时间：2023-09-15 17:32:25
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇计算机图形处理技术，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】图形学 图形图像 处理技术
计算机技术在近年来的发展速度极为迅速，如今在各个领域中都应用了计算机技术。从20世纪50年代开始，人们开始利用计算机技术处理图形，而随着计算机技术的不断发展与成熟，人们开始利用计算机技术处理图形与图像信息，随着这种图形与图像处理技术的不断成熟与完善，最终形成了备受人们重视的新型学科。这种计算机图形学与图形图像处理技术的应用，对于各个领域的发展有很重要的意义，因此对计算机图形学与图形图像处理技术进行研究分析，对各领域的发展非常重要。
1 计算机图形学概述
1.1 计算机图形学的主要内容
计算机图形学中的研究内容包含了许多方面，其中包含了图形硬件、图形交互技术、曲面曲线建模、虚拟实现以及实物造型等。这是一种利用数学算法将相应二维与三维图形转化到计算机中显示出来。计算机图形学学科成立的主要目的是为了让计算机转换出来的图像更加的真实，而要让计算机转化的图形具备更强的真实感，就必须要建立图形描述场景的几何表示，从中计算出虚拟的光源、纹理以及材质属性产生的效果。因此计算机图形学与几何设计学的联系非常紧密。在计算机图形学中，主要的研究内容包括几何场景中的曲线曲面造型技术以及实体造型技术。而由计算机转化出的图形，通常都需要对图形进行再一次的处理，因此计算机图形学与相应的图形图像处理技术需要紧密联系起来，这样才能够产生更好的图形真实感。
1.2 图形图像处理技术的基本概念
图形图像处理技术主要是将数学描述中的几何数据与几何模型，用计算机技术将其进行相应的修改、存储以及完善。其主要处理技术包括几何变换、图像数字化、建模造型设计、隐线与隐面的消除以及各种色彩设计等。在图形与图像处理技术中，通常需要用的计算机软件包括一般的辅助设计软件CAD、制造软件CAM、辅助教育软件CAI等，同时还需要应用相应的计算机艺术设计、模拟、动画以及虚拟实现等知识技术领域。
1.3 计算机图形系统与功能
计算机图形系统主要由相应的硬件设备以图形图像软件组成，计算机图形系统中的硬件设备主要有图形输入、输出设备以及相应的图形处理设备。其中图形处理设备是硬件设备中的核心，图形处理设备的主要功能是存储于处理图形，同时也能够完成图形处理过程中复杂的函数计算，因此图形处理设备也能够减轻系统CPU的负担，最终能够将图形系统的显示速度与质量进行提升。图形系统中的硬件输入设备主要是键盘与鼠标，通过鼠标与键盘执行相应的命令来完成各种图形的绘制，比如在辅助设计软件CAD中就主要依靠这两种硬件设备。而随着计算机技术的不断发展，如今的硬件设备还有空间球、数据手套、光笔以及触摸屏等。图形系统硬件设备中的图形输出设备主要是指系统中的显示系统、绘图系统等，显示系统是为了让图形可以快速的生成与处理，而汇通系统则是为了让图形能够永久的保存，如显示器、绘图仪以及打印机等。
图形系统在设计与绘制各种图形的过程中，必须具备输入、输出、存储、对话以及计算等能力，因此图形系统的功能主要包括：能够输入各种命令与几何参数的输入功能、能够让图形保持显示状态且可永久保存的输出功能、能够存放所有几何数据并能够对数据进行维护与检测的存储功能、能够进行人机通信的对话功能以及设计过程中需要的各种计算分析功能。
2 计算机图形学与图形图像处理技术的应用
随着计算机图形学与图形图像处理技术不断发展与成熟，这种技术应用开始在许多领域中进行了应用，其中主要的应用领域包括工业领域、商业领域、艺术领域等。
2.1 工业领域
工业领域是计算机图像学与图形图像处理技术的主要应用领域之一，随着现代工业的不断发展，人们在制造各种精密的仪器以及设计各种机械产品的过程中，都需要应用计算机中的图像学以及相应的图形图像处理技术，其中计算机辅助设计制造软件CAD与CAM，已经在如今的工业领域中进行了广泛应用，比如各种汽车、船舶以及飞机的设计制造，各种厂房的建造布局等，都需要应用计算机图形学以及图形图像处理技术。如法国的空客飞机公司就是因为应用了CAD系统，对空客A300飞机的外形设计、内部组装等进行了模拟，从而使得制造成本降低了30%以上。
