现成的库函数。综合性实验报告我也鼓励学生做一些自己感兴趣的东西，比如有的学生对游戏很感兴趣，基础也较好，想做一个小游戏，我是完全许可的。应该来说，安排的实验任务重，覆盖内容多，在有限学时内完成这些实验是不可能的，需要学生在课外做许多准备工作。而且，有些知识点较难，学生难以消化。针对这种情况，实验部分也分了解和掌握两种情况，这样做的一个目的就是想增加学生的知识面。
3教学内容安排
计算机图形学知识更新快，内容深而广，如何在有限的学时内安排教学内容，使讲解的知识难度适中，既兼顾基础知识又可以反映计算机图形学的最新成果和技术，同时，既兼顾理论又兼顾实验。另外，在学生可以接受的情况下尽可能介绍三维知识。
我们的教学内容主要分这几部分内容：光栅图形学，图形变换，几何造型，真实感图形绘制。而且，各部分内容贯穿OpenGL的相关知识。前两部分比较基础，内容相对简单，课时尽可能安排紧凑，理论讲的相对深入。但是对于几何造型，尤其是曲线曲面造型部分，内容的深浅需要根据学生情况来把握。曲面难度较大，一般只介绍大致的思路及做一些演示。对于曲线，如果讲得比较深入，对于基础不好的学生来说也难以接受。我曾尝试采用分段多项式的形式推导B样条基函数，不少同学听得很费力，甚至影响后面知识的学习。现在讲这部分内容时，我只是介绍基函数的由来，告诉学生基函数是根据曲线的性质和定义推导出来的，不是随随便便指定的，这样学生比较容易接受。实际上，无论Bezier曲线或B样条曲线，都是曲线造型技术中的经典算法，但也存在缺点。目前比较流行的曲线造型技术是细分算法，它有很多很好的性质，如多分辨率，应用简单等。由于其比较新，很多教科书中尚未介绍。一般我从应用层的角度将三次B样条细分和四点插值细分等典型算法介绍给学生，介绍他们的特点以及实现技术。真实感图形绘制部分，涉及数学、物理、心理学等方面的知识，理论较深，不太适合本科生学习。但由于其做出来的图形太漂亮，很具吸引力。而且，用OpenGL的库函数实现并不难，所以这部分内容我一般是介绍一些基本概念，然后做一些程序演示。一方面增加学习的兴趣，另一方面让他们意识到，有些知识尽管理论比较深，但由于有现成的类似OpenGL库函数这样的技术支撑，也容易实现。很多东西并不是想象的那么神秘，那么可怕。
4结语
计算机图形学是一门理论内容深，应用范围广的课程。本文就如何组织教学内容谈了自己的见解和体会，目的在于提高学生学习兴趣，让学生在易于接受的情况下学到更多有用的知识。实践表明方法具有一定的可行性，普遍学生反映，通过课程的学习体会到了图形学的博大精深，增加了图形学的学习兴趣。但也有部分同学感觉有些内容讲解不够深入，难以理解。所以，如何在有限的学时内更好地组织教学，还有待进一步探讨。相信通过学习、思考和实践可以做得更好。
参考文献：
[1] 唐荣锡,汪嘉业,彭群生. 计算机图形学教程(修订版)[M]. 北京:科学出版社,2000.
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核心期刊在发表的时候，大家应该都知道它相对于其他的期刊来说，应该都是比较难的吧，所以就有很多人就会选择核心期刊的增刊，那么问题来说，核心期刊的增刊还属于核心期刊吗？今天小编就来和大家详细的讲解一下。
增刊并不是非法刊物，增刊是很多正规刊物每年出版的合集，新闻出版总署规定，正规刊物每年可以出版两期增刊，由于增刊的刊号、主管单位、主办单位等等信息都是完全一致的，但是发表增刊需要三思而后行。
增刊上发表的论文并非绝对无效，因为期刊通常把一些具有相当水准，但又无法在正常周期的刊物上发表的文稿安排在增刊上，因此增刊的学术影响力较正常周期出版的刊物为弱，在评定中级以下职称时，省级期刊的增刊大多不被承认，但国家级期刊或核心期刊的增刊往往会被降级使用，相当于省级期刊或普通学术期刊。
所以在职称评审中，一般是不认可增刊发表的文章的，即便是核心期刊的增刊，也同样是不被认可的，文章也不会被知网等数据库收录，因此在评职称中是不能发挥作用的，建议作者不要发表增刊，评职称晋升最好发表正刊，正刊发表确实不易，尤其核心期刊，但是作者只要做足充分的准备也是可以顺利发表的。
核心期刊推荐：《计算机辅助设计与图形学学报》(月刊)创刊于1989年，是由中国计算机学会主办的我国CAD和计算机图形学领域第一个公开出版的学术刊物。该刊以快速传播CAD与计算机图形学领域的知识与经验为目的，刊登有创新的学术论文，报导最新科研成果和学术动态，及时反映该领域发展水平与发展方向。
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关键词：双语教学；教学模式；计算机图形学
双语教学是目前教学改革深入发展的热点，一方面可以满足当今社会对人才的需求，另一方面能够不断地提高学校的竞争力。信息与计算科学专业主要涉及数学和信息处理技术两个主要知识范畴，对该专业进行课程的系列化双语教学，需要逐步推进和总结其实践过程和经验。
1 计算机图形学课程双语教学的实施目标
双语教学指教师同时使用英语和汉语两种语言进行授课，通过两种语言的合理搭配，并关注讲授课程专业知识的主导性，使学生通过外语语言工具学好专业课程知识，营造使用外语进行学术思考和语言交流的环境，要求学生能准确全面地理解原版教材内容，提升学生运用中英文进行新课程专业知识学习的能力，使他们能在课堂上听懂专业知识，用英文完成作业练习、阶段性考试、期末考试、小型研究报告撰写和课程设计等教学内容，力求教学内容与国际接轨，以开拓学生专业知识面的深度和广度。
