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计算机图形学论文范文1
【关键词】计算机图形学 电影 动画 分类 原理 应用
1 引言
随着计算机应用技术的迅猛发展，促进了一系列相关学科的发展。计算机图形学便是其一。1963年，美国人伊凡・苏泽兰在麻省理工学院毕业论文课题是关于三维交互式图形系统，在此基础上发表了题目为《画板》的博士毕业论文， 这篇毕业论文是计算机图形学里程碑的标志，它的发表标志着计算机图形学科正式诞生。计算机图形学它标志着计算机处理方式由处理符号系统转变为处理图形系统的方式，计算机图形学的出现，计算机处理方式可以部分地模拟现实图形和展现人的右脑功能，因此计算机图形学的理论和实践具有划时代的意义。
在计算机图形学发展和应用的过程中，最具震撼性和实用性的就是电影动画技术。电影动画为计算机图形学提供了新鲜的血液，打开了新视角，自然界的一切美丽景象都可以通过计算机生动形象地再现构造宏观、微观世界。
2 计算机图形处理电影动画的分类
计算机图形处理电影动画是计算机图形学和电影艺术相结合，并且相互促进的产物，计算机软硬件和图形图像算法高速发展促进了计算机图形学的突飞猛进。计算机电影动画技术将图形、图案和画面或者其中一部分显示在屏幕上，并且按照一定规律或预定的要求在屏幕上移动、变换，从而使计算机显示出图形动态变换过程。
电影动画是运动中的艺术，运动的画面是电影动画的表现形式，运动是电影动画的要素，运动的表现形式，才促使了二维和三维动画的发展。计算机动画以其制作方法和表现特征的两种表现形式就是二维电影动画和三维电影动画。
2.1 二维电影动画
传统的电影卡通动画，是大量的画片，每幅画片高速翻转以便实现是连续播放多帧画面，每幅画面表述的是运动物体的若干个瞬间的定格，利用观看者在大脑内残留的瞬间视觉感觉而得到运动的视觉感受。传统的电影卡通动画是先画出一头一尾两个关键帧图画，然后在两个关键帧中间插入一些列图画画从而生成中间一系列画。展现平面图形是计算机二维电影动画的一大特点，是对传统动画制作的继承和发展，制作时就像传统在纸上作画，通过计算机图形学复杂的算法将一些列计算机图画对象的移动、变形、变色等手法表现出传统电影动画运动的效果。
ANIMO是世界上最受欢迎的、使用最广的二维动画系统动画制作软件，它是英国Cambridge Animation公司核心产品。ANIMO向计算机图形设计者提供了灵活的颜色模板创建、修改调色板和调整颜色的工具，这些功能有助于二维电影动画前期制作和影片后期合成方面都有独到的技术特点。ANIMO虽然不是最专业的二维电影动画制作软件，但是它具有更大的灵活性，软件独有的内部环境能够将二维电影动画和三维电影动画完美的结合起来。
ANIMO经常用于二维电影动画和真实场景的结合，90年代篮球运动球星乔丹和华纳动画人物共同主演的《空中大灌篮》，它是将二维电影动画与三维电影动画真实场景完美结合的成功范例。ANIMO软件具有面向动画师设计的工作界面，在ANIOM软件制作电影动画的同时，需要一台高清扫描仪，底板动画图片上放在扫描仪内进行扫描，扫描后的画稿几乎保持了动画设计者原始动画图片的线条，ANIMO软件的快速上色工具提供了给图画自动上色和自动线条封闭功能，并和软件的颜色模型编辑器集成在一起，软件提供了不受数目限制的颜色数量和调色板种类。三维电影动画中的阴影和灯光效果是最难转化为二维电影动画的，ANIMO却可以将这些难点完美的结合在一起，具有多种特技效果处理效果，包括动画的灯光效果、物体阴影变换、图片背景的模糊处理、拍摄的摄像机镜头的移动、波纹起伏波浪震动的效果展现等等，并可与二维电影动画、三维电影动画和实拍镜头进行合成处理。它所提供的可视化场景图画可以让动画设计师在软件内只用几个简单的操作步骤就可完成比较复杂的动画制作，提高了计算机二维电影动画制作的工作效率和速度。
