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计算机图形处理技术范文1
关键词：计算机；图形图像；处理技术
中图分类号：G202 文献标识码：T
Abstract：In the 1980s，the concept of computer graphics，then graphics image processing technology rapid development，and gradually become very mature.In computer science，image processing technology is an important content and progress of computer technology makes the image has a more diverse purposes，and is widely used in many fields.In this paper，according to the development of computer graphics，graphics image processing technology and its application are discussed.
Keywords：the computer；graphic images；processing technology
1 引言（Introduction）
互联网的高度普及使得我们的生活越来越离不开计算机，而计算机促进了图形图像技术不断发展，从土木工程、机械设计到视频处理等都需要计算机图形图像处理技术，越来越多的人们开始积极投入到计算机图形图像处理工作中[1]。但这种新兴技术发展时间不长，应用手段还不成熟，巨大的潜能还有待深入开发，相关行业的技术人员应该进一步加强图形图像处理技术探索，以适应现代社会的发展。
2 计算机图形学（Computer graphics）
19世纪中叶，美国出现了计算机附件，滚筒式绘图仪就是该时期科学家发明的，这使得过去的数字式记录仪的操作繁复、毛病多的问题得以有效解决，而此时社会正处于电子管计算机发展阶段。到了20世纪50年代，美国林肯实验室创造了空中防御计算机体系，该体系充分运用了计算机显示器，可在上面用笔点击操作，以此控制目标。并且不少技术、图形设计已经大量运用于社会日常生活中，计算机图形学渐渐兴起。计算机图形图像处理技术的表达目的明确而简单，即以处理过的图片来冲击人的视觉，将仿真的美感真实展现出来，让人们获得视觉享受。图形的几何数学设置是实现这个目的的基本方式，在模型中表现出图形的光照、材质以及纹理等要素，满足图形设计要求。从几何图形处理角度来看，计算机功能深受图形学的影响，计算机图形学在几何模型建立中对几何实体技术以定向分析的方式加以处理，图形数据结果会以数字图形来表现，故而计算机图形图像处理技术和计算机图形学有着十分密切的关系。
3 计算机图形图像处理技术（Computer graphics image processing technology）
计算机图形图像处理技术的内容包括了旋转、投影、缩放等几何转变；图像复原、分析、编码、分割等；将计算机图形图像的线、隐面进行消除；计算机图形图像建模、造型；拟合操作图形图像的曲线、曲面；色彩设计、贴图纹理处理、明暗处处理。计算机图形图像通过这些内容以数字图像的方式展现物体的几何数学，再以诸如修改、储存等后期处理方式来完成图形图像处理。
计算机硬件设备、图形图像处理软件是计算机图形图像处理技术运用的两大基础。一般来讲，高性能的计算机硬件能够对高质量的图形进行处理，计算机和显示终端则与图形图像处理软件有莫大的关系。计算机图形图像处理软件自身有着设计、修改、存储等作用，能够快速地整合图片上的数据，使计算机中央处理不会承担过重的负载，提高软件工作效率，使图片的质量得到很好的保证[2]。鼠标、键盘作为计算机图形图像处理的输入终端，其作用就是定位和修改图片，而计算机图形图像的输入输出设备、显示系统则是打印机、绘图仪、显示器等硬件，它们能够有效地保存图片。研发与设计是计算机图形图像处理技术的重要环节，输入输出、对话、储存、计算等等功能是计算机图形图像处理技术的基本作用，所谓输入输出是指将图形的几何参数输入图形中，以状态显示的方式输出、复制修改过的数据。其对话功能是指人和计算机的交流是通过人机交互设备、显示器来进行，且能够修改和调整图形数据。而分析转换并保护图形图像的几何参数则是计算机存储功能的体现。经济、高效而协同是计算机图形图像处理技术的特点，它将过去那种设计、出实物、试验的技术处理方式进行了改变，其仿真模拟利用CAE软件就能够实现，而且节约了设计成本。以前人工绘图的工作方式因为CAD等软件而得以改变，它能够有效结合二维与三维设计，把那些多余的工作环节省去，使设计者的工作效率更高。另外，各部门及专业在传输共享信息数据时可以用产品数据管理软件来实现，企业间或者部门间的协同配合作用被加强了。