双语教学的最终目标是促进学生使用母语和外语进行思维交流。信息与计算科学专业对计算机图形学课程实行双语教学，要求学生不仅要具备在数学、计算机科学方面的学科专业知识和较强的编程能力，还应具备较强的外语应用能力，在此过程中掌握和提高其应用水平，但其主要目的是掌握数学和计算机专业课程的主要理论和技术，使学生具备用新的语言媒介去获取新知识和技术的能力，为培养具备创新能力和实践能力的国际性人才奠定基础。
2 计算机图形学课程双语教学的实施
组织和实施好双语教学是一个复杂的过程，它涉及教材的合理选择和利用、教学计划的合理执行、教学模式的合理选择、教师师资水平培养提高和教学方法采用等多方面因素。
2.1 选择合适的教材和教辅材料
教材和教辅材料是影响信息类课程双语教学的实施的一个重要因素，因此应根据本专业学科的特点及学生水平选择教材。教材应反映本学科领域新发展和与国际接轨的人才培养新体系。英文原版教材中的图形学知识系列、外语专业词汇系列和相关应用系列组成了最具实用价值的、以外语为表达媒介的知识体系。英文教材具有知识新颖、内容丰富、数据翔实、叙述得当、强调实践等优势，因而采用原版英文教材是把握双语教学质量最基本的前提。选择原版教材要考虑被授课学生的培养目标、课文中外语语言表述的难易程度、数学基础应用与算法及程序设计部分的比例等影响学习兴趣和理解效率的因素。
教辅材料是实际教学情况的适当补充和完善。教师在教学过程中，可分发归类成册的专业词汇对比手册以帮助学生更好地理解教材，提供主要的知识点提纲提高学生学习兴趣。
考虑到华东交通大学信息与计算科学专业高年级学生对数学和计算机知识已有所掌握，我们选用了偏重于数学知识和算法的英文版《计算机图形学的算法基础》，该书系统讲解了计算机图形学的基础理论和算法，内容涉及微积分、离散数学、空间几何、图论和计算机图像学的软硬件知识，学生可以从中涉猎到已掌握知识的英文词汇和相应的描述方法，并且能够逐步在新的语言环境中掌握计算机图形学相关数学和计算机应用的知识和能力。教学辅助材料采用华东交通大学编写的中文版数字图像处理和模式识别书籍，这些教材更偏重于算法的程序实现和工程应用，与原版英文教材的理论知识结构形成互补。
2.2 采用与双语教学相适应的“以学生为中心”的教学模式
双语的教学模式依照学生的理解程度与课程知识面的覆盖而灵活调整，教师与学生互动的教学方式将沟通相互间的信息交流和对理解程度的反馈。授课过程中，教师既要考虑到学生的知识基础和接受能力，又要根据学生对专业英语的理解程度制定较为灵活的教学步骤和教学方法。课程专业知识的传授采用45度递增函数曲线方式，课程中外语应用程度采用峰值为方波的正态分布函数曲线方式。学生对课程内容的理论知识和应用能力应该是随着课程讲授的进展而逐步夯实和提高的，一门课程采用双语教学还是母语教学都不能影响课程知识面的掌握，而外语媒介的引入和应用程度依知识面的掌握而做合理调整。在课程讲授的最初几周，教学过程中英文交叉使用，讲解以中文为主，专业术语和内容浅显的地方用英文介绍，而重点和难点则用中文讲解。随着学生英语水平的提高和对教学方法的逐步适应，教师可逐渐提高英语讲授的比重，最后过渡到以英文教学为主甚至是全英文教学。在课程学习的后期，考虑到应用问题的广泛性和课程复习的需要，教师可适当增加中文应用的比例。在课堂讨论以及程序编写和解释方面，教师可尽量鼓励学生使用英文，另外，整个教学过程中要考虑到学生对英文表达的接受能力，根据学生的英语理解程度制定和调整比较灵活的教学安排和教学方法。普通高校信息类、计算机专业课程的双语教学应安排在高年级的学生中开展，以保证学生具有一定的专业知识和英语基础，同时还能通过学生前期的数学和计算机知识及编程能力弥补其语言理解上的不足和缺陷。
2.3 制定和实施可弹性执行的教学计划
在课程的开始和复杂内容的传授阶段，同样的教学内容在两种语言授课的情况下，必然存在一定程度上对相同教学内容重复使用两种语言讲解的过程。教师还要考虑学生在知识水平和语言能力上的差异，并要保证大多数学生能够理解和掌握所授的教学内容，这在一定程度上影响了计划的课程进度。因此，教学计划在顾全内容的情况下需要考虑执行过程中的弹性和灵活性调节。在整个教学计划中，前期讲授的内容应该少而精，这个阶段是学生的语言应用适应调整期；教学计划中期讲授的内容应该控制在一般难度水平，这个阶段教师除了讲授具体的知识内容外，还需对外语语言在课程中的应用方法和技巧作一个引导式的总结，如外文教材科技知识描述的一般方式及对教学过程涉及的专业单词进行分类和总结，或将专业单词分为数学类、几何形状类和算法类等，使学生对所学知识的语言应用方法有个不断完善的过程；教学计划后期讲授的内容则可控制在用单一外语讲授知识内容的程度上，因为这个阶段的学生已适应双语教学的环境和教学方式，所以主要是加强专业知识和第二外语的使用；在教学计划最后讲授的内容安排上则要着重于课程知识点的算法实现和工程应用上，本阶段是学生双语教学的实际应用阶段，重点应放在培养学生的文献查询和研讨论文的写作上，这一阶段也是课程内容复结阶段，此时的授课内容和研讨专题的难易程度由具体的教学效果而做出适时调整。
