电脑美术研究性学习报告

重庆市XX中学 黄X，

概论：电脑美术（严格来说是“计算机美术”）在影视制作领域里的运用一般被称为“特技动画”，业界也有简称为“电脑特技”或“数码特技”的。如同当年摄影技术的发明一样，计算机图形图像技术的发明是人类艺术创作历史上的一次飞跃性的革命。依据传统绘画工具创作的画家如今可以不用画笔代之以计算机鼠标及键盘来进行艺术创作了！ “电脑数码美术”又称为“计算机数字美术”，或简称为“电脑美术”、“数码美术”、“数字美术”等。这个新词的运用由于没有统一的标准，业界里说法不一，但都统一所指将计算机图形图像的数字技术应用于美术创作或影视节目制作的一种特技艺术。

关键字：计算机美术 鼠标 键盘 数字技术

解读：随着时代的发展，社会朝着信息化方向进步，人们不再满足于用传统的画稿的方式进行创作，而是想用现代的信息化技术来使画作拥有更大的传播性和创造性，在时代发展如此快速的时期，电脑美术成为了生活节奏快的市民的更好选择，当然，想掌握这些技术并不是很容易，所以，电脑美术也是时下一份热门的技能。

此次研究性学习报告由我们组员五人共同完成，因为电脑美术研究性学习课题属于技术型研究课题，所以，组员主要的研究方法就是搜集有关资料，查阅相关信息，大多在网上完成。

一·电脑美术的基本情况

（一） 历史发展

19xx年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风I（Whirlwind I）计算机的附件诞生了。该显示器用一个类似于示波器的阴极射线管（CRT）来显示一些简单的图形。

19xx年美国Calcomp公司由联机的数字记录仪发展成滚筒式绘图仪，GerBer公司把数控机床发展成为平板式绘图仪。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。到50年代末期，MIT的林肯实验室在“旋风”计算机上开发SAGE空中防御体系，第一次使用了具有指挥和控制功能的CRT显示器，操作者可以用笔在屏幕上指出被确定的目标。与此同时，类似的技术在设计和生产过程中也陆续得到了应用，它预示着交互式计算机图形学的诞生。

19xx年，MIT林肯实验室的Ivan E.Sutherland 发表了一篇题“Sketchpad：一个人机交互通信的图形系统”的博士论文，他在论文中首次使用了计算机图形学Computer Graphics”这个术语，证明了交互计算机图形学是一个可行的、有用的研究领域，从而确定了计算机图形学作为一个崭新的科学分支的独立地位。他在论文中所提出的一些基本概念和

技术,如交互技术、分层存储符号的数据结构等至今还在广为应用。

19xx年MIT的教授Steven A. Coons提出了被后人称为超限插值的新思想，通过插值四条任意的边界曲线来构造曲面。同在60年代早期，法国雷诺汽车公司的工程师Pierre Bézier发展了一套被后人称为Bézier曲线、曲面的理论，成功地用于几何外形设计，并开发了用于汽车外形设计的UNISURF系统。Coons方法和Bézier方法是CAGD最早的开创性工作。值得一提的是，计算机图形学的最高奖是以 Coons的名字命名的，而获得第一届（1983）和第二届(1985) Steven A.Coons 奖的，恰好是Ivan E.Sutherland和Pierre Bézier，这也算是计算机图形学的一段佳话。

70年代是计算机图形学发展过程中一个重要的历史时期。由于光栅显示器的产生，在60年代就已萌芽的光栅图形学算法，迅速发展起来，区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念、及其相应算法纷纷诞生，图形学进入了第一个兴盛的时期，并开始出现实用的CAD图形系统。又因为通用、与设备无关的图形软件的发展，图形软件功能的标准化问题被提了出来，

19xx年，美国国家标准化局（ANSI）在ACM SIGGRAPH的一个与“与机器无关的图形技术”的工作会议上，提出了制定有关标准的基本规则。此后ACM专门成立了一个图形标准化委员会，开始制定有关标准。该委员会于1977、19xx年先后制定和修改了“核心图形系统”（Core Graphics System）。ISO随后又发布了计算机图形接口GI(Computer Graphics Interface)、计算机图形元文件标准CGM（Computer Graphics Metafile）、计算机图形核心系统GKS(Graphics Kernel system)、面向程序员的层次交互图形标准 PHIGS（Programmer's Hierarchical Interactive Graphics Standard）等。这些标准的制定，为计算机图形学的推广、应用、资源信息共享，起到了重要作用，

