认识电脑绘图

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认识电脑绘图  苏守政

　　使用电脑来处理图形或影像等视觉表现的技术与形式，一般称
为「电脑绘图」（ Computer Graphic ），或简称为 CG 。此一视
觉媒体在技术上的特色是将数值讯号输入电脑之後，会转换成可视
的图形或影像输出。其中包含了静态的画面与平面或立体的动画。

　　回顾电脑绘图的技术与表现的神速发展，实在令人惊叹。电脑
问世尚不满五十年，而电脑绘图的正式起步，也不过三十年，其造
形表现能力的精良与丰富，已远超过以往人类所创造的任何一种视
觉媒体。电脑绘图和其他视觉艺术表现工具的最大差异是除了能依
照指示描绘出精致的图画之外，只要改变数式中的参数，往往就能
产生超越作者想像的作品。

　第二次世界大战期间，美国为了精确计算弹道，而著手开发电
脑的制作技术但是直到战後的一九四六年才由当时还是美国宾夕法
尼亚大学研究生的艾克特（ John Prespei Eckeit ）完成问世，
当时所制造完成， 使用真空管， 体积庞大的电脑， 被命名为「
ENIAC 」。 十五年後， 波士顿麻省理工学院的萨惹兰德（
I,Sutlier Land ）於一九六一年著手研究会话型的图形处理系统
，一九六三年发表了可以使用光笔在图像显示器上描绘图形，人与
机器直接对话的绘图系统（ Sketch Pad System ）， 奠定了今日
电脑绘图技术与发展方向的基础。

　进入七十年代後，由於技术的进步，电脑绘图在色彩、形态、
质感等造形要素的表现上日趋成熟；并超越了平面与静态的表现，
可以作出具有立体感与完整光影表现的写实场面。直到十几年前，
电脑所描绘的图形除了符号疏密构成的点画之外，多半是一些平面
或只能暗示立体感的线画。後来，先是可以消去隐线部份，呈现出
面的组合之映像域扫描技术的出现；接著附加阴影，甚至以拼贴的
概念与方法在立体模型上覆贴表层质感等模拟实物或实景的各种视
觉表现技法逐项被开发出来。

其中具有特色的表现技法还有下列数项，一九七九年发表的「
光迹追踪法」（ Ray Tracing Method ）是一种以光的反射状态来
显示物体的质感，或是呈现出如同透过透明材质，反映出受到折射
影响而变形的景象等显示材料质感或透明感的写实技法。紧接著由
於电脑计算能力的高速化， 应用新的数学理论 -- 碎形几何（
Fractal ），可以经由自我相似型的衍生，描绘出需要庞大的计算
能力才能处理的山脉、海岸线、云朵等复杂的不规则型态。
追溯电脑绘图视觉表现的发展历程，从一九七○年代到一九八
○年代初期的十多年间，可说是进化过程的关键性时刻。使用电脑
绘图技术所制作的图形或影像，表面看起来和一般的绘图、照片或
影片十分雷同，但有一点是截然不同的，电脑所制作的图像无论是
多麽单纯的点、线或面的构图，背後一定隐藏著支持其成立的数学
公式或计算的程序；因此在基本的模型建构完成之後，还可进一步
任各种角度与动态的视觉模拟。如果以一栋建□物来譬喻，除了可
以确认空间中各部份的相关座标位置之外，将座标上的点与设定的
视点连结起来，经由关系数式的演算，可以自由自在的模拟当视点
移动时，从不同视角可以看得到的各种静态或动态的景象。同时，
经由内部的计算，也能呈视出视角变化时，环境中光线投射的状态
。由於这种计算程序的进化，视觉模拟的表现更加精致、自然。

　　具体而言，电脑绘图所制作的图形或影像，与以往的绘画、摄
影等视觉媒体最大的差异是以数据化的信号为基础。因此附加有图
像自由存取、加工、修正、合成、移动等功能。视讯数位化的发展
，使得经由电脑所处理的电子影像更加多姿多彩，相当程度满足了
人类自古以来对於变幻法术的憧憬之情。

　色彩是造形表现的另一项重要要素，电脑绘图的色彩显示基本
上是以红、绿、蓝色光三原色的组合来呈现，三原色各区分为 256
个阶段，因此组合出来的色彩约为 1677 万色，远超过人类的视觉
所能辨识的限度。发展至此，电脑绘图已从色彩与形态等造形要素
的表现都极为粗糙浅薄，不能满足造形艺术家创作需求的绘图机器
，迅速转换为造形艺术与设计表现的崭新利器。

　电脑绘图的功能与作用可以具体地归纳如下：

第一、「能使一般肉眼看不到的现象或物体看得见」 。
例如分子的运动、作风洞实验时飞机机身周围空气流动与温度分布
的状态等视觉无法看到的现象，使用电脑视觉模拟的技术将其可视
化。

第二、「能使一般不容易看到的物体与现象清晰可辨」 。
例如使用特殊的工具与方法方能勉强以肉眼辨视的人类的骨骼与肌
肉的运动，太空站存在的状态，植物的生态活动等现象，经由电脑
绘图视觉模拟的功能，可以很清楚地呈视出来。

第三、「不用制作实物，或不必实际操作实物， 也能进行评估
的工作」。 若能实际制作实物模型，很容易评估其优劣或可
行性，但基於成本或安全性的考量而无法实作时；或为了避免浪费
，提高生产性。例如景观设计等的模拟，不制作实物，活用电脑绘
图的平面、立体或动画的表现功能，同样能达到评估的效果。此外
，商品销售的动向、机械装配方法的说明等抽象事物的具象化，电
脑绘图在视觉资讯传达所发挥的功能要远胜於传统的视觉媒体。

　在文明史上，绘画或雕刻等造形的手段曾将人类的诸多梦想具
象化，而今日的电脑绘图将可在科学与艺术的世界里，成为化幻想
为现实的重要工具；预计今後除了在艺术的表现上将开拓出更广阔
的空间之外，其细腻的视觉表现功能，更将为未来的科学、医学、
教育、文化、娱乐等文明的各个层面带来更大的贡献。