2.2 商业领域
计算机图形学与图形图像处理技术在商业领域中的应用主要包括各种广告设计、游戏开发设计、动画制作以及各种影视中的特技制作。人们可以利用计算机的图形图像处理技术将书法中的艺术添加到各种广告设计中，比如在各种包装中添加的广告字体，通过计算机技术能够将各种广告字体变得新云流水，将字体的艺术性添加进去，可在很大程度上提升这种宣传效果，在顾客心中留下深刻印象。还比如在影视行业中，同样可以应用计算机图形图像处理技术，来制作各种特写镜头，像各种惊险的特技效果以及各种大型建筑物的倒坍效果等。
2.3 艺术领域
计算机在艺术领域中的应用，是一种新兴的学科，同时也是一种具有时代气息的新型领域。计算机图形学在艺术领域中的应用，正是计算机与艺术学结合的一种代表，这种结合可让两者皆得到发展与进步。通过计算机技术在艺术领域中完成各种艺术品的制造与设计，可以让艺术品表现的更加完美，比如在在绘制二维与三维图形时，可利用各种计算机软件让图形变得更加完美精确，而在设计空间结构、体操舞蹈等艺术设计过程中，人们可以利用计算机的图形图像处理技术，在虚拟空间中让其变得更加细腻、生动与自然，如计算机中的三维软件3DMAX、Maya等。通过计算机图形学来完成艺术设计，一般需要设计人员具备较高的艺术功底，同时也需要配置高端的硬件与软件设备。
2.4 科学计算领域
人类在进行各种科学研究与计算分析的过程中，往往需要转换大量的数据才能够将相应的图形与图像转换过来，并且对最后得到的图像还有非常高的要求。通过计算机图形图像处理技术，能够将让各种虚拟的图像更直观的展现出来，同时也能够帮助人们处理复杂的数据转换，因此这种图形图像处理技术已经成功在各个科学研究领域中进行了应用。如在环境保护、生物分析等领域，人们通过计算机图形图像处理技术，可让其中的各种图像以及模型分析更加的生动，对科学研究有很重要的意义。
3 图形与图像的关系
图形图像处理技术中，图形与图像之间存在着一定的区别，但同时也存在一定的联系。它们之间的区别包括数据来源、处理方法、理论基础以及用途四个方面。数据来源中：图像是来自客观世界，而图形来自主观世界。处理方法中：图像的处理方法是几何修正以及图像的各种变换、识别以及理解等。而图形的处理方法是几何变换以及图形的各种修剪、消除以及隐藏等。在理论基础上：图像的主要理论基础是以概率统计、模糊数学等相关理论作为理论基础。而图形时以计算几何、样条几何等相关的理论做为理论基础。最后的在用途上：图像的处理用途主要是应用于工业、医学等方面，而图形处理则主要应用于动画、艺术等方面。
随着图形图像处理技术的不断发展，图形与图像之间在各个方面也开始出现了一些联系，并且两者在一定条件下还能够相互转换，如图1所示。图形与图像的模型转换一般需要用到计算机的辅助几何设计技术，如CAGD技术，利用这种计算机图形图像处理技术，能够更加灵活的分析各种几何形体，并且能够将曲面与曲线中的各种数据拟合。
4 结语
伴随着计算机图形学与图形图像处理技术逐渐成熟，如今已应用到了我们的日常生活工作中，并且在多个领域中都需要应用这种先进的计算机技术。同时计算机图形图像的处理技术对各领域的发展也产生了很大的作用，这种技术能给创造出一个新奇的视觉效果，能给让人们的设计能力以及创造力全面发挥出来。因此将让计算机图形学与图形图像处理技术融入到各个领域中，促进计算机图形学与图形图像处理技术的发展有很重要的意义。
参考文献
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【关键词】大数据；三维场景；快速可视化；LOD；GPU
1 引言