在每一教学单元和阶段性教学过程中，授课内容多少可以依照课堂教学的实际情况而确定，如在讲授图形区域填充的内容时，主要介绍简单种子填充算法和程序实现技术，由理论和实验分析让学生知道这种算法的运算速度慢和要求堆栈大等不足，进而引入扫描线种子填充的算法和各种相应的改进算法，由此分析各种算法的运行效率和改进算法的来龙去脉。这种新算法引入的授课内容的深度和广度需要依学生的接受程度、课堂具体情况和这个教学计划的执行情况而灵活把握。教学实践中，对书本中的相关内容要合理取舍，课程中重点内容和主要知识点一定要讲得透彻清楚。
2.4 教学方法和方式的改革
课程试图采用多种教学手段和方式，实现教学资源和方式的优势互补。例如，将文字、动画、声音、图像、程序演示等媒体融为一体，通过生动活泼的教学方式使语言种类的使用对教学效果的影响降低到一定的程度。
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。老师起初适当使用较多中文，然后慢慢增加使用英文的程度，采用多媒体英文版课件为课堂教学的内容介绍方式，板书为主要概念、关键词和程序流程的解释、强调的辅助方式。板书语言依具体情况可采用英文或者中文，如在课程的阶段性总结时通过板书将专业词汇按算法分类、基础理论分类乃至专业单词的数学类、几何形状类等进行讲解和总结，在整个教学过程应采用多种方法或多种方式的组合，简单的内容可以全用英文讲解，复杂的内容则采用中英文混杂在一起讲解，课程中的主要算法、原理等核心内容部分用中英文各讲一遍。虽然投影屏幕上多媒体课件是全英文的，但课堂上讲授的语言可以采用不同的中、英文比例，黑板上板书内容的提示、强调和总结也可交替采用中、英文。
在对算法原理理解的过程中，充分采用与语言没有很大关系的视觉性媒介如图片动画等方式进行辅助讲解和演示，同时多用强调实践能力培养的源程序的讲解和演示来辅助算法理解，程序的源码对不同外语水平的学生具备相同的可理解程度，且源码的字里行间只包含算法的逻辑和过程，它的语言属性是中性和共性的。采用和创造的合适的语言环境将使得专业知识的传授过程变得更加顺利和通畅，也使不同层次的专业水平和外语水平的学生逐步融入和参与到课程教与学的过程中。
在课程学习后期的综合应用问题的专题讨论中，通过选择原版的科技论文进行讨论分析，对比论文中已采用的这门课程里的技术和算法，学生逐步从课程学习到接触实际的外文科技资料的双语使用逐步走向成熟，教师适时布置该课程的课程设计任务，要求学生的设计文稿和程序用英文形式完成。
针对计算机图形学课程的实践性和应用性强的特点，教师采取算法讲解与程序演示相结合，理论学习与源码编写相结合，课堂教学与实验课上机和课程设计相结合的教学方式。同时，借助于课程网站实现全部教学资源上网，教师在网络上提供重点内容的专题讲解和课程设计、毕业设计的范例，实现本课程教学资源的共享，使学生能够准确地理解和触摸到信息学科核心与前沿信息。
2.5 采用合理的考核方式和方法
有效的考核方式是对学生学习本课程的鼓励和阶段性教学质量把控的手段。本课程在信息与计算科学专业三年级展开，这一阶段的学生具备一定的数学、计算机学科知识和编程能力，针对掌握着不同层次的专业知识和外语水平的学生需实行多元化的评价方式以加强学生的学习兴趣和满足课程教育的基本要求。对学生学习的考核方式应体现在教学的各个环节，针对本课程实践性强且算法实现都有相应的视觉显示效果并具备广泛的工程应用的特点，需要考查学生对本课程知识综合运用的实际能力，采取课堂上编写小程序、上机实验时间完成小工程项目和算法改进、文献查询并撰写报告、期终卷面笔试和课程设计等阶段的考核成绩累计方式，分别在算法设计与编程能力、文献阅读与创新能力、口语和卷面笔试考核这几个方面来评定学生的知识点掌握和外语应用能力。
同时，合理适当的课程考核方式和结果是对双语教学效果的分析与评价指标，阶段性和分项考核也是对双语教学过程的质量的阶段性控制。通过对考核结果的分析比较，教师对教学内容难易程度和外语使用量的把控能够实时调整，也是执行和修正弹性教学计划的一个具体过程。阶段性地把握双语教学过程中的技术内容的教授和英文使用的程度是对双语教学全过程质量的控制。双语教学的效率和质量通过对教学过程和教学效果评价反映在学生的成绩和实际应用能力上。对双语教学效果的考核包含对学生的成绩评定和对双语课堂教学过程及教学效率的评价。通过学生对双语教学的网上评价和作业完成情况，可反映出学生对双语教学的质量的认同程度和对课程的理解程度。一门课程的考核也是对该专业的系列课程考核和评价的一部分，更是系列课程开展双语教学的体系构建和实施研究的一个重要方面。
3 双语教学的思考与分析
3.1 师资队伍的培养
双语教学的师资应具备良好的英语和专业水平。本课程的双语教学要求教师具备数学、计算机科学系列课程的专业知识，还要具备扎实的外语应用能力，并能将这两方面的知识灵活地兼顾应用。双语教师在教学实践中要通过合理分配两种语言的使用率使学生接受和掌握课程的主要知识点，在教学准备环节把握课程的难点和重点及学生的可接受程度，在课堂教学的过程中要揣摩学生的认知心理和理解程度，及时调整教学方式和两门语言使用的比率。教师扎实的专业知识只有通过合适的教学氛围和方式才能被学生所掌握。教师个体的双语教学技能要通过教学过程逐步提升，系列课程教师队伍的形成要通过合理的师资队伍培训和培养机制的建立和传、帮、带方法完成，这样双语教学工作就能得到良好开展。