4 计算机图形图像处理技术的应用分析（The application of computer graphics image processing technology is analyzed）
当代社会的各个领域都在广泛地运用计算机图形图像处理技术，该技术的成熟主要体现在以下领域中：
4.1 计算机辅助设计、制造
计算机技术在当今人类社会运用实践中正不断地获得新的突破，计算机图形图像处理技术的有关软件也在层出不穷地诞生。这些软件可以更加形象、直观、生动地表示三维图像及动画物体的形状、大小、质感等特点，设计者对图形图像的设计思路也更有目的性，且可以不断修改。这使得人工绘图的二维设计缺陷得以被弥补，生产研发时间被大幅度缩短，产品的投产时间更快，进入市场也更早。研发时利用参数等在计算机上传输物体开发过程，既能够指导生产研发程序，又能够实时监督产品设计时的形态、质量等问题，使零部件的性能得以保障。设计者可以利用计算机绘图平台提高工作效率，加强产品创新。例如，某个知名的汽车制造公司在制造汽车零部件，过去都是先制造实物，然后再根据实物开展试验，最后研究分析试验结果。这样的做法既造成人力物力的极大浪费，而且试验中的误差也非常大。如今汽车零部件的设计都是运用数字化手段，不但让设计人员的工作效率被提高，而且设计出来的产品精度也很高。汽车零部件的质量、安全性、结构强度、疲劳强度等可以运用CAE等相关软件来实施模拟实验[3]。计算机辅助控制系统是很多汽车制造公司在设计分析汽车控制系统所采用的软件，它的好处就是以图形的方式介绍操作方法，大部分人都可以比较轻松地掌握。在开发设计汽车零部件的时候，模拟仿真分析能够提供相关的数据信息，而发动机ABS等零部件的开发可以运用控制系统分析技术来仿真模拟，或者分析汽车的物理性能和参数。
4.2 国家地理图和自然资源图
国家运用计算机图形图像处理软件在一张图片上整合出一国的地理分布图和资源图，便于规范和统一管理国土资源，也能够提供一些科学数据供以规划国土资源。人们还能够在地形地貌图绘和建模中运用计算机图形图像处理技术。地形地貌、自然资源图是国土信息的基础，也是一国的经济系统不可或缺的部分。人们对这些信息的存储可以运用平面图绘制，并生成三维地形地貌图。国家高层在国土整治中会依靠这些信息进行预测，并将之作为决策依据，便于国家以科学发展观理念去综合治理、有效开发，不过这些也对军事方面有着相当重要的作用。
5 结论（Conclusion）
综上所述，由于我们正处于互联网高速发展时代，计算机的普及已经大规模展开，而计算机图形图像处理技术会随着时间的推移被运用于更多的领域。当下，不管是大学还是高中，都已经设置了计算机课程和图像处理课程，这有助于推动计算机应用的大面积普及。人们的日常生活也因为计算机图形图像处理技术的出现日益丰富，而且这些内容的具体化、色彩化令人印象深刻。尽管我国的计算机图形图像处理技术还不十分完善，和欧美发达国家的高水平运用还有不小的差距，不过由于计算机软硬件的更新换代速度很快，技术上的缺陷也因此而被有效弥补。计算机图形图像处理技术的应用随着社会的发展而不断扩大应用范围，除了传统的机械领域外，对于广告业、动漫业都有积极地促进作用。计算机图形图像处理技术的不断进步，客观上也促进了人员技能的进步，为多元化的社会的可持续发展做出重要贡献。
参考文献（References）
[1] 何援军.计算机图形学[M].北京：机械工业出版社，2006（05）：12-13.
[2] 陈敏雅，金旭东.浅谈计算机图形学与图形图像处理技术[J].长春理工大学学报，2011，15（1）：97-98.
[3] 官小云，杨培会.简析计算机图形图像处理技术[M].人工智能，2013（09）：61.
计算机图形处理技术范文2
关键词：图形图像处理；平面设计；计算机技术
引言
在图形图像处理中应用计算机技术，通常是对数字化图形图像进行处理，有着快速、精准的特点。随着计算机技术的快速发展，在该项技术的加持下图形图像处理中所表现出的设计能力水准也在不断提高。应用计算机技术对图形图像处理进行多元加工设计，能满足更多美化与调整要求。鉴于此，由于图形图像处理中计算机技术的应用以及今后的专业发展空间非常广阔，所以针对这方面内容展开研究显得尤为必要。
1图形图像处理中的关键计算机技术
本质上，在图形图像处理中应用计算机技术是将图形图像转化为数字化信息，然后将数字化信息存储到计算机中，利用相关算法对图形图像进行合理处理，所以可将图形图像处理视作为编辑过程。而随着社会时代、科学技术的发展，各行业领域对图形图像处理技术的应用愈发广泛，应用计算机技术进行图形图像处理已成常态，基本上可划分成图像编码、图像增强、图像复原以及图像数字化等多种类型[1]。而在图形图像处理中所应用的关键计算机技术，主要有如下两种。
1.1CAD技术
