用计算机绘制空间立体图形,其实就是在三维形体上找出来几个点,再将这些点连接成几条线段或者是组成几个小平面.由于每个点都是三维坐标信息,那么通过坐标变换,就可以把三维坐标信息转化成为二维坐标信息,并在进行消隐处理后再在显示屏上输出这个三维图形的平面投影图.曲面立体图形处理技术一般可归结为三种方法:
( l )离散平面法:把曲面立体图形的表面分割成为多个小曲面,并按照顺序把这些小曲面当作多边形的小平面去进行坐标转换及消隐处理,从而就可以得到立体曲面图形.它的特点是曲面表现效果不错,还能进行曲面上光线以及色彩的处理,缺点是占用内存量比较大,处理过程复杂,处理时间也长.论文网
( 2 )扫描网格法:把空间曲面立体图形用交叉的曲线网格来表现,之后进行坐标转换以及消隐处理,由此就得到了立体曲面图形.这种方法与离散平面法比较起来,占用内存量相对比较少,处理时间也比较短.
( 3 )截面交线法:把空间曲面立体图形用一族平行的平面切割该曲面,利用这一族平面与曲面的截交线来表示,再经处理就可以得到该曲面图形.这种方法与上面两种方法比较起来,占用内存量非常小, 运行时间也大大减少,缺点就是经它处理后的图形,有些不该表现出来的曲面部分的线条仍然还是会显示出来,这样就影响了图形的表现效果.[2]
3 几种绘图软件的比较
平时我们常用的绘图软件有以下几种:
①Matlab:
Matlab 是MathWorks公司出品的一款商业数学软件,适用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言以及交互式环境,强大的绘图功能也是Matlab的特点之一,Matlab提供了一系列的绘图函数,用户不需要过多的考虑绘图的细节,只需要给出一些基本参数就能得到所需图形,这类函数称为高层绘图函数.此外,Matlab还提供了直接对图形句柄进行操作的低层绘图操作.这类操作将图形的每个图形元素(如坐标轴、曲线、文字等)看做一个独立的对象,系统给每个对象分配一个句柄,可以通过句柄对该图形元素进行操作,而不影响其他部分.[3]
②几何画板:
几何画板作为一个计算机作图工具,能够十分轻松地完成欧氏几何的各种作图,还有很强大的二维作图功能, 是个很棒的二维作图软件.缺点在于几何画板不能进行三维作图,不能够像 Mathematica、Matlab和Maple等数学软件一样,只用几个命令就能直接绘制立体图形.然而若适当的拓广其构图和变换的功能,构建一个由基础网格和三维标组成的三维坐标系,那么也可以很方便地用这个坐标系绘制出立体曲面.[4]
③Mathematica:
Mathematica是一款科学计算软件,非常好地结合了数值和符号计算引擎、图形系统、编程语言、文本系统、和与其他应用程序的高级连接.
作为交互式的数学工具软件, Mathematica跟别同类软件相比,在绘图方面有这么几个特点:①绘图功能十分方便且相当强大;②通过方程和函数绘制图形,不需要用户编制复杂的程序,直接调用内部以及外部函数,就能够完成特性的分析和图形的绘制;③在Mathematica 运行的环境下,绘制的图形是可以活动的,能够通过改变观察的角度,来达到最好的视觉效果.[5]
④Maple:文献综述
Maple是当今世界上最为通用的数学和工程计算软件之一,在科学以及数学领域都享有非常高的声誉,有着“数学家的软件”之称.它含有很多的动画以及绘图工具,包括超过百种图形类型。基于OpenGL的可视化技术,甚至可以定义相机轨迹。它的图片输出的格式包括:BMP、DXF、EPS、GIF、等等.