70年代，计算机图形学另外两个重要进展是真实感图形学和实体造型技术的产生。1970 Bouknight提出了第一个光反射模型，

19xx年Gourand提出“漫反射模型＋插值”的思想，被称为Gourand明暗处理。19xx年Phong提出了著名的简单光照模型-Phong模型。

这些可以算是真实感图形学最早的开创性工作。另外，从19xx年开始，相继出现了英国剑桥大学CAD小组的Build系统、美国罗彻斯特大学的PADL-1系统等实体造型系统。

19xx年Whitted提出了一个光透视模型-Whitted模型，并第一次给出光线跟踪算法的范例，实现Whitted模型；

19xx年，美国Cornell大学和日本广岛大学的学者分别将热辐射工程中的辐射度方法引入到计算机图形学中，用辐射度方法成功地模拟了理想漫反射表面间的多重漫反射效果；光线跟踪算法和辐射度算法的提出，标志着真实感图形的显示算法已逐渐成熟。

从80年代中期以来，超大规模集成电路的发展，为图形学的飞速发展奠定了物质基础。计算机的运算能力的提高，图形处理速度的加快，使得图形学的各个研究方向得到充分发展，图形学已广泛应用于动画、科学计算可视化、CAD/CAM、影视娱乐等各个领域。

（二） 基本操作

日益发展的电脑美术产生了许多的不同的工具，尽管每一个电脑美术工具都各有各的不同，但是，发展已经较为完善的电脑美术行业，大多都采取同样的绘图，绘制架构，几乎都采用了以下的工作界面模式。

工具箱：大多电脑美术绘图，图像处理工具都应用了基本相同的界面，工具箱或工具栏就是其中之一，不管是人人皆知的Adobe Photoshop，还是windows自带的画图工具都有这样的版面，工具箱在一个程序中占主要的作用，人们主要用他的功能来进行创作，工具箱拥有许多图像处理，绘制工具，各个软件有不一样的功能，就会有不一样的工具，工具箱在电脑美术中已经成为了一种模式，这种模式大大加快了电脑美术的发展。

菜单栏：现代信息社会几乎每一个工作软件都有菜单栏，大多都有着相同的功能，当然，根据软件用处不同，设计不同的菜单栏才是正确的，在电脑美术绘画行业软件中，菜单包含基础的文件管理，文件导入，文本框等功能，而在图形绘制中就加入了滤镜，绘图，等功能，因为功能强大的图形处理软件在工作时要照顾到方方面面，所以许多图形处理软件功能复杂，多样，难以精通，所以形成了特定需要这种人才的需求。

属性栏：属性栏中的工具大多依附与工具栏，当切换工具的时候，属性栏会根据切换的工具变化，属性栏多用于调整工具的颜色，作用范围大小，和其他方面的属性，这种属性栏依附工具作用的模式也大大发展，属性栏千奇百怪，拥有很多变幻，在电脑美术日益发展的今天，灵活的掌握这些工具的变换是非常重要的。

图层：在电脑美术中，最具代表性的模式，莫过于图层了，通俗地讲，图层就象是含有文字或图形等元素的胶片，一张张按顺序叠放在一起，组合起来形成页面的最终效果。图层可以将页面上的元素精确定位。图层中可以加入文本、图片、表格、插件，也可以在里面再嵌套图层。打个比方说，在一张张透明的玻璃纸上作画，透过上面的玻璃纸可以看见下面纸上的内容，但是无论在上一层上如何涂画都不会影响到下面的玻璃纸，上面一层会遮挡住下面的图像。最后将玻璃纸叠加起来，通过移动各层玻璃纸的相对位置或者添加更多的玻璃纸即可改变最后的合成效果。这就是对Photoshop中的“图层”概念的简单比喻。AUTO CAD等应用软件的图层，可以用与之类似的简单比喻来形容。

工作面板：工作面板既工作的区域，在多个图形处理工具中，工作面板既画布，既中间的那一张白纸，在这个地方绘制图形，处理图片。

（三）多品种类型

电脑美术是跨越艺术和科学的一门新兴的边缘学科，是用电脑和输入输出设备进行的美术创作。电脑要进行美术创作必须使用图形图像软件，就创作过程而言，可将电脑美术软件分成以下四大类：