应用CAD技术对图形图像进行处理，一般是指应用相关软件，因为该项技术主要是立足图形图像处理而研发的应用软件，这款软件在许多企业的产品设计中有着广泛应用，通过对此软件的合理应用，不仅能为关键信息的存储提供便利，同时也能大大简化图形绘制工作的难度。应用CAD技术对计算机图像进行处理，需要根据设计方案的差异去采取相应的处理方式，通过深入分析研究确定最佳设计方案。借助软件功能能够对图形图像信息与文字信息进行有效处理，并且对此类信息进行合理编辑[2]。CAD技术在各行业得以广泛应用，而且能通过曲面造型与交互技术不断拓展，其中交互技术指的是教图形图像输出至设备中现实，通过购进坐标系对图形图像进行透视、平移以及图形转化，丰富图形图像的变化。而且在交互技术的加持下，设计人员在设计中能通过人机交互不断调整设计数据，提高虚拟打样工作效率，获得最佳设计效果。
1.2数字化技术
在应用计算机技术对图形图像处理时，最基础的技术应用为形态化和立体化的数字技术，在处理图形图像前需要对其作数字化处理，经过转化后成为能被计算机设备识别的格式。在这一过程中，前期采样必不可少，同时在采样完成后还要沿着图像水平或垂直方向做好分割，得到详细、量化的数据点，然后重新进行编码与压缩。图形图像信息在计算机中的存储，关键点就在于压缩编码，常见方式为变换编码、预测编码与波点编码等等[3]。
2计算机图形图像处理技术的应用
应用计算机技术开展图形图像处理工作，在诸多行业领域中有着广泛应用，常见的有曲线数学模型、虚拟现实技术中应用计算机，在计算机软件与硬件的加持下构建图形图像与模拟场景，实现对光线、阴影等元素的调整，保证了设计阶段的空间、环境更贴近现实，能呈现最佳设计效果。同时，应用计算机软件对物体实施数字化临摹，能对图像进行存储、显示与修改，利用CAD、动画、人脸识别等技术进行图形图像的优化。
2.1人脸识别
人脸识别属于计算机图形图像处理技术的中重要应用，能够实现人脸自动化识别，主要应用场景在公司打卡、车站出入等，具体应用中需要用到高清彩色摄像头对人脸信息进行拍摄获取，然后将信息上传至计算机分析软件中，通过人脸分析算法对人脸各区域进行划分，然后提取面部特征，将个人的眼睛、鼻子、嘴巴、耳朵等脸部数据信息汇总形成独立数据库，实现对人脸的自动化识别。最早的人脸识别只能对静态图像进行分析，随着计算机技术的不断发展以及各种活体检测分析技术的成熟，现如今已能实现动态人脸检测，大大提高了该项技术的应用安全性以及丰富了应用场景。
2.2平面设计
在图形图像处理中计算机软件的应用十分广泛且能实现良好效果，为平面设计提供了众多风格选择，比如自然风、复古风、民族风等等，自动化为各种风格的色彩进行搭配与转化，大大提高了平面设计的个性化。比如，设计人员可利用PS软件对图形图像的基本颜色进行加工，进一步优化图像的表现效果，显现图像的表现力。PS中的色彩模式主要有RGB、CMYK等模块，技术人员能够结合各种色彩模块对图形图像颜色进行辅助设计，提高图片优化效率。如果没有直接可用的颜色进行选择，还可利用颜色调节工具对所选颜色进一步微调；如果色彩调节效果依旧不够理想，则可在PS软件的菜单中选择ImageAdjust（调色区）选项，进行更细节的调整[4]。聚焦于颜色对比、明亮度等方面，在原本色调基础上进行修改；或者采取通过添加图层蒙版去优化图形图像的色层，能达到更好效果，实现最佳调色状态。不难看出，在平面设计中应用计算机图形图像处理技术，通过细致化的调节颜色、搭配风格，能够保证平面设计作品的色彩、结构等更加科学合理。
2.3工业生产
计算机图形图像处理技术在工业生产中同样有着广泛应用，其中最典型的有机器视觉系统，该系统集成了图像采集、图像处理、控制决策等系统，通过实现视觉自动化定位，可对目标物体进行预期控制，达到自动化生产的目的，常用于生产搬运、设备焊接等领域。从目前行业发展来看，最常见的软件平台为Matlab、OpenCV等，在视觉定位技术方面优势明显[5,6]。除此之外，工业生产中应用计算机图形图像处理技术，还表现在电路板印刷、集成电路设计等方面，同样有着无可替代的优势；在建筑工程图纸设计中也可应用计算机技术进行建模，基于二维信息合理衍生三维信息，促进工程设计效果的合理化；在地图绘制工作中，同样可用计算机图形图像处理技术，因为国土技术信息需要涵盖多方面信息，如自然资源、地形地貌等等，均需在计算机技术的辅助下才能确保其完善性。
2.4辅助设计
在产品研发过程中，技术人员一方面要将研发过程信息存储到计算机，另一方面需要对产品设计的形状、质量进行全面监控，保证产品的推出能受到市场的欢迎。在产品研发中应用计算机图形图像处理技术，不仅能提高工作效率，也能保障设计质量。举例来讲，汽车零部件生产研发，如果采取传统研发方式，前期的零部件吻合度、耐磨性、性能等方面测试需要生产出实物部件才能进行，然后研发人员结合测试结果不断进行优化，可见这一方式效率较为低下，并且会造成大量浪费；而应用计算机图形图像处理技术辅助设计，便能体现其优势以数字化形式开展设计研发，既能保证设计的精准性与合理性，也能避免资源浪费。
计算机图形处理技术范文3
【关键词】 中职；图形处理；课程教学；教学方法
【中图分类号】G64.03 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）15-00-01