3.2 探索有效提高学生学习主动性的教学方式
由于学生的专业知识和外语水平层次差别较大，教师不管采用何种教学方式，都应该考虑到施教对象的可接受程度等因素。在双语教学推广的初期，教师注重把双语教学的目标和涉及面控制在一定的高度和广度，课堂教学应考虑部分采用中文或英文讲授，慢慢过渡到用英文讲授专业知识。对于复杂的知识点，教师应采用从少到多、从易到难、先中文后英文讲授或交替的方法进行，配以多媒体演示和程序演示，分阶段将专业性英文单词进行分类总结。随着学生对技术内容和双语形式的适应，逐步加大课程内容的难度和英文使用的分量，教师授课时可以采用全英文的课件，但在授课过程中应注意循序渐进，对于简单的概念和理论采用英文解释，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。
学生对一门课程产生的兴趣将使其学习过程变得更加主动和顺利，对学生兴趣的培养需要将双语课程和他们的后继课程、毕业设计和职业规划相结合。考虑到部分学生由于外语水平层次缺陷而对于双语课程的学习与开展有一定的畏难或抵触情绪，因此双语课程的教学一定要控制外语教学实施的难度。知识点传授的重点和语言理解的难度要逐步推进和全面兼顾，使学生克服对外语语言的畏难情绪。教师根据学生的认知程度来调整教学活动，在教与学的互动过程中获得学生的反馈并提升其学习的主动性，使学生对课程内容和语言驾驭的积极性、主动性都能发挥出来，提高学生的创新能力和参与国际竞争的能力。
在信息与计算科学专业进行计算机图形学的双语教学，不但提高了学生在这门课程中的专业知识掌握程度和借助外语媒介进行新技术学习的能力，也为以后学习与国际合作、新技术相关的课程和从事相关研究建立了一个学习方法和途径。由于注重学生的实践能力和综合能力的培养，本课程中运用双语学习的方法和能力在后继课程、课程设计和毕业设计中将得到应用和发展，进而促使本课程在系列化课程双语教学实践中发挥更大作用。
4 结语
计算机图形学课程双语教学的成功实施取决于教学内容的合理调配，并始终将教学内容中知识点的传授放在教学工作的首要位置。实践证明，通过学生的主动参与，专业课程内容的掌握和外语水平同时均得到提高。我们将在教学过程中继续把更多教学经验和方法应用于相关专业的双语教学上，更好地为培养创新型人才探索贡献力情。
参考文献：
[1]姜忠鼎.计算机图形学教学与实践[J].计算机教育，2006（3）：10-13.
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随着三维扫描技术和计算机图形学广泛应用于工业，机械，医学等领域，三维模型成为一种新多媒体数据类型，面对庞大的三维模型数据库， 帮助用户快速准确地获取所需三维模型，实现资源重用成为了计算机视觉、计算机图形学界的一个研究热点。如何合理地描述三维模型即特征提取成为三维模型检索首先要解决的难点问题。同时绝大多数三维模型检索的研究都是针对通用模型进行的. 这也使得对三维模型特征提取的研究更加复杂。现有的三维模型检索技术可以分为基于统计特征、基于拓扑结构、基于几何结构分析和基于视图四大类。
基于统计特征的方法通过对三维模型的某一特征信息进行统计，获得统计直方图后将其量化而得到三维模型特征向量，但是大多数统计特征带有随机性， 检索性能不稳定。基于拓扑和结构分析得到的特征在检索系统中检索响应时间较长。基于视图将三维模型投影成多个不同视角的二维图像，再对二维投影进行特征的提取用以描述三维模型。这种方法将复杂的三维问题转化为较为成熟的二维图像处理问题，降低了计算的复杂度，符合人的视觉特征，检索性能较好。基于视图的三维模型特征提取一般为三个步骤模型预处理，视图获取，描述符提取。
二、模型预处理
对于任意三维模型，其初始空间位置、尺寸及方向具有很大的随机性，为了对三维模型在相同尺度、相同规则下进行比较检索，首先对其进行位置和尺寸标准化预处理。一般分为三个部分平移归一化，旋转归一化，尺度归一化。 完整的模型归一化过程表述为如下的几何变换。
S*R*（I-C） （2-1）
式中： s 为缩放系数；R 为对应于PCA变换的旋转矩阵；I 为原始模型坐标；C为坐标原点。
2.1平移归一化
平移归一化的目的是为了在模型上找到一个点作为新坐标系的原点，重新计算模型在新坐标系中的顶点坐标实际应用中的三维模型往往不是密度均匀分布的模型，文献[1]采用面积加权法来提高重心平移的鲁棒性，也就是将每个点的表面积作为该顶点的权重。
2.2旋转归一化
旋转归一化的目的是为了保证模型具有一个统一的姿态方向，使得提取的特征具有旋转不变性，文献[2]对旋转归一化改进利用蒙特卡罗法在三维模型表面均匀采点，以此代替原来顶点。该方法的特点是能快速地按照等面积原则，在三维模型表面采样大量的三维点数据。
2.3 尺度归一化
为了统一三维模型的尺度，保证拉伸不变性，需要计算缩放因子。文献[1]采用的方法是找到模型中距离质心最远的顶点，取值为这个最大距离的倒数，然后按照这个系数进行缩放。
三、视图获取
模型预处理完成后需要进行视图提取，按照提取的视图是否进行二次选择可分为：最优视图提取和多视图提取.
