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  • 计算机图形学的发展前景

    千次阅读 2021-06-24 09:36:34
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    计算机图形学的发展前景计算机图形学,是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说,计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。一、图形学的应用领域1、计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 这是一个最广泛、最活跃的应用领域,在机械、建筑、汽车、飞机、造船、电子等领域有着广泛的应用。如机械结构和零部件的设计,土木建筑工程及其图纸的设计,汽车、飞机、轮船的外形设计,集成电路、印刷线路板的设计等。过去在这些设计工作中,用的是绘图板加丁字尺的传统设计方法,现在正迅速地被 CAD技术所代替。使用 CAD 技术后,不仅提高了设计效率,缩短了设计周期,改善了设计质量,降低了设计成本,而且可以为后续工序的计算机辅助制造(CAM)建立起 CAD 数据库,使 CAD/CAM 联成一体,为生产自动化奠定基础。CAD/CAM 是高新技术,是先进的生产力,它已经并将进一步给人类带来巨大的影响和利益。现在,CAD 技术的水平已成为衡量一个国家工业技术水平的重要标志。2、科学计算可视化用图形来表示大量数据计算的结果或中间过程。例如:科技工作者需要认真分析大量的计算结果以确定一个系统的描述;商业主管需要分析大量的统计数据以做出对未来商业行为的决策;医生需要面对大量的 CT 数据以确定病人体内是否发生病变及何处发生病变;气象人员需要处理气象卫星传回的大批数据以绘出未来一段时间内的天气变化趋势图。分析处理这些大批数据是艰难和枯燥的,但如果应用计算机图形处理技术建立数据与图形之间的关系并将它们以图形的形式在屏幕上显示出来,则使用者很容易观察其中的各种现象并找出变化规律。这种研究如何将来自科学、工程、医学等领域的抽象数据用图形表示的学科称为科学计算可视化。可视化技术发展很快,已广泛应用于流体力学、有限元分析、医学、遥感等领域。3、地理信息系统与制图地理信息系统是建立在地理图形之上的关于人口分布、矿藏分布、森林覆盖、土地利用、旅游资源、海洋地理、地形地貌、山川河流分布、区域规划、城市交通、管线管网等综合信息管理系统。目前,它在发达国家中已得到广泛应用,我国也对其开展了广泛的研究与应用,全国数十所高校也纷纷设置地理信息系统专业。在地理信息系统中,计算机图形技术被用来产生高精度的上述各种资源的专题图,并为管理者提供有效的决策和帮助。4、事务管理和办公自动化无论是企业还是事业行政管理中,都存在着大量的图表,如作业进程表、生产产量表、库存表、销售统计图、生产计划表,以及统计分析方面的各种图表。这些图表都可以用计算机图形技术产生的直方图、饼图和折线图来表示。在办公自动化方面,各国都非常重视。办公自动化系统可以从联网的数据库中,取出所需要的数据,用清晰明了的图表在屏幕上显示或在打印机、绘图仪上输出。5、虚拟现实系统虚拟现实又称为虚拟环境,是指由计算机实时生成一个虚拟的三维空间。这个空间可以是小到分子、原子的微观世界,或是大到天体的宏观世界,也可以是类似于真实社会的生活空间。用户可以在这个三维空间中“自由”地走动,随意地观察,并可以通过一些特殊的设备与所处的虚拟景物进行交互操作。交互是多通道的、自然的,用来传递的信息可以是某个操作、一个手势、一个眼神,也可以是一个表情等。