图形处理技术是一项系统性很强的技术，也是一种重要的图形设计手段。当前，许多中职学校开设了视觉设计类专业，而图形处理类课程则是此类专业的重要基础性课程。在当前的中职图形图像处理实际教学过程中，许多教师未结合图形图像处理技术自身的优势进行教学，导致课程教学水平不佳，没有激发出学生对该课程的学习积极性。
一、中职图形处理类教学过程中存在的问题
1.学生作品明显缺乏创意
其实，中职图形处理属于计算机技术与艺术等有机结合的一种艺术，同时也讲究创意。但是，在实际的课程教学过程中，许多教师仅仅注重计算机图形的设计技术的传授，没有充分调动出学生动脑进行创意表达的积极性，明显违背了中职图形设计一些原则。艺术和创意其实就是中职图形处理及设计的完美结合，如果图形设计得很好，但是艺术感与创意比较缺乏则难以形成好的佳作。这样的教学方式也使得学生创造出来的作品苍白无力，显得杂乱无章，明显缺乏艺术感以及创意。
2.学生作品明显缺乏形式美感
对图形进行处理往往需要计算机图形处理软件的辅助，一些教师在此课程的教学上比较注重软件的使用教学，可是这些教师却严重忽略图形设计和处理之视觉艺术性，显然跟中职计算机视觉及美工类的专业的人才培养目标并不相符。这样的教学方法让学生比较死板地掌握了软件操作的指令，但是所设计出来的图形则杂乱无章，尚未发挥出构图、透视与肌理等知识，所设计的作品难以给人以美的享受，明显缺乏了形式美感。
3.只注重工具的使用而不注重技巧的来源与原理
比如在数码后期处理的换头术中，替换头比较容易（从技术角度来讲非常容易），但是头像的衔接是否自然、色彩是否协调，角度是否合理等，就不只是技术问题，其中包含很多制作技巧和经验。又如在处理数码后期修片常遇到的“大光比”问题，很多学生都习惯使用HDR来做，那HDR的原理是什么，能否在使用HDR插件前预测效果图？其实这是一个教学内容之外的问题，但却非常重要，突破这点对如何理性、快速、准确地设置HDR的各种参数大有帮助。另外，还存在孤立地学习计算机图形处理软件技术、不能结合专业和市场的需要将所学知识应用到各个领域等问题。
二、提高中职图形处理类课程教学有效性的对策
1.运用案例教学法
案例教学法在实践中被证明是一种能够很好地将理论联系实际的教学方法，可以启发学生积极思考。案例教学法主要是要求学校在教师的相关指导下，科学合理使用多种的方式不断启发学生学会独立思考，进而提升学生的分析与解决问题的综合应用能力。笔者在中职图形处理类课程中就习惯结合课程的特点，使用讨论案例法、列举案例法、讲评案例法进行教学，受到了学生的好评。
2.运用任务驱动教学法
不可否认，中职图形处理技术的操作性及应用性均比较强，为此可使用任务驱动教学法，以提升学生的学习兴趣，让学生带着学习任务提升自己的图形处理基本功。在实施任务驱动教学法时，教师在课前要做好充足的准备，考虑到学生的学习特点以及课程特点，精心选择任务。同时，在设计任务的过程中应该遵循适当原则，难度要适宜。在课堂上要科学合理实施任务，在任务的布置阶段，一定要考虑到任务的学习目的与要求。例如，课程进行到色彩配置这课，主要授课内容、任务包括：完成个人主页页面色彩设计；图像的色彩模式、图像的类型、图像的分割等。
3.重视实验课环节，提高学生的动手实践能力
在中职图形处理类课程教学中，应该重视实验课的教学，让学生通过动手上机操作，眼、手、脑、心并用，帮助学生发现问题和解决问题的能力，培养学生实践动手能力。在实验内容上可以分为：模仿实验、综合实验、设计实验三个层次，模仿实验是对基本操作方法的掌握，综合实验是对一个教学环节的小结性练习，设计实验是整个学期结束前进行的内容，包含整门课程的基础知识和操作技巧在里面的一个大作业，其中留有很大一部分空间是给学生自我发挥的，这是对学生综合运用所学知识解决问题能力的一个考查，因此教师将根据学生完成的复杂程度来评定成绩。由于在整个教学过程中，菜单、工具、命令的掌握，以及每个章节的操作技巧，学生对众多知识的驾驭，基本是通过大量的实验来完成的，所以教师要重视实验课的教学质量。
4.运用网络进行图形图像处理教学
随着网络普及的面日益广泛，在教学手段上，建议使用网络进行中职图形处理类课程教学，这样可以极大的方便教学，提高教学效率。这种做法的主要优势有：（1）资源共享，省时省力。网络最大的优势在于资源共享，管理方便。图形处理课程通常是每堂课都要用很多图片，图片文件存储空间一般都较大，每次课教师都要带上新的图片，师生都不会方便的。如果将图片放在局域网的服务器上设为共享，这对教学无疑是一大帮助。（2）共享教学课件，利于学生掌握操作知识。直观的教学课件能帮助学生理解复杂的操作步骤和抽象的概念。如果学生希望复习，在网络中能找到课件，那将对他复习是非常有益，这比看文字课本里冗长的操作步骤要好得多了。
综上所述，中职图形处理类课程教学质量的提高需要教师认真分析当前的教学现状，积极探索，结合实际不断调整教学方法，进而提升课程教学的有效性。
参考文献
[1]陈静.浅析创新教学在图形图像处理课程教学中势在必行[J].计算机光盘软件与应用.2013（04）.
[2]于雪梅.建构主义教学模式在图形图像处理教学中的应用研究[J].科技风.2013（23）.
[3]黄宇建.基于工作过程的图形图像处理课程改革与实践[J].教师.2012（35）.