3.1多视图提取
多视图提取一般将模型放在球体或正方体盒内，在不同角度摄取二维深度图像，Min[3]等人提出使用三维模型的二维轮廓图描述比较模型之间的相似性。该方法从模型的正视、侧视及俯视三个固定方向获得二维投影视图，然后对每副视图进行轮廓特征提取。该方法由于只选择了三个固定方向上获取视图。不能够完全表达模型Chen[4]等提出一种基于光场（LightFiel Descriptor， LFD）的特征算法。首先，在正十二面体的10个顶点处捕获二维图像，由于正十二面体是对称的所以只取20个顶点中的10个。每个顶点处设定10中不同的光场，这样对于各个三维模型可以采100张图像。对于每张图像提取Zemike矩特征（取35个系数）和傅里叶变换特征（取10个系数），最后用4500维的特征向量来表示一个三维模型，庞大的特征向量带来计算的困难。Shih[5]等提出了一种基于正视图的特征提取算法，提取六个正视图来表示三维模型，所有正视图都是二维灰度图形，用最小正方体盒包围三维模型分别从前部，上部，右部，后部，下部和左部6个角度投影获得正视图，将每个图形分解为L个同心正方形提取出图形描述符。
3.2最优视图提取
由于产生的多视图来描述模型在检索模型时计算时间长，且有些视图是冗余的。有些研究者会将多视图进行最优选择出一组或一个最优视图。Cyr[6]等人提出基于形状相似性的代表性视图（Aspect Graph）方法。该方法首先对三维模型从不同视点得到大量视图，然后用一组代表性视图描述三维模型。代表性视图通过对视图集聚类分析，选择那些彼此之间存在明显差异的视图而得到。
刘志等采用AdaBoost算法对输入三维模型形状特征进行相似性学习得到该模型的最优视图样例，然后将输入模型从不同视点得到的渲染视图和最优视图样例进行形状相似性分析，以相似度最高者作为输入模型的最优视图.得到的最优视图不仅可以有效地逼近用户选择结果而且具有较好的稳定性。
四、总结
由于三维模型及其组成的三维场景能提供比二维图像更多、更丰富的视觉感知细节。所以三维模型的检索与复用近年来成为计算机图形学领域内的一个重要研究课题。但三维模型比二维图像特征提取更为复杂，现在二维图像处理技术非常成熟所以将三维模型表达成视图在进行处理，得到很好的模型描述符在检索三维模型时节省时间。
参 考 文 献
[1]基于视图的三维模型检索技术研究 冯毅攀 浙江工业大学硕士学位论文 2011.10.20
[2]三维模型特征提取与检索 柳 伟 申请上海交通大学博士学位论文 2008.1
[3] P. Min， J. Chen， T. Funkhouser. A 2D sketch interface for a 3D model search engine[A]. Proc of 2002 annual conference on Computer Graphics Proceedings[C]. San Autonio： ACM， 2002， 138.