在此环境中,用户看到的是由计算机生成的逼真图像,听到的是虚拟环境中的声音,身体可以感受到虚拟环境所反馈的作用力,由此产生身临其境的感觉。虚拟现实技术主要研究用计算机模拟三维图形空间,并使用户能够自然地与该空间进行交互。在模拟训练中,可以用来训练飞机驾驶员操纵飞机飞行、训练宇航员驾驶登月舱登月。在模拟训练中,驾驶员的操作实时地变换成三维场景并投影在球形房间的内壁上,以模拟空中飞行的环境和状态,同时配上模拟飞行的音响效果,使驾驶员在训练驾驶舱内所见到的外部景物如同在真实的空中一样。这样的训练,既安全又方便,且节省了训练费用。目前,该技术已在航空航天、医学、教育、艺术、建筑等领域得到初步的应用。6、过程控制和指挥系统将各种实时过程的重要参数,如火箭的运行状态,炼油厂、发电厂和电力系统送来的压力、温度、电压、电流等数据传送到计算机,用图形方式进行显示,管理人员对图形进行监控,并对异常情况作出调整。此外,现在大量的指挥系统,军用指挥、铁路调度、机场指挥等系统,也用图形进行监视与控制。七、计算机动画为了产生连续的动画,每秒至少需要24帧画面。因而,一部两小时的动画片就需要十几万张画面,如果用传统的方式手工绘制,工作量是巨大的。首先要由原画设计师创作出人物、场景的关键画面,而两个关键画面之间的变化过程由其它动画工作者逐张完成。中间画的张数取决于人物动作变化的幅度及运动规律,要使动作过渡得平滑自然。60年代制作动画片《大闹天宫》时,就花了几十位动画工作者近两年的时间。如果用计算机图形技术来制作,一方面可以利用造型工具创作出形象逼真的演员、场景,另一方面可以在关键画面之间利用图形变换技术自动插入中间画面。这样大大提高了动画制作的质量和效率。现在,基于计算机图形技术的计算机动画软件3D MAX、Computer Animation 被广泛用于电视广告、节目片头、科教演示、电子游戏等的制作。2、计算机图形学发展与前景1、智能 CADCAD 的发展也显现出智能化的趋势,就目前流行的大多数 CAD 软件来看,主要功能是支持产品的后续阶段一一工程图的绘制和输出,产品设计功能相对薄弱, 利用 AutoCAD 最常用的功能还是交互式绘图,如果要想进行产品设计, 最基本的是要其中的 AutoLisp语言编写程序,有时还要用其他高级语言协助编写,很不方便。而新一代的智能 CAD 系统可以实现从概念设计到结构设计的全过程。智能 CAD 的另一个领域是工程图纸的自动输入与智能识别,随着 CAD 技术的迅速推广应用,各个工厂、设计院都需将成千上万张长期积累下来的设计图纸快速而准确输入计算机,作为新产品开发的技术资料。多年来,CAD 中普遍采用的图形输入方法是图形数字化仪交互输入和鼠标加键盘的交互输入方法.很难适应工程界大量图纸输入的迫切需要。因此, 基于光电扫描仪的图纸自动输入方法已成为国内外 CAD 工作者的努力探索的新课题。但由于工程图的智能识别涉及到计算机的硬件、计算机图形学、模式识别及人工智能等高新技术内容,使得研究工作的难点较大。工程图的自动输入与智能识别是两个密不可分的过程,用扫描仪将手绘图纸输入到计算机后,形成的是点阵图象. CAD 中只能对矢量图形进行编辑, 这就要求将点阵图象转化成矢量图形.而这些工作都让计算机自动完成.这就带来了许多的问题.2 计算机美术与设计2.1 计算机美术的发展计算机美术的发展可分为三个阶段:(1) 早期探索阶段 (1952 1968年) 主创人员大部分为科学家和工程师,作品以平面几何图形为主。1963年美国《计算机与自动化》杂志开始举办年度“计算机美术比赛”。(2) 中期应用阶段 (1968年~1983年)以1968年伦敦第一次世界计算机美术大展一“ 控制论珍宝 (Cybernehic Serendipity1为标志,进入世界性研究与应用阶段;计