建模和绘画软件

建模软件提供一系列构造命令和编辑工具来帮助电脑美术设计者构造模型，相当于传统美术设计方法中的构图，构造艺术作品中景物的轮廓和基本的颜色基调。建模软件中最著名的就是AutoCAD，是美国Autodesk公司软件，它已作为确定了的工业标准。据有关资料介绍AutoCAD在中国建筑CAD市场有70%的占有率。在世界其它地区，AutoCAD也是PC平台上应用最普遍的CAD软件，拥有众多的硬件发展支持商。三维CAD系统的核心是产品的三维模型。三维模型是在计算机中将物体的实际形状表示为三维的模型，模型中包括了与物体的几何结构有关的点、线、面、体的各种信息。由于三维CAD系统具有可视化好，形象直观、设计效率高以及能为图形数字化的各类环节提供完整的设计、工艺等优势，其取代传统的纯二维CAD系统已成为历史发展的必然。

绘画软件将屏幕（画面）理解为由像素点（最小显示单元）按水平和垂直方向有序排列而成的区域。在电脑显示屏上，每个像素由RGB（红、绿、蓝）三个分量组成，RGB比例的不同产生不同色彩和灰度的像素点。说到建模和绘画软件，不能不提到WINDOWS自带的画图程序，画图程序简单，灵巧，保留了WINDOWS操作系统的许多优点，最容易为初学者所掌握。然而有人认为，画图程序功能太简单，因此用画图程序不可能创作出什么好的作品，其实不然，关键在于如何运用画图的各种工具。良好的创意加工具的灵活应用是创作电脑风景画成功的关键。用画图创作人物画的关键是要先一步一步勾出人物的大体轮廓，刷子、铅笔、画曲线工具以及各种工具要配合使用，橡皮使用和CTRL+Z可使不满意的部分从图中去掉。只要熟练掌握，画图程序在建模时完全可以达到随心所欲的程度，加上它的颜色填充功能，可以创作出视觉效果良好的电脑美术作品。

绘画软件中著名的为CoreIDRAW，CoreIDRAW是一个系列工具软件包。它是由加拿大Corel公司开发的，它拥有多种工具，主要用来绘制二维彩色图形；它还包括一些图库，例如ClipAets以及字库等。CoreIDRAW在制作广告、插图等二维美术创意作品方面应用甚广，是目前有名的电脑美术设计软件。

渲染软件

渲染软件是指对建模生成的图形进行细化和美化的过程，包括均匀、光滑及精细。就渲染过程而言，可以包括顶点渲染和像素渲染。顶点渲染可以处理包括个体和环境的所有动态贴图，这将使得细腻的效果不再是图像中主要视体的专利，而是整幅图像都可以更加真实生动。人物表情的变化、关节的运动、弹性物体的形变??，这些视觉效果不仅要求三维物

体本身的变化，而且要求表面的贴图也随物体的变化而拉伸或压缩。在以前是通过把三维物体在局部细化来提高显示效果，但是细化带来惊人的工作量和资源占有，所以只能用在比较重要的部分（比如图像的主要视点）。顶点渲染由两个部分组成：渲染过程和预渲染，渲染过程主要确定需要进行渲染的顶点并且决定需要渲染顶点的顺序。

像素渲染同顶点渲染类似，也是可编程的。像素渲染主要用于材料的表面贴图，这可以使得三维物体的表面不再具有令人讨厌的“计算机感”。具体的说，计算机所描绘的物体表面往往带有明显的金属质感——平滑、生硬。这是由贴图方式决定的，由于被贴图的三维物体表面本身是平滑的，所以在传统贴图方式下，为了解决由此带来的视觉效果问题，要使用大量复杂的材质贴图库，不仅占用庞大的显存空间和显存带宽，而且也不令人满意。可编程像素贴图的优点在于不是采用复杂的材质贴图，而是对贴图过程进行编程处理。编程的灵活性很高，所以可以用简单的贴图就能做出复杂的表面效果。这样一方面可以大大减少材质库所占用的存储空间，另一方面贴图的种类也不局限于材质库中才有的贴图，通过编程可以创造出根本不存在的材质表面。

渲染软件常用的有3Dstudio或3DstudioMax。在PC机平台上，由Autodesk公司开发的3DstudioMax是渲染软件领域目前声势最大的核心软件之一3DstudioMax是一个博大精深的软件包，除了可作渲染软件以外，还可以用来建模，它还是目前在PC机平台上应用最广的优秀动画制作软件。3DstudioMax有建模功能，这些功能在某些情况下非常实用方便，例如，一些曲面模型的建模。不过，对于专业性应用而言，一般的做法是先用其它建模软件例如 AutoCAD建立模型文件，再将该文件以DXF文件格式输入3DstudioMax，然后再补充一些曲面模型，并加以修整、渲染成二维影像文件。