地理信息系统（Geographic Information System，GIS ）是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。随着人们对GIS行业越来越深入的了解，伴随着计算机软、硬件技术和通信技术高速迅猛的发展，GIS已然渗透进入国民生产的各个行业和国民生活的各个方面。然而传统的GIS技术仍然存在着明显的缺陷，主要表现为它以处理二维信息为主，把连续分布的三维现实世界抽象成二维的数字信息，不能给人以自然界三维空间真实物体身临其境的感受。三维GIS是GIS技术发展的重要领域，是进行全方位、多层次、多要素时空分析的基础，开发结构简单、功能完善的真三维GIS软件是当前GIS研究人员的重要目标。由于空间数据具有的数据量庞大、内容丰富等特点，使得三维GIS中要处理的空间数据量远远超出了当前计算机硬件所能处理的能力，该特点已经成为了三维GIS可视化的制约性因素。
层次细节（Level Of Detail， LOD）思想提供了一个解决庞大数据量与快速可视化问题A方向LOD技术主要是根据人眼的视觉原理，一个物体距离人眼越远，人眼看到该物体的细节也就越少，因此系统就可以将距离观察点较远的物体用较粗粒度的模型来代替，从而在不降低视觉效果的前提下大幅度降低了计算机需要处理的数据量，解决了系统的实时动态显示效果。在同样大小的显示范围内，采用LOD技术可以使数据处理量基本保持不变，这一特性对海量空间数据的实时三维可视化是非常重要的。
近年来，随着计算机图形处理器（Graphic Processing Unit， GPU）的计算能力的提升，极大的提高了计算机图形处理的速度和图形生成的质量。GPU技术的极速发展一方面提高了图形处理的计算速度，另一方面还促使了一些与图形处理相关的硬件技术的进步，比如：具有可编程的像素处理模块和具有顶点处理功能的图形硬件@染管道。在3DGIS可视化方面，LOD模型正朝着与GPU集成的方向发展，建模的方法已经不再是逐个选择某个多边形进行绘制，而是在大量的多边形组中选择一组进行批量绘制，建立适合于现代GPU处理的LOD框架，不再追求尽可能的减少多边形的绘制，只要能达到硬件的绘制要求即可。
本文基于对LOD与GPU技术的研究，设计并实现了一个3DGIS平台，并利用该平台解决了海量空间数据实时三维可视化问题。
2 LOD金字塔构建
本文使用的LOD金字塔模型是基于四叉树结构，以分层分块的方式构建的。利用这种方式组织的金字塔模型具有以下特点：
（1）对于树中任意相邻的层，从上到下，分辨率呈双倍递增关系，这样可以很方便的使用四叉树索引技术进行快速定位。
（2）树中每个节点对应一块区域，这样可以直接提供不同分辨率的数据而无需实时重采样。
在构建金字塔时，首先把原始栅格数据作为金字塔的底层，并对其进行分块，形成底层瓦片矩阵。在底层的基础上，从左下角开始，从左至右、从下到上按每2×2个像素合成一个像素的方法生成像素矩阵，并进行分块，形成上一层瓦片矩阵。
分层分块后的文件命名要能反映出数据所在层数和数据的坐标信息，本文采用如下命名规则：Dataset Name＼Level of LOD＼FileX＼ FileX_FileY.abc，其中，Level of LOD为数据所在金字塔模型的层号，FileX为块的行号，FileY为块的列号。利用该规则可以实现文件名与文件坐标之间的换算。
3 GPU高速并行计算
图形处理器（Graphic Processing Unit，GPU）是一个专门用于图形渲染的微处理器，它可以快速的操作和改变内存以加快输出帧缓存中的图像。
在GPU处理器出现以前，显卡只负责图形渲染的操作，大部分的运算处理都由CPU来实现。在GPU出现以后，主流计算机中的处理器大都包含CPU和GPU，由CPU和GPU协同结合来完成大数据量运算和图形@染的工作。CPU和GPU协调工作，CPU负责处理逻辑性强的事务处理和串行计算，GPU则专注于执行高度线程化的并行处理任务。与CPU相比，GPU在运算能力和存储器带宽上具有明显的优势，它可以通过增加并行处理单元和存储器控制单元的方式来提高计算机的并行处理能力和存储器带宽。与CPU相比，GPU具有很多优势：
（1）高度并行性：GPU具备多个@染管道，能并行处理多个顶点和像素数据，具有很高的并行性；
（2）GPU具有向量运算架构，使得其在处理大规模向量运算时性能更佳；
（3）只读高速缓存：GPU中的缓存是只读的，其主要功能是用于过滤对存储器的请求，减少对显存的访问，这使得它比CPU更适合于流处理计算，处理逻辑分支简单的大规模数据并行任务。