[4]D.Y. Chen， X.P. Tian， Y.T. Shen. et al. On visual similarity based on 3D model retrieval[J]. Computer Graphics Forum. 2003， 22（3）： 223-232
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1引言
虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)主要采用以计算机技术为核心的现代高技术生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境(Virtual Environment,简称VE),用户借助必要的设备(如特制的服装、头盔、手套和鞋),以自然的方式与虚拟环境中的实体对象进行交互作用、相互影响,从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实具有3I特性,即交互(Interaction)特性、沉浸(Immersion)特性和构想(Imagination)特性。交互特性强调参与者通过专用设备以人类自然方式与VE中的对象进行相互操作;沉浸特性要求计算机所创建的虚拟环境能使参与者产生置身其中的体验;构想特性是指虚拟环境能够启发参与者发现新问题并辅助产生创新思维。
二十世纪六十年代初,“图灵奖”获得者,被称为计算机图形学之父的美国科学家Ivan Sutherland发表“终极显示”论文提出虚拟现实概念,自此,虚拟现实技术历经一系列里程碑式的理论、方法与技术研究工作,并取得了重大工程应用成果。今天虚拟现实技术的应用领域已经非常广泛,主要包括三大应用方向,即训练演练、规划设计与预测、观赏娱乐等。例如在虚拟战场环境中进行作战指挥模拟,宇宙飞船、飞机、舰船模拟驾驶训练,飞机、导弹、轮船等复杂系统的虚拟设计与制造,城市环境规划及其建筑物的展示,手术培训与导航,游戏动漫与影视制作等。由于虚拟现实技术涉及的学科综合性、交叉性强,是可以拉动多学科发展,不断产生新思想、新技术,具有广泛和重大应用前景的科学技术领域,国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)把虚拟现实技术确定为信息领域优先支持的三大前沿技术之一。
2课程的特点
北京航空航天大学计算机学院从1994年开始从事虚拟现实技术领域的研究,取得许多创新成果,在相关学科领域产生了较大影响,逐步形成了北航计算机学院一个新的优势学科方向。作为计算机应用本科生的专业限选课程,“虚拟现实技术”课程教学已经讲授了5年。本课程的教学目的是通过对有关虚拟现实技术国内外研究热点问题、典型研究工作的介绍,使学生了解当前虚拟现实技术的发展趋势;通过对虚拟现实基本原理、基本算法、开发方法、主流系统的介绍,使学生掌握虚拟现实主要技术、开发环境与平台;以虚拟现实技术与系统国家重点实验室研究工作为主要实践教学支撑,培养学生的创新能力,满足国民经济和国防部门对虚拟现实领域专门人才的需求。虚拟现实课程具有以下特点:
2.1学科交叉性、综合性强
国家中长期科学和技术发展规划纲要指出:“虚拟现实技术重点研究心理学、控制学、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统、电子学和多媒体技术等多学科融合的技术,研究医学、娱乐、艺术与教育、军事及工业制造等多个相关领域的虚拟现实技术和系统。”虚拟现实技术主要从计算机科学与技术、控制科学与技术、机械工程科学与先进制造技术等学科中孕育并实现跨越,逐步发展成熟,涉及心理学、认知科学、计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术等,学科交叉性、综合性强,如图1所示。
2.2数理基础要求高
虚拟现实课程的许多理论、方法和技术涉及大量的数学公式和物理定律,例如在基于图形的虚拟现实技术中所涉及的计算机图形学,基于图像的虚拟现实技术中所涉及的图像处理和信号处理技术,在建模技术中涉及的动力学、运动学等,都需要学生具备深厚的数理基础。
2.3创新思维丰富
虚拟现实被众多学者认为是科学研究与工程实践中理论和实验方法之外的第三种方法,可以虚拟和仿真人类难以到达的宏观或微观环境,进行研究和体验;在虚拟环境下进行逼真的规划、设计、训练演练,作出评价和决策,其与生俱来的构想特性能够启发参与者发现新问题并产生创新思维。虚拟现实技术由于多学科交叉性,在不同学科交叉融合中源源不断地产生新思想、新方法。
2.4工程应用突出
虚拟现实技术既有坚实的理论基础和方法,也有大量的典型算法,同时又是一门应用牵引强,各种开发平台和应用工具丰富,人机交互设备多,软硬件结合与系统集成占相当比重的课程。
2.5课程内容多课时紧
本课程是本科生计算机应用方向的限选课程,在本科四年级上学期开设,其间正值学生考研复习准备阶段,课时总计36学时,课内教学18学时、课外实践18学时,授课时间十分紧张。
3教学内容安排
我们经过多年的教学实践,在不断与学生教与学交互的活动中,结合自身学科研究特色,总结、完善主要教学内容,形成了如下的教学大纲:
第一章:概论(2h)
问题的提出、名词术语、虚拟现实特征、里程碑工作和研究现状、国内外典型应用实例。
第二章:虚拟现实硬件与系统(2h)
虚拟现实输入设备、虚拟现实输出设备、高端图形工作站、图形处理单元(Graphic Processing Unit简称GPU)、典型沉浸式交互系统的构建实例。
第三章:基于图形的虚拟现实建模与开发技术(6h)
视觉感知相关基本概念、场景表示与数据库结构设计、CREATOR建模软件与合成自然环实例、场景图组织与基本绘制流程、OpenGVS与WTK开发软件、虚拟场景漫游应用程序开发实例。