3DstudioMax以其友好方便的界面，简便快捷的操作，细腻的画面，出色的渲染等特色为广大用户提供了一种易学易用，而具有专业水准的三维造型及动画软件。

图像处理软件

对电脑美术的设计者来说，图像处理软件是最简单和最直观的软件，现在有许多图像处理软件可供选择。目前Photoshop可以说是图像处理软件中的龙头老大，Photoshop的每一个版本的面世都有人们所意想不到的新功能，使得前来挑战的诸多图形图像处理软件，败于它的脚下，越来越多的艺术家、广告设计者视它为自己的得力“助手”。它之所以受到许许多多专业以及非专业人士的青睐，依靠的就是强大的滤镜。因为有了滤镜，就可以轻易地创造出“专业”的艺术效果。Photoshop是美国Adobe公司开发的真彩色和灰度图像编辑处理软件，它提供了多种图像涂抹、修饰、编辑、创建、合成、分色与打印的方法，并给出了许多增强图像的特殊手段，可广泛地应用于美工设计、广告及桌面印刷、计算机图像处理、旅游风光展示、动画设计、影视特技等领域。Photoshop运行在Windows图形操作系统中，可在Photoshop和其它标准的Windows应用程序及DOS应用程序之间交换图像数据。Photoshop支持TIF、TGA、PCX、GIF、EPS、BMP、PSD、JPEG等各种流行的图像文件格式，能方便地与文字处理，图像应用、桌面印刷等软件或程序交换数据。Photoshop支持的图像类型除常见的黑白、灰度、索引16色、索引256色和RGB真彩色图像外，还支持CMHK、HSB以及LAB模式的彩色图像。

排版软件

从技术的角度来看，排版软件在功能定位上比较困难，从文字和图像处理、排版规则、版面调配到印刷输出都要包含在内，因此在90年代的发展高峰期过后，排版软件已扩展得非常庞大和复杂。无论是本土开发或国外商业软件，由于根基和设计早已在80年代制定，经过多年的更新提升后，软件架构已经难以容纳新功能，每次更新都可能影响其它部分的原有程序运作，或至少令开发周期变得愈来愈长。飞腾和Pagemaker都是著名桌面排版（DTP）软件，前者由国内著名公司方正生产，后者由国际著名公司Adobe开发。从DTP的特点看，其主要是图文处理，包括三个方面的内容：文字排版、图形设计、图像处理，同时需要结合使用。飞腾和Pagemaker是以文字处理为主，兼具简单图形图像处理的排版、组版软件。除具有一般排版软件的功能外，飞腾和Pagemaker在图像排版方面都是用得比较多的，它们支持的图像格式比较多，常用的图像格式文件几乎都支持。

排版软件未来的发展趋势：

（1）将出现更多针对包装的排版软件，能够实现页面嵌套与混合组版。

（2）能够进一步支持PDF。PDF文件可靠、可预测，可以以不同的分辨率输出到不同的设备。更多地使用客户和服务器环境，使很多排版软件开发者都意识到，将排版软件从桌面移走并用于服务器上，能够得到一个效率更高的流程。

图片压缩软件

影魔术手(nEO iMAGING)是一个对数码照片画质进行改善及效果处理的软件。简单、易用，每个人都能制作精美相框，艺术照，专业胶片效果，而且完全免费。不需要任何专业的图像技术，就可以制作出专业胶片摄影的色彩效果，是摄影作品后期处理、图片快速美容、数码照片冲印整理时必备的图像处理软件。

二·电脑美术的发展现状

（一）现状

在电脑技术高速的发展之下，软件不断随着时代技术的发展而更加丰富，电脑美术的针对性软件也越来越多姿多彩，能够实现很多层次的图像处理技术，甚至能完善动画设计、影视剪辑，功能越来越齐全，成为社会设计业不可缺少的一部分。

电脑美术在日益的发展中在社会上占据了两个行业

一·在平面设计中展露锋芒

电脑美术设计对于一般的传统美术设计有了一定的突破，在图形的处理等方面都得到了更多的发展优势，进一步给使用者提供了相关的创意，能够符合现代化要求的标准，现在的

广告很多，形式化也比较严重，因此缺乏相关的创意，人们往往都已经淡漠广告了，所以，要想广告的内容能够激发兴趣，就一定要有着创新的理念，让人能够眼前一亮，才能够记住广告推销的产品，从而才能够起到重要的效果，进一步增大广告的力度效益。电脑美术的设计能够进一步将人们的思维丰富，能够给人带来更多的想象力，实施设计就有更多的念头，信息时代就需要不断滋生新的想法，产生创新的想法。