4 3DGIS平台设计与实现
本文结合LOD与GPU技术，通过C++语言，使用Microsoft Visual Studio 2012开发工具开发了一套3DGIS软件平台，其功能设计如图1所示。
如上图所示，配置文件中存储一些系统相关参数，如默认图层等，系统初始化时通过配置文件模块读取配置文件内容并创建默认对象；场景控制模块负责事件监听，并保存事件触发后相关场景参数的修改；数据调度模块使用基于四叉树的瓦片检索算法检索当前场景的可见瓦片，并负责在缓存或服务器中获取数据；渲染模块通过构建地形网格和纹理贴图产生三维场景。测试结果显示，当三维窗口大小为800×600时，平均帧频为24.8帧/秒。
5 结束语
本文利用LOD金字塔与GPU的高度并行计算能力和可编程性解决了3DGIS中大数据量场景的快速可视化的问题，并取得了良好的实验效果。本文的主要创新点是将LOD与GPU两项技术相结合，并成功应用到3DGIS软件的开发中。
系统在实现时，为了明确系统目标，降低编码工作量和数据整理搜集的工作量，仅从局部角度考虑三维GIS的快速可视化，没有像Google地球和NASA的WorldWind那些从全球的角度来实现系统的三维可视化，这也是本文下一步考虑解决问题。
参考文献
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[4]James HClark，HierarchicalGeometric Models for Visible Surface Algorithms[J].Communieation of ACM， 1976（10）.
演示机型：华为MateBook X 系统版本：win10 rtx2060ultra的意思是增强版的RTX2060显卡。RTX 2060 Ultra采用全尺寸PCB，焊点圆润饱满，还采用了超量镀银技术，能进一步加强稳定性。散热器配备了三条8mm粗热管，热管与鳍片之间采用了接触更为紧密的的回流焊工艺，进一步加强导热效能。
显卡：
是个人计算机基础的组成部分之一，将计算机系统需要的显示信息进行转换驱动显示器，并向显示器提供逐行或隔行扫描信号，控制显示器的正确显示，是连接显示器和个人计算机主板的重要组件，是人机的重要设备之一，其内置的并行计算能力现阶段也用于深度学习等运算。配置较高的计算机，都包含显卡计算核心。在科学计算中，显卡被称为显示加速卡。显示芯片是显卡的主要处理单元，因此又称为图形处理器，GPU是NVIDIA公司在GeForce 256图形处理芯片时首先提出的概念。
（来源：文章屋网 ）
关键词：计算机性能评价；评价方法；PageRan
中图分类号：TP306
21世纪的今天，互联网的大量普及进而使得计算机技术日益成熟，就目前而言，各行各业对计算机性能有着更高的要求，对于如何评价计算机性能成为当今计算机行业领域研究的热点之一。而基于PageRan的计算机性能的评价方法在某种程度上对于计算机性能的评价有着实质性的客观反映效果。因此本文对计算机的PageRan评价方法进行探讨分析有一定的经济价值和现实意义。
1 概述计算机性能的评价
所谓的计算机性能的评价，主要是对计算机系统的设计以及计算机的选择，并对计算机现有的系统进行分析的过程。最初计算机性能的评价仅仅针对于计算机硬件，但是现如今，随着科学技术的日新月异，计算机编程系统逐渐演变为计算机集成系统的某一部分，在某种程度上也是计算机性能评价的主要对象之一。
计算机性能评价的目的主要有选择性评价、性能映射以及性能监测三个。所谓的选择性评价主要是有目的性的对产品进行选择，并依据其性能评价结果进行选择。而性能映射主要是针对软件设计和硬件产品出发的，并不断的对产品的性能进行检测。性能监测主要是提供一定的性能评测数据，并及时的发现和解决系统性能可能存在的一些问题。
计算机性能评价方法主要有指令混合、基准程序以及仿真等方法，评价方法的不同在某种程度上往往有着不同的适用性。
2 基准程序评价方法
基准程序评价方法主要是由针对性的测试程序组成的，任何一个子程序都有一个相对应的测试项，但是在对计算机性能实际的评价过程中，其输出结果主要一分项的形式进行列出的。在对其进行评价的过程中，首先就要对机器相应的数据进行参考，并进行归一化的处理，并得到相应的各项比率数据，采用几何平均的方式对各项比率数据进行平均处理。
