图形学研究进展-浙江大学CADCG国家重点实验室

中国图像图形学报,Vol.6(A),No.6,2001:511-5221中国图形工程:2000潘志庚(浙江大学CAD&CG国家重点实验室,杭州,310027)摘要:本文是关于中国图形工程的年度文献综述系列之六。考虑到国内关于图形学的研究以及应用的论文分布于多种学术期刊上,为了让图形学领域内的理论研究和开发人员对图形学研究进展有一个全面的了解,以及为读者查阅相关文献提供方便,我们对2000年发表的有关计算机图形的主要论文根据内容进行了分类,这些学术研究和技术应用论文是从发表比较集中的11种中文期刊上选取出来的。关键词:文献综述，计算机图形学,图形工程,图形处理,技术应用1.前言图形工程是指系统地研究各种图形理论,技术和应用的交叉学科[1]。图形工程的研究内容非常广泛,其应用已渗透到人们生活的方方面面。90年代初,从传统的计算机图形学又派出多种与图形相关的新技术,如科学计算可视化和虚拟现实等,这些新技术或新的研究领域源于图形学,但所包含的研究内容又超出传统图形学的研究内容,对它们的研究反过来促进图形学基础理论的发展。而到了90年代后期,图形学的研究又有新的发展,图形和图像开始融合,计算机图形学和图像处理及计算机视觉的关系越来越密切.另外,随着INTERENT的发展和普及,网络图形的研究和应用也受到重视.为给从事图形学研究和应用开发人员提供帮助,中国图象图形学报编委会组织有关专家,从1996年开始,逐年对我国上一年发表在中文期刊上的有关图形的论文根据内容进行分类和统计。文献[1]对计算机图形学及图形工程作了简要介绍,论述了图形与图象工程的关系,并对图形工程的研究进行了分类。这样的年度文献综述系列试图从图形工程的角度出发,对有关文献进行分析归纳,一方面给出我国图形工程发展现状的总体概况；另一方面，可方便从事这方面研究工作的读者查阅文献。本文是关于中国图形工程的年度文献综述系列之六,前几年的文献综述参见文献[1,3-6]。在这篇综述中,我们对2000年发表在11种国内期刊上的,从3341篇论文中选出来的304多篇有关图形学研究和应用的论文给予了分类和统计。文献[2]介绍了国内在1996年前的计算机图形学研究情况。2.文献分类方案为了保持此项工作的持续性和一致性,本文参照了文献[1]和文献[3-6]中所采用的方法。计算机图形学的分类随着若干新技术方向的出现而有所延拓和扩展。这些新技术发展方向常常是多学科的交叉领域。本文所采用的分类方法如下:A1:图形学基本理论和算法包括常用图形学基本算法,如裁剪、消隐、线面生成、多边形扫描转换、三角化和三角网格的生成等。对于与图形学有关的数据结构和几何结构等的基本研究亦属于这一部分。A2:真实感图形生成和自然景物模拟包括复杂自然场景的真实感图形的造型及其光照计算的算法研究,特别是全局光照的辐射度技术与光线跟踪技术研究,纹理映射和自然景物模拟也归在这一类中。A3:科学计算可视化对于科学计算数据或观测数据进行可视化,其数据的分布可以是规则或非规则的(结构中国图像图形学报,Vol.6(A),No.6,2001:511-5222化或散乱的)。研究对于数据的曲面重建、特征抽取以及体数据整体可视化等技术和系统。A4:计算机动画研究计算机动画绘制和制作的各项技术,也包括动画系统的实现技术。A5:人机交互与用户界面包括通常的人机交互界面技术,如基于标准的用户界面设计,手势识别,语音识别,人脸识别技术等。A6:图形系统（包括CAD）与标准及图形数据库包括通用与面向应用的专用图形系统的实现和应用研究以及近年来计算机图形标准发展的有关技术研究。我们将有关图形/工程数据库的技术研究也包括在这一类。A7:图形硬件、工作站与网络图形包括图形处理加速器,图形工作站,用于图形处理的软硬件并行处理算法或结构和网络图形等技术。A8:几何造型基础理论和算法/CAGDCAD中几何造型的基本理论和技术研究历来作为计算机图形学的研究内容之一。特别是关于曲面造型的有关算法和技术研究,近年来人们给予了极大关注。这是计算机图形学与CAD最直接相关的研究工作。计算机辅助几何设计(CAGD)也放在这一类。A9:图纸输入及处理把图纸输入单独归为一类的原因在于,一方面由于图纸输入所识别的对象只涉及到与图形设计有关的线(矢量)、字符和简单几何图形;另一方面,图纸输入作为CAD中计算机绘图的逆过程,总是与CAD密切相关并为CAD领域的研究和应用人员所需要。A10:虚拟现实/虚拟环境虚拟现实/虚拟环境作为近几年来发展起来的一个新技术领域,是结合多个技术领域的综合学科。包括实时图形生成和绘制、多细节层次模型生成、基于图像的绘制、分布式虚拟环境、虚拟现实系统开发平台和实现技术。A11:其他把很难归在上述10类中的论文归在这一类。当然,以上这种分类方法也不一定完全科学,并且随着图形工程研究以及图形技术应用的发展,肯定会出现一些新的研究方向,部分研究方向可能会萎缩或消失,我们会根据需要进行调整,从而达到两个目的:(1)系统化和科学化;(2)方便读者的文献查阅3.刊物和文献选取3.1刊物选取只选取与图形工程有关的重要期刊,参照文献[1],我们仍将这些期刊分为两大类:第一类是偏重学科理论的刊物(通常为一级或准一级学报),第二类是偏重应用的刊物(通常为二级学报)。(1)第一类刊物包括:计算机学报软件学报中国图像图形学报计算机辅助设计与图形学报计算机研究与发展工程图学学报中国图像图形学报,Vol.6(A),No.6,2001:511-5223第二类刊物包括:计算机工程计算机工程与应用计算机工程与设计小型微型计算机系统计算机应用(2)只选取在2000年出版的国内11种中文刊物上的文献(不包括增刊上的文献),会议论文以及出版在英文期刊(如软件学报英文版,计算机学报英文版)的论文并未考虑在内,理由同文献[1]所述。3.2文献选取情况根据上面的规则,我们在第一类6种期刊共1196篇论文中共选取图形学论文205篇,其选取情况如表1。