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    龙源期刊网 http://doc.docsou.com

    计算机网络技术的应用及其发展前景

    作者:沈子博

    来源:《科学与财富》2017年第28期

    摘要:在信息技术不断发展的趋势与背景之下,网络软件水平也呈现出逐渐提高的趋

    势,这对人类社会的进步与发展有极大的促进作用,这也是计算机技术得到广泛应用的主要原因。本文主要对计算机网络技术的应用以及发展前景进行分析,这对人民生活水平以及生活质量的提高有不可替代的重要作用。

    关键词:计算机;网络技术;应用;发展

    一、关于计算机网络技术

    计算机技术主要是在通信技术以及计算机技术相互结合的基础上进行,计算机网络主要是将网络协议作为主要依据,将地球上分散独立的计算机进行联合。电缆、微波以及通信卫星等都是计算机进行连接的主要介质。共享硬件、软件以及数据资源是计算机网络的显著优势与特征,同时从共享资源角度来说,计算机可对其进行及时的管理与维护。也就是说计算机主要是通过特定的介质对多台电脑进行连接,最终实现资源共享的目标。

    二、计算机网络的发展史大体分为四个阶段

    1.远程终端连接

    世界上第一台数字计算机于20世纪60年代早期问世,不仅数量有限,同时还有着极高的价格,在此种趋势与背景之下远程终端连接应运而生。这种计算机网络具有极强的特殊性,主要是面对终端。主机在其中扮演网络控制中心的角色,其终端主要存在于鼠标以及键盘中,最终实现与主机的有效连接,满足上述条件后使用者就可以实现对远程主机的使用。终端机不会对任何数据进行保存,主机在这一过程中所发挥的作用主要有以下两点。第一点是对终端用户的数据进行处理与储存,第二是对主机以及终端之间的通信工程进行负责。

    2.计算机网络阶段

    计算机的网络阶段主要是指局域网,其最早发生于二十世纪60年代中期。少数的主机链接也是在这一过程中实现,这帮助计算机实现与另一台计算机的通信。在满足上述条件的基础上终端客户可实现对自己硬盘以及软盘的访问,子网硬盘的资源信息也是在这一过程中实现被终端客户的最大限度利用。