基准程序评价方法虽然在某种程度上适用于计算机系统的比较，但是基准程序从根本上很难实现对计算机整个系列产品性能进行纵向评价。
3 PageRank算法
就PageRan算法而言，初期主要为搜索引擎技术的发展，但是随着互联网的普及以及用户网络搜索需求的逐渐增加，当时的搜索引擎技术难以满足时代经济的发展。而PageRan算法主要通过对网页链接关系进行合理的协调，并对每个链入链接和网页的重要性链出链接总数进行归一化的处理，其计算公式如式（1）：
（1）
指向P的页面集合为βp，页面Q所有链出的链接个数用|Q|表示，该公式主要是递归的定义，并借助于迭代计算。假如有n个页面P1、P2…，Pn，最初的时候，随机的分给每个页面一个初始的分数，假设为r0（Pi）=1/n，则其迭代计算PageRan的得分为式（2）：
（2）
假设RTj=（rj（P1），rj（P2），…，rj（Pn））
则式（2）为RTj=RTj-1A （3）
式（3）中的邻接矩阵用A表示，就其网页的情况而言，假如Pi指向Pj时，aij=1/|Pi|，否则也就说明aij=0。其中的aij主要表示的是网页在浏览时，浏览者从Pi转向Pj的实际的概率。同时A作为一个行随机的矩阵，PageRan的迭代过程主要是对马尔科夫链演化过程的代表。
总之，PageRan算法在某种程度上不仅仅将搜索引擎多媒体信息检索能力有效提高，同时对于多媒体信息检索服务的质量也在某种程度上有所改善。
4 计算机性能的PageRank评价方法以及其实验分析
21世纪的今天，科学技术的蓬勃发展的同时，用户对计算机技术应用有着越来越高的要求，尤其嵌入式计算机产品中的3D图形处理能力的加入。
选取某一制造商同一系列的不同型号的两款产品，其产品均为SOC产品，其评价目标为3D图形处理能力，两种型号的商品分别为SOC-A和SOC-B，SOC-B是新一代的最新产品。两种产品均采用DirectFB图形以及窗口管理系统。
就其实质性而言，SOC-A和SOC-B对于三种共同的显示分辨率都有着支持作用，但是分辨率的不同，其测试的数据也是不同的，首先就要运行DF-DOK，并将原始数据矩阵D生成，用D（i，j）代表第i中配置方式下其中第j项的测试输出值，其中i=1，2，…，12，而j=1，2，…，23。并抽象检查初始数据，并将原始数据矩阵作为列向量的组成，为D=（d1，d2，…，d23）并输出数据序列，对邻接矩阵A进行计算，A（u，v）=correlation（dN，dV），u=1，2，…，23，v=1，2，…，23。最后使用PageRank对DF-DOK的测试纸进行得分计算，一般而言，当得分相对较高时，则说明该项对大多数测试项的数据变化特征有着实质性的反映。PageRank的得分测试主要是硬件加速稳定测试项的测试，总之PageRank算法在计算机性能系统评价应用，有着一定的有效性。
该实验的各列间数据的部分相关性在某种程度上与网页间链接的相关性有着实质性的类似性，同时嵌入式系统的图形处理系统并没有一定的存储单元，其图形的处理主要是提高处理频率，并增加图形处理系统内部处理单元。由DF-DOK测试的详细实验数据所知，PageRank得分较高的测试项在某种程度上是可以说是硬件稳定加速的测试项，而得分相对较低的测试则是硬件加速失败或者是加速过程的不稳定而造成的。
5 结束语
总而言之，通过本文对PageRank算法的特性进行着重的分析，并对现有计算机性能评价方法和其数据分析技术进行详细的阐述，从根本上将基于PageRank计算机性能的评价方法提出，并将PageRank算法的应用对象进一步的拓展，为现代化计算机产品的性能分析作了一定的基础保障。同时实验进一步的表明，计算机性能的PageRank评价方法远远优于传统方法，有着更加广阔的应用前景。
参考文献：
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[3]赵波.PageRank算法在非网页检索问题中的应用[D].复旦大学，2010.