2.2 三维电影动画
三维电影动画则是展示立体的图形，三维电影动画的制作过程就好像是在摄影棚中拍电影的景象：三维图像影像制作首先是在布置摄像对象所处的位置、动画制作者规定其运动轨迹、并按照这个运动轨迹进行拍摄、各种灯光效果被制作者安排的妥当，摄影机可以布置在特定位置上或者也可根据拍摄内容设定摄影机的推拉摇移摆动，最后利用计算机用图形算法计算出这个摄影机所见到的动态图像效果。
三维电影动画制作首先要创建物体模型结构，其次是让这些物体在空间内动起来，如变化图形、变化颜色、移动位置、旋转物体等制作手段。再通过打灯光等特效生成栩栩如生的画面。计算机三维电影动画数据是在计算机内部自动生成的。
计算机图形学论文范文2
英文名称：Journal of Image and Graphics
主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院遥感应用研究所;中国图象图形学学会;北京应用物理与计算数学研究所
出版周期：月刊
出版地址：北京市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1006-8961
国内刊号：11-3758/TB
邮发代号：82-831
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1996
期刊收录：
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)
期刊荣誉：
联系方式
期刊简介
《中国图象图形学报》是由中国科学院遥感应用研究所、中国图象图形学会、北京应用物理与计算数学研究所共同创办，是集计算机图像图形高科技理论、技术方法与应用研究成果产业化于一体的综合性学术期刊。《中国图象图形学报》是被国内主要检索系统收录的核心中文期刊，是图像图形学及相关领域的权威性杂志。
计算机图形学论文范文3
关键词：计算机虚拟技术，动画发展，虚拟关系
动画自诞生之日起，从纸面时代走向如今的无纸时代，经历了两次巨大的变革，一是赛璐珞片的应用，另一次则为计算机图形技术在动画领域的广泛应用，计算机的介入使得动画在制作环节节省了大量的人力与物力，将动画专业人员从繁重的绘制工作中解放出来，随着计算机技术的不断深入，三维虚拟技术更是为动画注入了新的活力，上个世纪九十年代世界第一部全三维动画电影《玩具总动员》问世，其后的十余年三维动画得到了迅猛的发展，涌现了诸如《冰河世纪》、《马达加斯加》、《飞屋历险记》、《机器人瓦利》、《海底总动员》等优秀的动画影片。
1.计算机虚拟技术发展
计算机技术在动画方面的运用可谓是由来已久，自从上个世纪六十年代计算机图形学的兴起，动画便悄然伴随着计算机图形学的发展而发生着日新月异的变化。动画目前的主流形式分为二维动画和三维动画，二维动画以平面绘画为基础，三维动画则将雕塑艺术融入其中，此二者由于所依托的基础不同所以在制作层面上也有着迥然不同的方法。
首先，计算机的发展将二维动画带入了一个无纸化时代，传统动画使用赛璐珞片绘制动画的方式已经逐渐被计算机绘图所替代，如:photoshop、painter、coreldraw等核心绘图软件提供了动画专业技术人员众多绘制平台，数字笔的推陈出新更为他们提供了良好的绘图工具，高效的感应度，灵敏的压感效果，无疑为动画的发展打开了一扇快捷之门。此外flash软件作为方便而使用的动画制作工具，在目前的二维动画领域被广泛使用，其方便快捷文件体积小等诸多特征都是其得以业界认同的主要方面。当然最新版本的flash cs 4还仿效三维软件提供了骨骼绑定和摄影机功能，足见二维动画的三维化势必要成为另一个发展趋势。