第四章:基于图像的虚拟现实建模与绘制技术(2h)
IBMR技术与全光函数、全景图像与柱面全景图像实例、同心拼图方法。
第五章:人工生命-人工鱼实例(2h)
人工鱼的总体方案、人工鱼的生物力学分析、感知与行为建模、几何建模与外观属性、虚拟海洋环境建模、运动系统、逼真性与效率权衡。
第六章:虚拟人技术(2h)
人体抽象模型与国际标准、逼真运动获取与表示、运动约束与重用、虚拟人技术应用实例。
第七章:分布式虚拟现实技术(2h)
DIS技术与IEEE1278、HLA技术与IEEE1516、分布交互仿真程序开发与应用实例。
教学实践与课外教学安排:(18h)
课外研读学习OpenGL、构建虚拟现实漫游程序;参观虚拟现实技术与系统国家重点实验室,观看演示、操作实验室研究设备,了解当前主要研究方向和趋势。
4教学实践与思考
针对虚拟现实课程的上述特点,我们在课程的教学活动中形成了“突出三个基本,注重融会贯通;点面结合,各有侧重;结合实例,促进创新思维”的教学思路。
4.1突出三个基本,注重融会贯通
在教学中突出三个基本,即突出基本原理、基本方法、基本算法的讲授。虚拟现实课程的诸多内容来自不同的研究和应用领域,貌似差之千里,但是其核心思想常常殊途同归。对于这部分内容在教学活动中应有意识进行联系,分析讲解,努力让学生融会贯通。以细节层次概念(LOD)为例,细节层次概念是图形建模中的基本概念,是指用一组复杂程度(常常以多边形数来衡量)各不相同的实体细节层次模型来描述对象,在运行时根据一些主客观标准在这些LOD模型间进行切换,实时改变场景的复杂度,从而能够绘制效率与效果的平衡,该方法需要解决模型间切换时产生的视景跳跃问题。在GPU的基本贴图处理(MIP MAPPING )、复杂光照模型实时绘制等研究工作中也引入和应用了同样的原理,因此在讲解细节层次概念时进行举一反三,加深学生对这一满足逼真性和绘制实时性普适基本方法的理解,进一步可以引伸出连续细节层次方法以及与视点相关的递进传输技术如何满足基于网络的虚拟现实应用问题。这样教学思路始终贯彻在七维全光函数降维、八叉树的数据组织方法等诸多教学内容中,以达到融会贯通的目的。
4.2点面结合,各有侧重
虚拟现实课程涉及学科众多,内容十分丰富,有限的课时内做到面面俱到几乎不可能。我们的教学大纲基本覆盖虚拟现实的主要研究分支,重点是基于图形和基于图像的虚拟现实技术,由于增强现实在其他课程有重点讲授,不过多涉及。其次注重对当前国内外的研究重点、热点问题,以及当前的主流设备、开发工具与平台介绍。通过发挥授课教师的计算机科学与技术专业背景,结合实验室多年的研究工作进行知识点的深入讲解。例如在分布式虚拟现实技术教学中,实验室在该方向上开展了长达十年的研究工作,研究成果既体现了该内容的基本方法、国际标准,又体现了当前的最新研究成果。该内容的教学从早期的DIS入手,通过与HLA核心技术的对比,重点讲解分布式虚拟现实技术如何应用数据抽象与封装、与订购、基于值的信息过滤 (DDM)等核心技术解决大规模交互仿真问题,进一步引伸介绍目前该方向的研究进展,让同学了解当前研究热点问题。
4.3结合实例,促进创新思维
虚拟现实是一门多学科交叉的科学技术,不同学科理论与方法的互相借鉴、启迪、创新尤为明显。因此在讲授具体内容的同时,应介绍该研究工作和成果产生的背景,体现交叉创新、集成创新思路,启迪同学的创造性思维是本课程不断追求“授之与渔”的目标。在课程综述中重点介绍信息资源环境的智能化、普适化、协同化、沉浸化发展的各个不同历史时期代表性工作,以及仿真技术、先进制造技术等学科对虚拟现实的重要贡献,突出虚拟现实技术交叉融合的特性。将具体的课程知识点讲授融入到典型实例中,人工生命课程教学中以ACM优秀博士论文工作为基础,讲述了人工鱼的感知与行为建模、几何与外观属性建模、虚拟海洋环境建模等,目的在于突出建模内涵的宽泛性和在虚拟现实技术中的重要地位,通过详述人工鱼的生物力学分析、总体方案设计,行为与运动系统实现,归纳总结出多学科交叉、逼真性与效率的完美平衡是其创新所在。在讲授虚拟人技术时,首先提出逼真人体运动复杂性和实时性这一矛盾,引入机器人技术领域的逆向运动学以及信号与系统中的信号处理方法,重点介绍借鉴其他学科方法解决虚拟人运动重用和大规模人群等关键问题,强调借鉴启迪是创新的源泉。在诸如同心拼图、分布式虚拟环境中同样贯彻了结合实例,促进创新思维这一教学思路。
5结论与展望
“虚拟现实技术”涉及面宽、内容十分丰富,同时发展迅速,应用越来越广泛,如何讲授好该课程是一个需要不断探讨、研究总结的教学课题。笔者在多年的教学活动中,通过教与学的交流,不断总结形成了一些教学思路和方法,取得了良好的效果,但是仍然需要不断完善充实,主要包括两个方面内容:(1)如何做好虚拟现实技术课程与计算机图形学、多媒体技术、图像处理技术的衔接;(2)如何利用好虚拟现实技术与系统国家重点实验室的研究环境、软硬件资源以进一步加强虚拟现实课程的实践环节。我们将在今后继续研究探索,以解决这些重要问题。
参考文献:
篇10
主办单位：华北计算技术研究所
出版周期：月刊
出版地址：北京市
语
种：中文
开
本：16开
国际刊号：1673-9418
国内刊号：11-5602/TP
邮发代号：82-560
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：2007
期刊收录：
核心期刊：
期刊荣誉：
篇11
主办单位：中国科学院软件研究所
出版周期：月刊
出版地址：北京市
语
种：中文
开
本：16开
国际刊号：1000-9825
国内刊号：11-2560/TP
邮发代号：82-367
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1990
期刊收录：
SA 科学文摘(英)(2009)
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊荣誉：