计算机图形处理技术范文4
【关键词】图形 制作处理 立体化 实训
一、图形处理立体化实训开发的意义
“计算机图形制作与处理”是一门实践性较强的技术基础课，电子商务、艺术设计、广告设计、环境艺术设计、动漫设计等许多艺术类专业都会用到这门课程。但正因为其实践性较强，实践教学往往停留在如何学会计算机图形技术内涵要素这一层面。实际上，高等职业教育的计算机图形处理实践教学，不但要求学生学会图形艺术的计算机技术处理，更强调技术处理在具体职业岗位中的应用，而真正要从应用与实用层面达到企业满意的效果，这里还有很多深层的问题。我们提出的所谓“技术与艺术学习要与工作实用相结合”的实践教学模式改革，也就是以职业岗位能力形成为目标，实施基于“工学结合”的图形艺术设计制作与处理实践教学改革。
所谓立体化实训方法就是基于这样一种设想来提出的。任何一项技术都具有自己内在的构成要素，并具有相对独立的内涵体系，但技术本身又是为了应用与实用而开发的，技术的价值就在于应用与实用，技术应用到生产建设、服务与管理领域就形成了技术应用的构成要素，以及相对独立而存在的内涵体系；进一步的技术应用到相关领域，有一个可行性与实用性问题。只有价值好实用性好的技术应用才能体现价值，才能真正被企业采纳，这就是技术应用的实用价值尺度。技术在企业中的实用又构成了相关要素，以及相对独立存在的内涵体系。培养学生的职业岗位能力，就是把技术应用到企业相关职业岗位操作，实现具体有价值的操作成果，从而体现出来的内涵。因而技术、技术的应用及技术应用到企业的实用效果，构成了我们称其为职业岗位能力养成的三维度的立体逻辑构架。这就是我们提出的以职业岗位能力训练与养成为目标，研究基于工学结合的图形制作与处理立体化实训方法的意义与价值。
二、图形处理立体化实训开发的思路与方法
1.主要思路
（1）把计算机图形制作与处理应用到电子商务专业对应职业岗位群，创新性地研究开发电子商务图形制作与处理这样一门培养专业职业核心能力的课程。
（2）以电子商务专业对应职业岗位所应具备的图形制作与处理职业岗位能力形成为目标，研究开发基于工学结合的“电子商务图形制作与处理”实践教学体系的逻辑构架。主要有：①计算机图形制作与处理所需的基本工具、图层应用、常用面板应用、画笔工面板、调色、滤镜使用、图像整体处理操作等技术训练项目模块；②产品广告设计与制作、网页制作、ASP动态网站设计与开发等电子商务相关职业技术应用训练项目模块；③网络营销、网络广告、在线客服、网信编辑、网站运营、网站开发及自主创业等企业经营岗位相关技术的实用训练项目模块。研究图形制作与处理的技术、技术应用与技术实用等相关训练项目模块的能力递进训练体系的逻辑关系。
（3）实践教学内容体系开发与集成的辅助条件创建，主要研究企业参与实践教学的条件创建。
2.主要开发方法
（1）采用模块式项目化教学设计。
（2）以职业岗位能力形成为目标，主要沿着三维空间立体构架的思路研究实践教学体系的逻辑构架，第一维是沿着掌握图形制作与处理的技术内涵要求线路开发实训项目；第二维是职业岗位典型工作任务的技术应用内涵线路，深化实训项目；第三维是沿着企业相关岗位综合实用开发实践项目，并结合企业要求进行成果评价（图1），并按第三、二、一的反推顺序去优化实践教学体系的逻辑构架，确定实训内容的重点、难点。
（3）以创建实训基地如何为企业技术服务为目标，研究实践教学内容体系开发与集成的条件创建机制等问题。
三、目前已有的研究成果
1.笔者把“计算机图形制作与处理”应用到电子商务专业职业岗位，初步建立了“电子商务图片制作与处理”课程的能力标准与教学大纲，该课程已成为浙江经济职业技术学院国家高职骨干建设专业，及国家高职专业资源库建设专业的核心能力课。
2.对“电子商务图片制作与处理”课程的教学实施模块式项目化的前期改革和尝试，在让学生掌握图形制作与处理的基本技能上起到了很好的效果，并在结合电子商务岗位技能的运用上做了结合，深受学生欢迎。
3.目前正在进一步优化开发企业相关岗位需要的综合实践训练项目，以进一步提高学生的企业岗位综合处理能力。
结语
计算机图形处理技术范文5
关键词：计算机地质绘图；课程建设；能力培养；石油专业
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）19-0064-01
随着石油地质勘探水平和技术的不断提高，计算机已成为油田生产和管理中必不可少的工具和手段，掌握现代化的地质数据管理、分析、提取和制图表达方法，是石油地质专业毕业生所应该具备的专业技能。但是，目前尚缺乏将通用图形软件功能与地质专业需求有机结合起来的“计算机地质绘图”教学方法。笔者切合油田生产实际和地质专业特点，从教学内容、实践教学、考核方式等方面入手，重新设计和建设“计算机地质绘图”课程体系，使地质专业学生掌握石油地质制图的基本原理、规范和软件操作方法，有效增强应用计算机管理、分析地质数据和处理地质图形的能力。