其次，谈及三维动画的发展不得不提及《玩具总动员》，这部影片是世界上第一部真正意义上的全计算机虚拟合成的三维动画片。实际上动画片的三维时代早在计算机应用于动画之前便已存在，传统的偶动画在笔者看来就是三维动画的一种表现，只不过如今的人们，无论是动画业界还是普通观众提及三维动画首先想到的就是计算机虚拟三维合成动画而忘记了三维的实体形式。目前在制作计算机三维动画使用做多的当属3DMax和Maya软件，计算机三维动画的制作与计算机二维动画有着很大的不同之处，三维动画在制作环节具体包含以下几个流程：三维建模（根据二维设定稿建造三维模型）、骨骼绑定（主要针对三维角色）、贴图绘制（使用绘图软件绘制模型表面）、贴图缝合（将贴图贴合于模型）、动作（根据运动规律调整角色动作与镜头运动关系）。在三维动画制作的动作环节，目前最新一项技术就是动态捕捉，将此项技术用到极致的一部电影当属《阿凡达》，詹姆斯.卡梅隆不光使用更多的捕捉点进行了身体动作的动态捕捉，而且特地在面部增加一台摄影机对面部表情进行细节捕捉，这一做法无疑为三维虚拟人物增添了真实度。论文参考。
然而也正是由于《阿凡达》中所创造的世外桃源般的虚拟星球潘多拉过于真实，甚至到达了真假难辨的境地，拖着长长尾巴的纳美人看起来除了外观上与你我无异，所以很多人都在质疑《阿凡达》这部影片究竟该不该属于动画的范畴，计算机虚拟技术的发展是对动画的发展还是迷失，在新的技术冲击下动画路在何方？
2.何谓动画
什么才是动画，这似乎不应该再成为问题，但是计算机技术对于动画制作技术的革新却一而再再而三地挑衅着何谓动画的命题，《大美百科全书》中的解释是这样的：动画艺术又称为动画电影，系利用单格画面拍摄法，经由画家特殊的技巧表现而摄制完成的影片，其内容包括：卡通动画、剪纸动画、木偶动画及特殊的合成影片。Wikipedia（维奇百科）则这样论述道: Animation is therapid display of a sequence of images of 2D or 3D artwork or model positions inorder to create an illusion of movement. It is an optical illusion of motiondue to the phenomenon of persistence of vision, and can be created anddemonstrated in a number of ways. The most common method of presentinganimation is as a motion picture or video program, although several other formsof presenting animation also exist.(动画是一系列二维图画或三维作品或模型的快速播放，目的在于创造运动的幻象。他是基于视觉暂留的运动视觉幻象，并且可以通过多种形式产生、呈现。动画呈现的最主要途径是作为运动的画面或者视频节目，当然很多其他形式的呈现方式也同样存在)。论文参考。在笔者看来，无论是从基于传统视觉暂留原理给出的定义，还是从创造运动幻想的角度进行解读，动画始终都是对于无生命的一种生命的创造，途径与手段各有不同，但依旧殊途同归。
以美国著名电影导演詹姆斯.卡梅隆的震撼巨制《阿凡达》为例，这部科幻大片在众多人眼中只不过是普通的电影，技术上采用大量计算机模拟特效，在笔者看来则不然，《阿凡达》不仅仅为世人创造了一个世外桃源般的潘多拉星球，同时也全面揭开了动画创作的新纪元。该片中大量采用了计算机动态捕捉与三维模拟技术，将一系列的不可能、不存在转化为现实以无比绚烂夺目的画面呈现于观者面前，将我们带入一个全权由导演设计的环境空间，体会着现实中早已消失的纯净。动画也正是在此刻真正意义上实现了一种对生命的创造，甚至是他的更高级——生命体系的构建。