中科双百期刊
篇12
一、虚拟现实技术的概述
虚拟现实（VirtualReality，简称VR技术），又称灵境技术，是以浸没感、交互性和感知性为基本特征的计算机高级人机界面[1]。虚拟现实系统的核心设备仍然是计算机，即通过计算机图形构成的三维数字模型，以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界，并通过头盔显示器(HMD)、数据手套等辅助传感设备，给用户提供一个观测与该虚拟世界交互的三维界面，使用者可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，使人和计算机很好地“融为一体”，给人一种“身临其境”的逼真性，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验。
作为尖端科技，虚拟现实综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和传感技术的最新发展成果，是一种由计算机生成的高技术模拟系统。虚拟现实技术的应用前景十分广阔，已广泛应用于工业、模拟军事演习、工程、教育、医学、字化酒店、商品展示、娱乐等领域，也同样适用于网络会展。
二、虚拟现实技术在会展业中的应用现状
随着迅速发展的虚拟现实技术与计算机多媒体展示技术的结合，在展览方面也不断涌现出一些结合虚拟现实技术的网络会展。如今国外的虚拟会展业已经十分成熟，如著名的德国汉诺威展，在网络上运用虚拟现实技术建立三维立体的展示系统；国外一些城市宣传也开始采用虚拟现实技术，如网上新加坡、虚拟庞贝古城、虚拟巴黎圣母院等，运用三维虚拟现实技术展示一些有价值的文物、展品和三维场景，使用户能够通过Internet远程连接去体验。
国内的虚拟会展目前还基本属于界面包装，主要通过二维平面静态地网页展示，如中国茶叶博览会，采用虚拟现实技术对茶具和茶文化进行网上浏览，还有虚拟现实环球网站（www．vwww．com）利用虚拟现实技术进行网上展销；再如武汉国际机电博览会，采用网上虚拟武博会和武博会同期开幕，未到展会现场的客户通过点击该网站，就可像亲赴现场一样，可在场馆内每一个展位前流连，任意观看各种产品，了解它们的性能和用途，甚至突破实际参观过程中的限制，深入了解展品的内部结构，浏览武博会的即时信息。
虚拟展览系统按其表现形式可分为三类：①运用图文声像以及环视图展示物品和场景。这类系统因表现形式的局限，不能更生动、更全面的展示。②单纯的三维场景展示，用户可以随意漫游，但只提供展览会的表面形式，不提供展览内容与展览场景的关联。③既提供三维场景，也提供实际展览内容，并与三维场景结合在一起[3]。
三、基于虚拟现实技术的网络会展发展的展望
在综合考虑现有技术条件及未来虚拟现实技术发展前景的情况下，网络会展的发展将会呈现出两种模式，即现阶段的实物会展+网络会展+电子商务模式和未来的实物会展+网络会展模式，具体理念如下：
（一）实物会展+网络会展+电子商务模式
网络会展作为会展业一种新的发展形势，有着广阔的发展前景。但目前网络会展还只是实物会展的补充和配角，网络会展只有作为实体展览的辅助，才能逐渐地被人们认识而发展起来。免费论文，虚拟现实技术。就目前情况而言，线上展会和线下展会二者可相互补充，二者有机融合会相得益彰的。当然双方会有部分重叠，但不可轻言取代，否则就是昏了头了，若干年后或许会的，但至少目前不会。因此，我们不能夸大网络技术的作用，基于传统会展的传统优势，传统会展仍然起着主导作用。免费论文，虚拟现实技术。同时，随着会展业的蓬勃发展，促进了电子商务技术向会展业的渗透，在某种程度上弥补了网络会展技术的不足，促进着网络会展的发展。
总之，在目前甚至今后相当长的一段时间内，我国会展将遵循实物会展+网络会展+电子商务模式，即充分利用电子商务技术大力发展网络会展，实物会展和网络会展并举，实物会展结束后，网络会展作为实物会展的延伸和补充，继续实行“永不落幕的会展”，并不断更新、丰富和完善，使实物会展和网络会展相互促进，共同发展壮大。
（二）实物会展+网络会展模式
由于网络展会的模式模糊和传统展会的主导地位，中国会展业进入网络时代还有很长的一段路要走。但从长远来看，网上会展前景不可限量，随着虚拟现实技术的进一步发展，必将成为现代展览业的重要组成部分，必将代替部分实物会展，从而实现实物会展和网络会展并存的局面，这是一种必然的趋势。免费论文，虚拟现实技术。免费论文，虚拟现实技术。因为网上会展有不受时空限制、节省展览交易成本等优势，很多商品和服务都适合在网上进行展览和销售。如网络图书展就有绝对优势，因为图书没有过多的质地的要求、尺寸的要求，在网上看到的这本书和书店买到的书几乎没有差别。另外，从目前网络交易的商品清单看，网络交易的对象正从数码产品迅速扩展到服装、电器、日用品、玩具、个人护理品等众多产品，而这些产品正是我国制造的优势所在，也是目前办展频率最高的产品。免费论文，虚拟现实技术。这些产品将来都可以作为网络会展展示的对象，市场前景好。免费论文，虚拟现实技术。
此外，会展业的发展与土地资源供给瓶颈的矛盾已见端倪。政府不可能无止境的耗费大量土地进行场馆建设，同时场馆建设投入大、周期长、风险大，而在互联网上建立虚拟展馆，举办网络展览却可以节省大量时间和金钱，大大提高展会的效益。可见，我们既要看到目前实物会展的优势，也要前瞻性的看到网络会展的优势，尤其是网络会展的后发优势和趋势，为大力发展网络会展，共创低碳会展经济做好一切准备。
参考文献
[1]刘伟.基于虚拟现实技术的企业展项的设计[J].现代电子技术，2009（24）：49.
[2]许亚丹，王野.网络会展的传播与经济比较[J].当代传播，2006（5）：66.
篇13
<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