在第二类5种期刊共2145篇论文中选取图形学论文99篇,其选取情况如表2所示。表1第一类期刊2000年图形工程文献选取一览表期刊名称出版周期论文总数选取数选取比例(%)计算机学报月刊2132913.6软件学报月刊2463213.0中国图像图形学报月刊2003417.0计算机辅助设计与图形学学报月刊1976633.5计算机研究与发展月刊24293.7工程图学学报季刊983535.7总计119620517.1表2第二类期刊2000年图形工程文献选取分类一览表期刊名称出版周期论文总数选取数选取比例(%)计算机工程月刊576396.7计算机工程与应用月刊766324.1计算机工程与设计双月刊9044.4小型微型计算机系统月刊372133.4计算机应用月刊341113.2总计2145994.64.统计和分析根据该年度综述中前几年的统计数据,我们进行了对比分析,从年度和期刊二个方面对文章选取比例,选取数目的变化进行了对比(见表3,4,5).从表中可以得出如下结论:(1)图形工程论文的总数呈增长的趋势(1995年的98篇,到2000年的304篇),中间随着论文选取范围的变化,论文篇数有些起伏,在96年和98年,由于CHINAGRAPH会议的优秀论文直接刊登在部分一级期刊的专辑中,因而在图中出现了二个高峰(见图1和图2).从99年开始,不再选取多媒体的论文;从2000年开始,不再选取中国图像图形学报,Vol.6(A),No.6,2001:511-5224CIMS的论文,并且CAD的论文选取范围也有所限制.从而使得图表呈下降趋势.这样做的宗旨是把重点放在计算机图形的核心内容上.(2)有关图形工程的论文相对集中在几种刊物上,如计算机辅助设计与图形学学报,工程图学学报,中国图像图形学报上.(3)由于一些二级期刊近一两年(特别是从2000年开始)所刊登文章数目的大幅度增加(如计算机工程与应用;计算机工程;计算机应用;小型微型计算机系统),图形工程文章选取的比例呈下降的趋势.表3图形工程文献分类选取情况一览表(随年度变化情况)年份A1A2A3A4A5A6A7A8A9A101995287143619116419963918201014181238111619975192214842633819199855113329156611372043199953194416175921342958200047183117193211422349表4图形工程文献分类选取比例变化一览表(按期刊)年份计算机学报软件学报中国图像图形学报计算机辅助设计与图形学学报计算机研究与发展工程图学学报计算机工程计算机工程与应用计算机工程与设计小型微型计算机系统计算机应用199510.36.146.9669.211.18.07.9199632.515.120.460.78.946.415.56.39.313.0199715.516.024.151.19.262.513.310.612.310.015.7199825.513.824.189.47.466.78.67.24.86.98.2199917.410.628.452.111.238.39.29.324.19.38.8200013.613.017.033.53.735.76.74.14.43.43.2图1图形工程文献分类选取比例变化情况(按期刊)0102030405060708090100199519961997199819992000计算机学报软件学报计算机辅助设计和图形学学报工程图学学报中国图像图形学报计算机研究与发展中国图像图形学报,Vol.6(A),No.6,2001:511-5225表5图形工程文献分类选取数变化一览表(按期刊)年份计算机学报软件学报中国图像图形学报计算机辅助设计与图形学学报计算机研究与发展工程图学学报计算机工程计算机工程与应用计算机工程与设计小型微型计算机系统计算机应用19951392318101051996582917661413141016231997283229462130122881918199841314076173623263112719993924607427284150152016200029323466935393241311图2图形工程文献分类选取数变化情况(按期刊)5.讨论通过对国内2000年发表的有关图形学的中文文献的统计和分析,可以看出我国科技人员在图形学基础算法和应用开发方面又有了很大的进展。目前图形学的研究和开发方面呈以下趋势:实时性，图形和图像技术的融合，网络和图形的结合。致谢在本文的材料收集和准备过程中，得到了浙江大学CAD&CG国家重点实验室的硕士生肖丹的热心帮助，在此表示诚挚的谢意。参考文献:[1]吴恩华:中国图形工程:1995,中国图像图形学报,1996,1(3):232-237[2]JiaoyingShi,ZhigengPan,China:ComputerGraphicsIsFastestDevelopingComputerApplication,ComputerGraphics,199630(2):11-14[3]潘志庚，吴恩华,中国图形工程:1996,中国图像图形学报,1997,2(12):923-934.[4]潘志庚，中国图形工程:1997,中国图像图形学报,,1998,3(10),805-813[5]潘志庚，中国图形工程:1998,中国图像图形学报,1999,4（10）：865-875[6]潘志庚，张明敏，中国图形工程:1999,中国图像图形学报,2000,5（10）：800-81001020304050607080199519961997199819992000计算机学报软件学报计算机辅助设计和图形学学报工程图学学报中国图像图形学报计算机研究与发展中国图像图形学报,Vol.6(A),No.6,2001:511-5226附录:本文统计的文献分类一览A1:图形学基本理论和算法(47)1.董洪伟，周来水，周儒荣，一种曲面裁剪的快速新算法，工程图学学报，200