【关键词】 GPU 信息检索 CUDA
前言
多媒体技术与多媒体网络，为当前信息时代提供文字、数据、语音、图形、图像和音乐等多种信息方式，计算机在处理信息时所面临的主要问题是如何合理提高检索速度，实现多媒体信息流的结构化，方便检索。人们曾经将图形、视频等需要大量运算的功能都交与CPU完成，但用户对图形计算方面的需求不断的超出了CPU在计算能力方面的发展速度，需要一个专门的图形的核心处理器。GPU的出现填补这一空缺，它是相对于CPU的一个概念，GPU英文全称Graphic Processing Unit， “图形处理器”。 GPU是显示卡的“大脑”， GPU具有强大的计算能力，它将能处理的问题由图形领域扩展到了通用计算领域[1]。使可编程图像处理器发展成为计算技术领域的主力，与CPU上的串行算法相比，采用基于GPU平台检索算法最高可获得百倍以上的性能提升。已经冲击并超越CPU独霸的地位。
1. GPU的计算方法
在绘制图像时，GPU首先接收宿主系统以三角顶点形式发送的几何数据。这些数据由一个可编程的顶点处理器进行处理，该处理器进行几何变换、亮度计算等任何三角形计算。然后，这些三角形由光栅器转换成能够显示在屏幕上的单独“碎片”，所有碎片都通过可编程碎片处理器计算最终颜色值[2]。由于GPU具有高效的并行性和灵活的可编程性等特点，越来越多的研究人员和商业组织开始利用GPU完成一些非图形绘制方面的计算，并开创了新的研究领域：GPGPU（通用计算图形处理单元），实现如何利用GPU进行更为广泛的科学计算[4]。借助这些软件和GPU，软件开发人员可以基于CUDA平台开发计算软件，用户可以用比以往少得多的时间完成很多计算任务。能够基于GPU平台排序及线性方程组求解，实现并行的搜索算法[5]，离散优化等科学计算。GPU在处理大尺寸图像时具有绝对的优势。例如在8192×8192尺寸图像的直方图生成中，排除内存分配、读回的时间和数据加载后，GPU的核心时间消耗仅为19ms左右，计算效率是CPU的17倍还多。
2. 基于关键词的Web图像搜索
信息检索技术是现在计算机领域的重要内容，而图像检索技术又是其中的重要内容之一。图像搜索是通过抽取网页中存在的图像信息并建立索引供用户查询的技术。基于关键词的图像搜索是指从信息页中抽取出图像的文字性语义描述，利用分类器进行计算所述图像集合中每幅图像与所述待检索语义之间的相关度，并进行加工整理和建立索引的搜索方式。
3. 基于GPU平台的检索方法
GPU作为一种加速工具不但应用到高性能通用计算领域，也可应用于Web图像搜索领域。 在文本索引中两有个关键算法：排序和查找。GPU上都能实现。对于排序算法，首先通过CPU的快速排序方法把等待排序的数据分成多个子序列，然后根据文本索引中数据结构的特点，在GPU上对子序列进行局部排序。完成在共享存储器和显存上的归并过程。GPU上的查询主要利用GPU的SIMT的特点实现多数据并行查询。 基于GPU平台的信息检索过程为：一 通过分析图像搜索系统中模块的执行流程，在CPU-GPU集群服务器上可以构建基于内容的图像搜索系统。 二 利用GPU上的图像文本语义抽取功能把信息分成多个块， 利用信息子块的视觉局部特征和属性提示来进一步精确提取图像的文本语义信息。三 对GPU上数据处理流程及编程模型在显存中构建层次型数据。四 以数据流控制降低CPU相对GPU的数据处理速度的落差。五 利用GPU的优化特性，采用自适应线程分配的方法完成由线程到数据的映射。基于GPU的信息抽取算法方法，能够使图像的文本语义信息描述更加细致完整，系统的功能和性能获得很大提升。
4. 结论与展望