3.动画的发展趋势
动画技术的发展不断推动着动画历程的发展，每一次动画技术的革新带来的都是动画效率的大幅提高，赛璐珞片的发明使得单幅场景最大限度上得到了运用，更是将分层概念引入动画制作当中，通过分层技术创造出丰富的镜头与景深影像，在早期动画电影《小鹿斑比》中这点尤为突出。论文参考。
计算机图形学的兴起，对于动画来说是一件革命性的事件，他让众多动画专业制作人员从繁重而枯燥的绘制工作中摆脱出来，为动画领域带来了一翻百家争鸣的景象。商业动画电影越来越多的依赖于计算机图形的处理，以绚烂夺目的视觉盛宴饕餮着观者的眼球，艺术动画侧重于动画画面的绘画艺术感与造型感，独立动画则追寻着人类思想与情感的脚步前行，当然这一切并非绝对，彼此的融合与渗透有时也会带来与众不同的化学反应。
以《阿凡达》为例，詹姆斯.卡梅隆大量运用了计算机三维虚拟技术为观者创造了一场视觉的盛宴，然而之所以该片会让全球范围内如此多的人趋之若鹜并非只有绚烂的视觉体验，从《阿凡达》故事发展的角度看,其脉络围绕着人类生存，关注人类发展与环境保护之间的博弈，试图用最简单的方式获得最广泛的共鸣，摆脱说教的成分，给每位观者直接的心灵感应。
动画发展到今日，计算机的介入日益深入，笔者认为动画的界定不应仅仅局限于技术层面，更应当是对虚拟世界的直观展示，赋予生命的过程，这一过程或许受到技术的影响存在差异，但结果都一样——非生命的生命化，灵魂在此过程中被一一赋予，然而对于类似《阿凡达》的商业电影，计算机虚拟技术所带来的视觉饕餮是无以替代的，在未来相当长的一段时期，占据动画电影市场的大半江山，这一点在近年来的动画电影上得到体现，如：《飞屋历险记》、《冰河世纪》等动画商业大片，相信基于计算机虚拟技术的动画巨制将持续引领动画主流趋势。
参考文献：
[1]聂欣如著.动画概论.复旦大学出版社,2008,1.
[2]《The Animation Bible》 By Maureen Furniss Published by John Libbey Publishing,2008.
[3]《Animation from Pencilto Pixel》 By Tony White.
[4]《Scriptwriting》By Paul Wells Published by AVA Publishing SA ,2007.
计算机图形学论文范文4
关键词：解析几何 代数方程 计算机绘图 人C交互 教学实验
一、解析几何与线性代数课程教学内容的现状和历史
解析几何主要内容是用向量代数方法研究二、三维空间内曲线、曲面的几何问题。向量代数方法主要是一、二次的代数方程与线性方程组。从现在一些高校使用的教材可也看到，解析几何与线性代数课程[1][2]的合并（或集成）为一门课占有不小的比例。下面相关教材的信息统计，可以获知这些变化。工科与理科专业使用教材的情况：工科专业使用的教材《线性代数与解析几何》 （网络检索结果约500，000个）或 《线性代数与空间解析几何》（网络检索结果约562，000个）的主要章节为：行列式及其计算，向量代数，平面与直线，平面与直线，矩阵及其运算，n维向量与线性方程组，特征值与特征向量，二次型与二次曲面，线性代数与空间解析几何的应用模型。工科专业使用的教材《线性代数》（网络检索结果约686，000个）。使用这两类教材的比例约为562s686。理科专业使用的教材《高等代数与解析几何》（网络检索结果约19，400个）的主要章节为：多项式，行列式，矩阵，线性空间，线性变换， Euclid 空间，双线性函数与二次型。理科专业使用的教材《空间解析几何》（网络检索结果约49，200个）。使用这两类教材的比例约为194：492。从教材和课程内容，我们看到二次曲面与线性代数在其中扮演重要角色。把高等代数与解析几何合并成一门课具有其内在的合理性，但是，解析几何范围内的几何问题包括除了圆锥曲线（Conic Sections）和二次曲面性质与图形之外，还有其他的曲线、曲面。