一、教学内容设计与组织
1.教学软件
由于油田地质勘探涉及学科门类众多，地质条件极其复杂，尚没有商业化软件系统能够满足所有地质研究的需求。目前油田企业一般借助于常规的数据管理软件、图形处理软件开展日常工作，地学信息新技术GIS（地理信息系统）也越来越多地引入到石油地质领域。考虑到数据管理、提取、统计分析、编图、编辑和完善成图等地质绘图过程的完整实现，结合软件的油田应用广泛程度，选择数据管理软件（Microsoft Excel）、图形处理软件（Grapher、Surfer、Coredraw）以及GIS软件作为本课程的教学软件。
由于上述软件均面向社会一般商业应用而开发，教程重点是说明软件功能的使用手册，应用模型亦多是基于社会通用的需求，极少有针对地质研究需求的应用模型和软件教程。因此，在教学中须针对地质专业设计教学内容，主要体现在两个方面：一是地质绘图中经常涉及的数据和图形处理功能重点讲述，其他则可以略讲或不讲。二是以实际地质数据处理或地质专业应用为主线，组织和开展软件操作的理论课教学。
2.基础理论
由于地质专业本科生的计算机基础相对比较薄弱，地质绘图基础的计算机图形学理论教学必须有所取舍，原则上是以学生能够理解基础概念和常用参数为准，如图形坐标系、图形构成和表征、数据插值、曲线采样和光滑等数学原理。
地质专业学生作为石油行业的初学者，很少接触石油勘探开发的专业资料，不了解常用石油地质图件的种类、样式、图素构成、图面布局和工业制图规范，导致很多学生即使会用图形软件，仍然不能编制出一张符合规范和要求的地质图件。因此，有必要加强这方面的训练。
相对于传统手工制图而言，计算机制图具有快速、准确的优势，能提高地质工作者的效率，但也存在不能主动考虑具体地质情况的问题。因此，在教学中应分析各种软件的优缺点，结合实例组织学生讨论地质应用中可能出现的问题及解决方案。
基于上述基础理论和教学软件的考虑，笔者重新设计和组织了“计算机地质绘图”课程的教学内容体系，以软件教学为主线，穿插讲授相关的图形学基础理论、石油数据特点、图件特点和工业制图规范（见表1）：
二、实践教学内容设计
“计算机地质绘图”是培养地学专业学生地质编图基本技能的课程，具有极强的实践性和实用性，必须通过实验、练习等实践性教学环节训练操作能力，培养学生应用计算机解决实际地质问题的科学研究和创新能力。因此，上机实践的实验学时应占有相当大的比重，安排20个学时的实验比较合理。
一般图形软件教程多是对软件功能模块使用方法的全面介绍，缺乏主次和取舍，学生上机学习过程中由于没有具体目的和实际数据，很容易感到厌烦，也很难将软件功能与实际地质应用联系起来。因此，为调动学生的学习积极性，同时考虑与专业应用相结合，上机实验内容宜采取项目驱动的方式来设置：即选取石油地质研究中常见的数据处理和绘图业务作为实习项目，以实现地质任务为主线，设计相应软件功能的训练，做到有的放矢，在任务中完成学习。为使学生完备地掌握地质绘图软件的常见功能，设计一些难度稍大、涉及功能更多的思考题让学生自主完成，以达到加强训练和增强学生动手解决实际问题能力的目的。同时，适当设计超课时的实验内容，供授课老师和学有余力的学生选择。
实习内容的选择和设计采取循序渐进的方式，先作单软件项目的训练，而后过渡到多软件综合应用的项目，同时，多个项目在实习任务、实习数据方面又具有一定的连续性，最终由学生自主设计实验流程、完成综合性较强的地质作图任务（见表2）。
表2?“计算机地质绘图”实践教学内容设置
三、考核方式设计
“计算机地质绘图”课程强调实践性和实用性，因此，应以实际专项技能知识点为考核重点。平时考核学生出勤情况、常规实验任务完成质量和思考提高题完成情况，最终考核综合项目的完成情况，考核标准为平时60%、综合实验报告40%，由此形成过程化考核模式。为使综合实验项目达到考核学生真实水平的目的，应提供多套实际数据以保证学生独立完成，严格杜绝抄袭现象的发生。
四、结论
“计算机地质绘图”课程教学应切合油田实际需要，研究通用数据管理、图形处理商业软件在油气地质领域的深入应用，开发一般性商业软件与石油地质专业有机结合的课程体系和教学方法，可以有的放矢地培养学生石油地质研究的基本技能，有效提高他们应用计算机系统处理地学信息的专业能力和水平。
参考文献：
[1]郝福江,魏智如.“计算机在地质工作中的应用”课程建设探讨[J].中国地质教育,2011,(2):72-74.
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[3]李芳玉.地质工程专业GIS课程教学探讨[J].中国地质教育,2011,
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[4]刘亚锋.非计算机专业计算机课程的教学改革[J].黑龙江教育(高教研究与评估),2007,(12):51-52.