    3.计算机网络互联

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    计算机系统结构的发展前景

    计算机系统结构的发展前景课程: 计算机系统结构学号: 1006440716班级: 计算机10-02班姓名: 近十几年来,计算机技术得到迅猛发展和普及,使得从事各种技术工作的人员对计算机的了解普遍加深。但由于技术层次的多面性和应用的差异性,特别是发展的迅猛和不均匀所带来的迷惑性,使人们不易看清某个方面的具体发展现状。计算机体系结构是设计计算机应用系统的一个重要参考因素,是一个近来较受关注的话题。根据目前计算机体系结构的发展状况来看,未来一段时间,计算机体系结构将向以下几个方向发展:?一、VLIW体系?VLIW指的是一种指令集设计思想与技术,它利用编译器把若干个简单的、无相互依赖的操作压缩到同一个很长的指令字中。当超长指令字被从Cache或主存取进处理器时,可以容易地分割出各个操作,并一次性分别分派到多个独立的执行单元中并行执行。?二、单芯片多处理器体系?单芯片多处理器是随着VLSI工艺水平的提高自然会想到的一个方向。在0.25mm工艺下,单片可以集成20个21064(32kCache);在2010年将实现的0.07mm工艺下,单片可以集成60个21064水平的微处理器。不远的将来,现今的SMP系统可以完全集成在一个芯片内,其性能提高显然是诱人的。?三、多线程体系?多线程技术结合了指令级现场交换和顺序调度技术,是数据流模型和冯·诺伊曼控制流模型的有机结合。简单地说,线程是一组静态排序的指令序列,其中,当第一条指令开始执行,后续指令即开始执行而不中断。线程作为执行调度的基本单位,多个线程可以并发(并行)执行,以达到互相隐藏延迟操作和提高并行度的效果。?网格技术有可能成为实现Petaflops的另一条途径。网格是近年来计算机体系结构发展的一个重要方向,其基本思想是通过Internet进行资源共享和协同工作。目前连接到Internet的计算机已经达到1亿台以上,通过互联网可能达到的聚合计算潜力是不可估量的。国际上已经有Globus等组织为网格环境制定标准和参考实现。但是用网格技术实现PetafloPs仍需要关键技术上的突破:一方面互联网连接的速度和带宽仍有待提高,近年来,网络通信技术以超摩尔定律的速度高速增长,已经为此提供了可能,达到实用阶段只是时间问题。另一方面是有效的网格体系模型和计算模型还没有建立。网格的资源是分散和动态的,计算也是一种分散的、动态的过程。传统的并行共享内存或消息传递程序模式不能直接有效地利用,如何科学计算高效使用网格的计算能力是当前一个主要的研究方向。?建在东京技术研究所的TSUBAME采用的就是混合体系,除了使用10368个AMD双核Opteron外,360块加速卡为系统贡献了24%的性能,仅增加了1%?的功耗。而IBM?将在2008年完成的名为RoadRunner的1600万亿次HPC中,总共采用了16?000个Opteron和Cell两种不同架构的处理器。可以说,多核微处理器和面向领域的混合体系结构已成为HPC发展的趋势。?集群架构的超级计算系统,特别是以采用普通商用芯片和内联技术组成的所谓“贝奥伍尔夫集群(Beowulf?Cluster)”系统,在近几年获得突飞猛进的发展,迅速成为目前高性能计算架构的主流。在最新的全球500强排名上,确实已有超过70%的系统属于集群系统。它大受欢迎的主要原因在于其经济有效性和公开性,与MPP的不同之处在于,它一般采用廉价的普通IA服务器为运算节点,小规模的系统一般用以太网进行内联,规模大一点的和性能要求较高的系统多采用InfiniBand、QsNET?或Myrinet作为内联网络,外加免费的、公开的、通用的操作系统(Linux)和并行编程接口(MPI),使超级计算机的造价告别了天文数字。刀片式服务器技术经历了不同的研究发展阶段,从1999~2001年最初的Blade?Swich领域,及其后的体系结构(architecture)、存储虚拟化,到2004年刀片式服务器整体性能提升技术研究,再到2005年刀片式服务器的专用化研究,可以说刀片式服务器产品在多核、低功耗技术的推动下已完成从追求高计算密度的第一代刀片,发展到强调整体综合性能、高生产力的第三代刀片产品。未来的两到三年,刀片式服务器将以其高服务密度、敏捷式部署维护、全方位监控管理融合、高可扩展性、高可用性,全面取代传统的基于机架式服务器的Linux集群体系架构。预期基于刀片式服务器的Linux集群架构将兴起。基于应用级集群虚拟计算技术不仅将带来更高的集群部件利用率,同时也会带来支持应用动态迁移、故障自动隔离、系统自动重构的高可靠集群应用环境,以及更为简洁、统一的Linux集群管理模式。伴随Microsoft的Virtual?Server、VMware?的vMware?Workstation和Xensource的Xen,以