这些曲线和曲面大量地出现不同的科学、工程领域中。例如螺旋线、环面。对于这些曲线和曲面，线性代数方法很难处理。同时，按目前的信息与计算科学的解析几何课程教学计划学时，学生系统地学习解析几何比较困难。我们希望了解和认识一门课程的内涵，也就必须认识它的发展史。解析几何的创立得益于代数学的飞速发展，17世纪笛卡尔[3]引进坐标系后，一大类几何图形和代数方程成为等价的事物。把图形转换为代数方程描述的数与数的关系来研究的方法就称为解析几何。1874年，美国翻译出版的法国学者J.B.BIOT的解析几何教材：《AN ELEMENTARY TREATISE ON ANALYTICAL GEOMETRY》[4]，其中没有出现行列式与矩阵等线性代数的主要方法。1902年，David Hilbert 的几何基础[5]出版了。100多年后，北京师范大学出版社在1984年出版了朱鼎勋与陈绍菱的解析几何教材《空间解析几何学》[6]。这是一本解析几何课程的典型教材。其中主要的方法是向量代数、坐标变换与二次型。传统的数学课程体系中（包括工学数学课程体系），将解析几何单独列为一门课程（或一些独立的章节），主要讲述空间图形（包括空间直线、平面和二次曲面）的代数处理方法。其实，解析几何本身与线性代数有着深刻的内在联系，例如，空间直线和平面都是由线性方程组来表示的，二次曲面的分类其实就是二次形的标准形问题。所以将这些内容加入到高等代数中来，不但节省了大量的时间，而且对学生加深两门课程的理解也是非常有益的[1]。
二、解析几何的现代化与应用前沿以及课程的教学实验
1963年，伊凡・苏泽兰（Ivan Sutherland）在麻省理工学院发表了名为《画板》的博士论文[7]，它标志着计算机图形学的正式诞生。至今已有五十多年的历史。使用计算机处理三维空间的曲线与曲面的显示与人机关系。它可以研究大量的复杂方程的曲线与曲面的性质以及它们之间的关系。在解析几何课程教学方面，计算机作图确实可以增加学生的对非二次曲面几何的直观理解，极大地提高了教学的效率，以及学生直观地理解复杂曲线、曲面。例如用某种计算机语言，计算、绘制一个旋转的椭圆抛物面。如果用z=x^2+y^2形式的方程，编写程序：
x=[-10：0.1：10]；y=[-10：0.1：10]；[X，Y]=meshgrid（x，y）；Z=X.^2+Y.^2 ；
plot3（X，Y，Z）
画出来的立体图上的网格是分别按x、y的参数值的变化生成的图（1）。同样的方法，编写程序：
x=[-10：0.2：10]；y=[-10：0.2：10]；[X，Y]=meshgrid（x，y）；Z=X.^2-Y.^2；
plot3（X，Y，Z）
画出的方程为z=x^2-y^2的双曲抛物面上的网格是分别按x、y的参数值的变化生成的图（2）。
不仅仅如此，计算机作图是对解析几何的传统教学方法、手段的重大改进，还克服了复杂曲面曲线无法绘制的寰场H绻仅仅认识到利用计算软件绘制曲线与曲面，可以比较直观的看到曲面的一些基本性质，例如：对称性，有界性，边界等，那实质上还是辅助教学，教学的内容没有进化与更新，也就是给定了曲面的方程，然后计算、绘制该曲面的3维图像，那是远远不够的。一方面计算机绘图渗透到了解析几何课程的教学中，另一方面更重要的发展是三维空间中的曲面、曲线已深入到了可以直观展示不同学科领域的现象、性质与规律。例如，近二、三十年，计算机计算速度的大幅提高，曲线、曲面的计算已经有了相当的发展。最初的3D动画、3D电影，现在的3D打印、3D重构已经深入到科学研究、工程设计以及日常生活中，这些新应用、新技术、新理论还在不断地进化。这些都依赖曲线、曲面的计算与测量。一般情形是曲面并不都是教材中的二次曲面。测量方法有无线电、激光等电学、光学设备，例如：照相机、摄像机、雷达等。特别是在计算机视觉[8]方面， 3D重构[9]的发展对三维空间的曲面、曲线的计算提出更高的要求，计算机视觉是计算机图形学的反向计算。计算机图形学是从3维对象测量计算获得图像数据，而计算机视觉通常是从图像数据通过计算获得观测对象的3维图形，也有这两种方法的结合趋势，例如：在增强现实技术中，就是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。