计算机图形处理技术范文6
关键词：OpenMP；程序优化；图形数据文件加载；本地计算
中图分类号：TP317.4文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2013）0010015904
作者简介：査盛音（1986-），男，华北计算技术研究所地理信息与图形图像技术研发中心硕士研究生，研究方向为多核计算；王玉玫（1962-），女，华北计算技术研究所地理信息与图形图像技术研发中心研究员、硕士生导师，研究方向为图形图像处理、指挥自动化技术；聂颖（1972-），女，华北计算技术研究所地理信息与图形图像技术研发中心高级工程师、硕士生导师，研究方向为计算机图形处理与应用技术。
0引言
多核计算机快速普及，如何正确、有效地使用并行计算机，充分利用并行计算机的资源，以发挥并行计算机的计算能力尤为重要。图形处理系统也基本都运行在多核计算机平台上，然而其内部运行机制仍然是由单核完成串行计算任务，并没有充分利用多核平台的计算优势，导致了巨大的资源浪费。因此，如何充分发掘计算机的计算能力，有效发现程序的可并行能力，将串行计算转换为并行计算成为非常有意义的课题。
在图形处理系统中，对于大容量图形数据文件加载、图形数据重新运算生成、实时目标图形数据处理等对于计算能力的要求非常高。因此，为了充分发挥多核计算机的高性能处理能力，利用多核并行编程技术，将原来串行算法的理念结合多核计算机的架构特点，把串行算法进行变换后得到有效的执行方案，成为了研究重点。
1OpenMP简介
1.1OpenMP的基本概念
OpenMP由OpenMP Architecture Review Board牵头提出，是已被广泛接受的用于共享内存并行系统的多线程程序设计的一套指导性的编译处理方案。OpenMP作为共享存储标准出现，是为共享存储环境编写并行程序而设计的一个应用编程接口，目前支持OpenMP的语言主要有Fortran、C/C++。OpenMP标准中包括一套编译指导语句和一个支持函数库。
1.2Fork/Join并行执行模式概念
OpenMP是一个编译指导指令和库函数的集合，主要为共享式存储计算机上的并行程序设计使用。OpenMP在并行执行程序时，采用的是“Fork/Join”方式，其并行执行模式如图1所示。
标准并行模式执行代码的基本思想是：程序开始时只有一个主线程，程序中的串行部分都是由主线程执行，并行部分通过派生其它线程来执行；但是，如果并行部分没有结束，则不能执行串行部分。从图1中可以看出，OpenMP并行执行的程序要全部结束后才能执行后面的非并行部分的代码。这就是标准的并行模式——Fork/Join并行模式。共享存储式并行程序就是使用Fork/Join并行模式。
1.3内存模型
OpenMP内存模型属于共享存储模型，即不同的处理器共享同一内存。OpenMP线程之间的数据交换是通过共享内存来实现的，这需要把共享变量存放在各线程都能访问到的共享存储区。同时还应允许通过私有化方式来说明，使各个线程可分别维护自己的私有变量。如图2所示，多个处理器通过共享内存来进行数据互通和交换。
1.4OpenMP编译指导语句
在OpenMP中，最主要的是编译指导语句，它指示编译器如何将串行程序转化成并行程序。一条编译指导语句由directive（命令，也叫指令）和clause list（子句列表）组成。以C/C++为例，OpenMP编译指导语句的格式为：
#pragma omp [clause[[，] clause]…]
其中，directive部分包含了具体的编译指导语句，包括parallel、for、parallel for、section、sections、single、master、critical、flush、ordered、atomic等；clause表示子句，常用的子句有firstprivate、if、lastprivate、private、reduction等。
2多核程序计算设计模式
在多核多线程编程中，存在着多种计算设计模式，下面是常见的几种计算设计模式。
2.1线程分组竞争模式
对于有锁计算，当多个线程竞争同一把锁时，会出现排队执行现象，由于同一时刻只能有一个线程在运行，其它线程会因为等待锁而被挂起。为了解决这个问题，可以将多个线程分成N组，每组线程竞争同一把锁，任意不在同一组内的两个线程不发生锁竞争现象。这种将多个线程分组进行锁竞争的方法为线程分组竞争模式。线程分组竞争模式如图3所示。
图3中显示了两个分组的线程竞争情况，共有4个线程分成两组竞争，添加、删除操作线程1之间存在锁竞争情况，添加、删除操作线程2之间也存在锁竞争情况，但是添加（或删除）操作线程1和添加（或删除）操作线程2之间不存在锁竞争。在这种分组锁竞争模式下，不同分组内的线程不发生锁竞争现象，因而可以并行运行。任意一组线程中，至少一个线程处于非阻塞状态。因此如果有N组线程，至少有N个线程处于非阻塞状态；如果N大于等于CPU的核数，那么任意一个CPU核上都有线程处于执行状态，可以保证CPU不会产生饥饿现象。
2.2线程随机竞争模式
而对于不能采用线程分组竞争模式的情况，可以采用一种称为随机竞争的模式，即每个线程随机访问各个子数据结构，多个线程竞争同一个子数据结构（或内存区域）的概率是相等的。一个两线程随机竞争4个子内存区域的竞争模式如图4所示。