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    微机原理与接口技术

    浅谈微机的应用

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    姓名

    微型计算机的历史现状及发展前景

    微机是电子计算机的一种,是根据其性能指标分类称其为微机,即微型计算机。它由微处理机(核心)、存储片、输入和输出片、系统总线等组成。特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。1、微型计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。其中存储器又分内存储器、外存储器;通常我们把输入设备及输出设备统称为外围设备;而运算器和控制器又称为中央处理器——CPU(Central Processing Unit)。  2、由微型计算机配以相应的外围设备(如打印机、显示器、磁盘机和磁带机等)及其他专用电路、电源、面板、机架以及足够的软件构成的系统叫做微型计算机系统(Microcomputer System)(就是我们通常说的电脑)。计算机系统中所使用的电子线路和物理设备,是看得见、摸得着的实体,如中央处理器( CPU )、存储器、外部设备(I/O设备,如键盘,打印机等)及总线等。  存储器。主要功能是存放程序和数据,程序是计算机操作的依据,数据是计算机操作的对象。存储器是由存储体、地址译码器 、读写控制电路、地址总线和数据总线组成。能由中央处理器直接随机存取指令和数据的存储器称为主存储器,磁盘、磁带、光盘等大容量存储器称为外存储器(或辅助存储器) 。由主存储器、外部存储器和相应的软件,组成计算机的存储系统。  中央处理器的主要功能是按存在存储器内的程序 ,逐条地执行程序所指定的操作。中央处理器的主要组成部分是:数据寄存器、指令寄存器、指令译码器、算术逻辑部件、操作控制器、程序计数器(指令地址计数器 )、地址寄存器等。  外部设备是用户与机器之间的桥梁。输入设备的任务是把用户要求计算机处理的数据、字符、文字、图形和程序等各种形式的信息转换为计算机所能接受的编码形式存入到计算机内。输出设备的任务是把计算机的处理结果以用户需要的形式(如屏幕显示、文字打印、图形图表、语言音响等)输出。输入输出接口是外部设备与中央处理器之间的缓冲装置,负责电气性能的匹配和信息格式的转换。  硬件:也称硬设备,计算机系统中所使用的电子线路和物理设备都是硬件是能看见、摸得着的实体,如主机,显示器,键盘,鼠标等。  对能使计算机硬件系统顺利和有效工作的程序集合的总称。程序总是要通过某种物理介质来存储和表示的 ,它们是磁盘、磁带、程序纸、穿孔卡等,但软件并不是指这些物理介质,而是指那些看不见、摸不着的程序本身。可靠的计算机硬件如同一个人的强壮体魄,有效的软件如同一个人的聪颖思维。   计算机的软件系统可分为系统软件和应用软件两部分。系统软件是负责对整个计算机系统资源的管理、调度、监视和服务。应用软件是指各个不同领域的用户为各自的需要而开发的各种应用程序。计算机软件系统包括:  操作系统系统软件的核心,它负责对计算机系统内各种软、硬资源的管理、控制和监视。  数据库管理系统负责对计算机系统内全部文件、资料和数据的管理和共享。  编译系统负责把用户用高级语言所编写的源程序编译成机器所能理解和执行的机器语言。  网络系统负责对计算机系统的网络资源进行组织和管理,使得在多台独立的计算机间能进行相互的资源共享和通信。  标准程序库按标准格式所编写的一些程序的集合,这些标准程序包括求解初等函数、线性方程组、常微分方程、数值积分等计算程序。  服务性程序也称实用程序。为增强计算机系统的服务功能而提供的各种程序 ,包括对用户程序的装置、连接、编辑、查错、纠错、诊断等功能。为了使计算机能算得快和准、记得多和牢,数十年来,对提高单机中的中央处理器的处理速度和精度,对提高存储器的存取速度和容量作了许多改进,如:增加运算器的基本字长和提高运算器的精度;增加新的数据类型,或对数据进行自定义,使数据带有标志符,用以区别指令和数,及说明数据类型;在 CPU 内增设通用寄存器、采用变址寄存器、增加间接寻址功能和增设高速缓冲存储器和采用堆栈技术;采用存储器交叉存取技术及虚拟存储器技术;采用指令流水线和运算流水线;采用多个功能部件和增设协处理器等。  充分发掘了单个处理器的潜力后,人们转向发展并行处理技术。开始时(1952年)是在运算器中设计了并行的算术运算逻辑,继而开始采用多功能部件,即在中央处理器中设立相互独立、而又可能同时工作的功能部件。经过30年的发展,用单处理器构成的计算机系统,性能已达到相当高的水平,向量巨

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