1.解析几何中，n次曲线、曲面在笛卡尔坐标系下的3维计算的手段是n次代数方程，笛卡尔坐标系与代数方程构成了这类3维计算的基础。 笛卡尔坐标系与代数方程帮助我们充分认识了二次曲线与曲面。例如：图（1）与图（2）就是使用了笛卡尔坐标系与椭圆抛物面方程x2+y2-z=0、双曲抛物面方程x2-y2-z=0，通过计算给出的这两类曲面的视图。
2.在工程与其他科技领域，等高线图可以表示观测对象特定数据的3维图。这一类曲面一般不能由代数方程来表示。例如：陆地的海拔等高线地图，规则物体或流体的温度分布图，某区域的大气的水汽分布图，运动物体的GPS轨迹图。等高线图实质上是一张关于某种特定数据的照片，形式上等同于图（1）与图（2）。这类图都是通过对观测对象进行测量而获得的某种特定数据对应的三维空间的曲线与曲面图。这些曲线与曲面没有对应的方程，都用离散的二维数据来表示，并存储为一张数字照片。
3.观测对象的3D重构是从一些二维数据照片通过计算得到其他若干个笛卡尔坐标系下的二维数据照片。
1）如果已知曲线、曲面在一个笛卡尔坐标系内的代数方程，那么通过不同笛卡尔坐标系之间的坐标变换，能够确定地计算曲线与曲面的新代数方程。
2）如果已知曲线、曲面在一个笛卡尔坐标系内的等高线图，同样的方法可以得到新笛卡尔坐标系下的二维数据照片。
3）如果已知曲线、曲面在一个笛卡尔坐标系内的其他类型的二维数据照片（例如：一般的相机照片），如何得到新笛卡尔坐标系下的二维数据照片？这部分内容正是计算机视觉研究的核心内容之一。我们指导学生在这个方面做了一些试验与计算。下面简单介绍一下实验的基本方法与实验的结果。在对物体进行拍摄后得到的相片中，由于物体表面几何形态、点光源位置、光强等因数的改变会导致物体表面反射光路的改变与反射光光强的变化，照片中拍摄对象的明暗关系都会发生变化。我们可以根据光源与物体表面的关系（包括理想反射面与一般反射面的成像理论，点光源与反射面亮度的关系），得到点光源下理想表面反射成像的规律。控制其中一个或多个影响物体表面成像的重要参数，改变点光源位置等，拍摄观测对象，利用软件读取照片，用给定的光反射模型进行计算，可以得到观测对象的一个完整的表面的三维数值图像。下图（6）（7）是试验中拍摄的倾斜纸板照片与计算得到的三维数值图像。
三、解析几何教学实验的一些体会
解析几何课程本着联系实际科技应用与科学前沿[10]，拓展教学内容，开阔视野的目标，把计算机图形学与“3D计算”的思想、方法与实践引入。我们可以在教学过程使用计算机与显示设备，一方面，在三维空间中，把复杂代数方程对应的图像的基本性质比较直观地显示出来。另一方面，认识到三维数值图像在计算机视觉等高新科技领域的重要应用。通过这一方面的教学与实践，让学生认识到不仅仅方程的计算与推理可以分析曲线、曲面的性质，还可以通过适当的计算也可以分析曲线、曲面的性质。进一步，认识到计算机的计算能力与显示同样能够证实曲线、曲面的特征。即基于适度的基本编程的人机交互[7]来学习曲线、曲面的基本规律。上文列举了的解析几何与计算机相结合的例子，通过使用这种更简洁易懂，同时更加现代化的解题办法，真正实现数学与计算机的结合，使得解析几何这门学科具有新的生命力。
参考文献：
[1] 孟道骥. 一门“国家精品课程”的建设-南开大学“高等代数与解析几何”课程[J]. 高等数学研究， 2005，8（3）.