在图4中，共有两个线程，每个线程可以随机访问4个内存区域中的任何一个。当两个线程在访问不同的内存区域时，不发生锁竞争；但是在同时访问同一内存区域时，会发生锁竞争现象。因此在随机锁竞争模式中，有可能出现多个线程竞争同一把锁的现象，此时会发生排队执行（只有一个线程在运行）的现象。显然，随机竞争模式中，加速比性能比分组竞争模式差，但是仍然要好于多个线程竞争同一把锁的性能。
2.3条件同步模式
条件同步模式是将每次都需要使用同步改为满足一定条件情况下才使用同步的方法，大大减少了使用同步的次数，这样就提高了效率。使用条件同步的基本方法，通常是使用原子操作，因为使用原子操作进行操作的变量在读取时和读取线程私有变量是一样的。
2.4批量私有化处理模式
所谓批量私有化处理模式，是指在一段有锁计算中，将处理小批量数据改成处理大批量数据的方法。小批量数据是指一个节点的数据或一小段数据等，大批量数据是指多个节点的数据或大段的数据等。这样可大大降低锁的使用频度，从而提高效率。
2.5数据本地化模式
为了确保共享部分的计算不出现多个线程竞争同一把锁的现象，还可以按照前面讲过的分组竞争模式或随机竞争模式对共享部分再进行分解。例如，对于一个队列，在单核多线程时代，通常都是对队列直接进行加锁、解锁来避免出现数据竞争问题。如果采用数据本地化模式，则可以设计成每个线程带有一个私有队列，另外还有一个共享队列；出队操作时，则先从私有队列中进行出队操作，如果私有队列为空，则从共享队列中获取数据。这样可以保证很大一部分计算是本地计算，大大提高了效率。
采用本地化模式后，很明显的优点是加速比性能可以得到很大的提升，但同时也有一些小缺点，体现在以下几个方面：①共享资源需要分解成每个线程一个私有部分，还要分解成多个子共享部分，数据分解方面存在一定的难度，对数据结构设计提出了更高的要求；②需要管理分解后的数据，增加了内存开销；③数据结构变复杂后，编程的复杂度也相应增加。虽然存在这些缺点，但是与加速比性能得到明显提升相比，这些缺点可以忽略不计，而且这些缺点都是可以控制和克服的。
3多核并行程序的性能评价
式中，ts表示在单处理器上的串行执行时间；S（n）表示加速比；n表示处理器的个数；f表示串行部分所占整个程序执行时间的比例。
4OpenMP在图形数据文件加载中的应用
在图形处理系统中，存在着大容量图形数据文件加载操作，当图形数据文件中图形符号数量比较少时，计算机能够作出比较迅速的响应，但是随着图形符号数量的增加，响应会随之变慢，严重影响了程序性能。针对这一问题，利用多核并行编程思想，结合图形数据文件加载特点，提出了图形数据文件加载的本地化模式，提高了程序的性能。
4.1图形数据文件加载程序性能优化
图形数据文件加载程序的性能优化主要体现在以下两个方面：
（1） 线程数量设置。
针对计算机硬件的不同，为了提高程序的兼容性和可扩展性，可以利用omp_get_num_procs（）函数取得当前计算机的处理器个数。一般情况下线程数量刚好等于CPU核数时可以取得比较好的性能，当线程数量等于CPU核数时，每个核执行一个线程，没有线程切换开销；当设置的线程数量远远大于CPU核数时，将产生大量的线程切换和调度等开销，也会降低整个程序的效率。当然，具体设置多少个线程要视情况而定。
（2） 任务调度策略。
在多核平台上实现最大加速比的方法就是使各个线程在每个CPU核上尽可能保持平衡，每个线程分配的任务大致相等。OpenMP提供了几个调度选项，通过将schedule（type[ ，size]）（type参数表示调度类型，size为迭代次数）添加到OpenMP指令控制调度各个线程的调度方式，调度类型如表1所示。
由表1的对比可以得出，为了减少调度开销，尽量使用默认的static方式，这就要求在程序开始时将任务分成几个尽量相等的块，从而得到较高的效率。
4.2图形数据文件加载的本地化模式
针对多核程序中的线程数量设置和任务调度策略，为了使程序运行时获得最大的性能，要求在程序开始时设置线程数量，并且采用static调度方式，为了达到这一要求，在图形数据文件加载中采用数据本地化模式，如图6所示。图形数据文件中存储的图形符号都是独立的个体，之间不存在数据竞争，因此，在获得计算机的CPU核数之后，可以将图形数据文件中存储的图形符号信息进行分段处理，采用默认的static调度方式进行并行计算，最后将读取的图形符号信息进行综合显示。
5实验结果与分析
本实验式在Intel（R） Core（TM）2 Quad CPU 2.83 GHz四核机器、3.00GB内存的硬件环境下进行。软件包括Microsoft Visual C++ 6.0、图形处理系统。实验结果的运行时间如图7 从测试结果可以看出，在不同线程设置下，当图形符号数量达到一定量级，特别是在计算量大的情况下，多核多线程的优势表现得更为明显。由表2可以看出，多核多
线程在计算量较小的情况下，所获得的加速比并不理想，
甚至会出现并行比串行运行时间更长的情况，这主要是线程开辟带来的额外开销大于计算节省的时间所致。而对
于计算量较大的计算，计算节省的时间要大于线程开辟带来的额外开销，多核多线程的优势表现得比较明显，在4核4线程的情况下，可获得2.5倍的加速比。
6结语
通过多核技术实现图形处理系统中图形数据文件加载操作，证明了多核技术在计算能力上的性能优势。在未来的工作中，可以将多核技术应用于图形系统中的图形数据运算生成、实时多目标图形数据处理等程序中，提高程序性能。
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