二·在三维动画中的应用

电脑美术的使用也渐渐渗透到了“电视数码美术”，也就是运用美术在电视作品之中，能够增强电视作品的艺术渲染力，进一步推进电视的成功。不仅仅要完善平面领域，还要在多媒体的制作中不断提升技术，完善之中的重要作用，加强发挥效率。Discreet公司的3D Studio MAX是一个功能强大，具有丰富内涵的三维造型软件，她的诞生，将艺术学、美学、力学等推向一个崭新的平台，在三维动画设计、影视广告创作、工业设计、多媒体制作等领域占有重要的地位。对于影视动画设计来说，效率是比较高的，很多的影视和动画都是通过电脑美术技术设计的，因此，电影的设计中，有专门的电脑部门进行美术工作的设计，很多的设计理念都被运用在电影的制作之中，如《侏罗纪公园》、《魔鬼终结者》、《独立日》、《泰坦尼克号》等大片均是在SGI等公司经过了专门的数据处理才制作出来的，包括很多著名的机械制造商，也对各种主要的内容进行了一定的延伸，可以表现出公司内部的各种生动身影。

（二）发展，展望

一·电脑美术的发展

在装潢设计的异军突起。建筑设计中渐渐也渗透了电脑美术的思想，渐渐又有了创新的思维模式，进一步增强了创新元素的出现，能够丰富建筑的设计理念，进一步完善效果的优化，提升建筑设计的艺术魅力，加强模型的实体客观型，质量和细节都非常完美，是比较适合实践应用。很多的高成本制作不仅成本高，而且还比较难以实现，但是电脑美术能够克服，利用技术制作的效果图则更胜一筹。因此，电脑建筑效果图已经被广泛应用于从建筑设计到广告宣传等各个环节之中。②网版印花中展露锋芒。如果需要进行黑色针织物的印花就必须实现油墨的遮盖，这是传统方法，进一步打造比较生动的图像类型，只用CMYK四色印花是不够的，所以把设计好的图案利用PhotoshopCS2软件多通道、色彩范围、曲线、亮度/对比度、计算等功能，制作成专色网点。可以在设计之前进行完善，进一步整合目录，收集相关的内容，进一步改变工作的效率和模式，满足客户的进一步需求。

二·电脑美术的展望

电脑美术是一门高科技的艺术手段，能够融合现代化的计算机技术和艺术美术的魅力，进一步加强创作的规律，对艺术的造诣又有了新的看法，能够广泛被人接受，生产设计的需要也比较多，游戏设计、电视节目制作、广告设计与制作、平面设计、出版及印刷等领域，也可以独立存在于美术境界中，意义比较丰富，存在的形式比较灵活。更能够进一步改善传统的美术认知，加强发展空间，进一步拓展增强。

三·建议和调查体会

（一）建议

在信息高速发展的今天，我们每个人不由自主的进入了网络的世界，电脑美术也是这种网络世界的一种，电脑美术大力的发展了绘画行业，这样人们才能以很快的速度创造出精美的作品，然而，事物发展都具有两面性，电脑美术无疑大大方便了我们的生活，但也存在问题，电脑美术无疑是一门技能，人们学习这门技能大多是为了工作，也有许多学生学习电脑美术，但都是为了拥有这项技能，加入这个行业，说到美术，我们的思维都停留在淡淡的水墨画中，这样也才是美术，虽然日益发展的电脑美术早已能将国画仿制得很像，但，早已做不到古人陶冶情操的境界，画画当然不是为了陶冶情操，但发展较已完备的电脑美术似乎只是为了完成画画这门工作，这就像是一种快慢生活态度的矛盾，这种矛盾在商业化的今天解决不了，那么，我们希望能平衡这种矛盾，在能高效率完成一幅画作的今天，不要舍弃我们千年来传承的画画的宗旨。

（二）调查体会

我们全员用了这个暑假的时间调查学习了电脑美术，我们发现电脑美术效率高，适用人群广，易上手，难精通，电脑美术是一个庞大的行业，我们从中学到了很多，也掌握了几种图像处理软件的使用方法，发现信息时代快速发展，从很多地方改变了我们的生活，电脑美术改变了我们绘画的方式，这是信息时代对绘画效率的要求，信息时代对效率的要求是我们的文化，经济快速发展，当然，我们心也浮躁了。