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[6] 朱鼎勋，陈绍菱.空间解析几何学[M].北京师范大学出版社，1984.
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[8] O.Faugeras. Three-Dimensional Computer Vision ： A Geometric Viewpoint[M]. MIT Press， 1993.
[9] U. C. Pati. 3-D Surface Geometry and Reconstruction：Developing Concepts and Ap-
计算机图形学论文范文5
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
计算机图形学论文范文6
思想建设
自觉加强政治理论学习,热爱本职工作,积极参加单位组织的各项集体活动,遵纪守法,团结同志.
二,系行政管理
以来,作为信息科学技术学院业务副院长,分管专业教学,学科建设,科研以及实验室建设等工作,主要组织与参与了以下具体工作:
3月,完成了《虚拟现实实验室》的建设工作;
3-4月,组织,协调和实施了迎接山东省对省重点学科计算机应用技术学科(筹)的考察验收工作;
4月,以__学院计算机基础教学实验中心为依托,申报了山东省高等学校试验教学示范中心,被推荐到教育厅参评;
4-5月,申报了教育部-英特尔精品课程建设项目;
4-5月,申报了计算机应用技术泰安市科技创新平台项目;
5月,申报了山东省优秀教学团队评选,被推荐到教育厅参评;
6-9月,在山东省__学( ）者岗位申报中,__学院计算机应用技术学科申请设置__学者建设工程岗位(推荐上海交通大学马利庄教授);
9月,申报了泰安市优秀科技创新团队;
9月-10月,完成了第一批校级优势学科《计算机应用技术》培养对象建设期满考核验收;
10-12月,完成了山东省重点学科计算机应用技术工作总结和工作计划;
10-12月,完成了计算机应用技术和软件工程2个校级优势学科培养对象工作总结和工作计划;
11月,完成了信息科学技术学院特色发展为地方经济建设服务的总结及计划;
10-12月,申报了计算机应用技术参加__学院重点学科的遴选;
10-12月,申报了__学院优秀科研工作先进集体;
10-12月,准备了__学院对信息科学技术学院数据与图像处理研究所的年度检查与考核;
10-11月,完成了__学院拟申报硕士学位授权点(一级学科)基本情况调查表;
11-12月,配合学校新增硕士学位授予单位立项申报,信息科学技术学院作为拟授权学科的3个学科第一位学科,组织部分教师完成了《申请硕士学位授予权一级学科简况表》;
4月,和10月,申报泰安市大学生科技创新行动计划项目共2批100余项,第一批立项8项,第二批立项未公布.
10月-12月,参加学校组织的课堂教学达标创优竞赛活动,并成功进入前8名,参加第2轮复赛;
重新审定了信息科学技术学院毕业设计(论文)的规范和要求;信息科学技术学院网站新改版投入使用,并在学校对学校2级网站的评选中获得第一名.
三,教学工作
上半年,本人承担了信息科学技术系《计算机图形学》课程的教学工作,并担任届毕业生的 毕业论文和毕业设计的指导老师.下半年-第一学期,作为访问学者在山东大学进行学习,但是服从系里安排,分管专业教学,科研,学科建设等工作.
四,科研工作
在核心期刊杂志2篇(第一位).主持省教育厅科技计划项目一项(第一位),山东省自然科学基金项目立项一项(第2位)
五,在廉政方面
能做到严格要求自己,廉洁自律,遵纪守法.