GPU已经突破了很多技术屏障，在信息检索、数据挖掘计算机病毒码匹配和生物基因技术领域中都有应用。相对于CPU，以同样的市场价格选用更高计算能力的GPU是可行的。支持CUDA的GPU可以成为是由若干个向量处理器组成的超级计算机。GPU 的架构还会不断优化，被越来越多的大型计算采用，在以后的研究中还要对GPU的分支预测能力进行分析，建立简单的GPU性能模型，对于复杂的分支预测、控制流、数据流等方面，开发适合GPU的算法，以此来充分发挥GPU在图像搜索领域的检索能力。
基金项目：吉林省教育厅“十二五”科学技术研究基金资助项目（吉教科合字[2012]第371号）
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【关键词】GPU；通用计算；CUDA
前言
现代的计算机中对图形的处理变得越来越重要，曾经人们把视频和图形这些需要大量运算的功能都交给CPU处理，但我们对图形计算方面的需求不断大大超出CPU的计算方面的发展速度。GPU—专业的图形处理器的出现填补这方面的不足，GPU具有强大的计算能力，它将能处理的问题由图形领域扩展到了通用计算领域。在浮点运算、并行计算等部分计算方面，GPU可实现数十倍乃至于上百倍于CPU的性能。
1、GPU计算方法
基于GPU的计算从概念上讲是很容易理解的，现有多种软件工具和高级语言可以简化GPU的编程工作。编程人员必须首先了解GPU在图像绘制过程中是如何工作的，然后才能确定可用于计算的各个组件。绘制图像时，GPU先要接收以三角顶点形式发送的宿主系统几何数据。利用可编程的顶点处理器对其进行进行几何变换和亮度计算等三角形计算。然后，由光栅器将这些三角形换成能够显示在屏幕上的独立“碎片”，所有碎片通过可编程碎片处理器计算最终颜色值[1]。计算习惯上采用Brook编译，Brook支持所有带附加流数据的C句法[2]， 流数据存储于GPU的存储器中，而核函数也在GPU上执行。
早期Brook编译效率很低，只能使用像素着色器来进行运算。受GPU架构限制，Brook也缺乏有效的数据通信机制。AMD采用Brook 的改进版本Brook+作为高级开发语言。提高了效率[3]。由于GPU具有高效的并行性和灵活的可编程性等特点，越来越多的研究人员和商业组织开始利用GPU完成一些非图形绘制方面的计算，并开创了新的研究领域：GPGPU（通用计算图形处理单元），实现如何利用GPU进行更为广泛的科学计算[4]。最早的GPGPU开发直接使用图形学API编程。此种开发方式要求将数据打包成纹理，将计算任务映射为对纹理的渲染过程，用汇编或者高级着色语言编写shader程序，然后通过图形学API执行。目前，GPU“抛弃”传统的图形AP， NVIDIA推出了CUDA（统一计算设备架构），CUD并行计算kernel（内核函数）。一个完整的CUDA程序是由一系列的设备端kernel函数并行步骤和主机端的串行处理步骤共同组成的。这些处理步骤会按照程序中相应语句的顺序依次执行，满足顺序一致性。借助这些软件和GPU，软件开发人员可以基于CUDA平台开发计算软件，用户可以用比以往少得多的时间完成很多计算任务
2、GPU用于通用计算的优势
GPU通用计算在研究领域通过IEEE，SIGGRAPH、SUPERCOMPUTING等国际会议以及GPGPU、Folding@Home等组织的全力支持，已成功应用于代数计算、流体模拟、数据库应用、频谱分析等非图形应用领域，甚至包括智能信息处理系统和数据挖掘工具等商业化应用。将GPU用于通用计算的主要目的是为了加速计算，加速的动力来自于GPU在高性能计算方面所具有的优势：1.高效的并行性2.高密集的运算3.超长图形流水线4.控制简单5.分多个阶段执行。
3、基于GPU密集运算的软件
目前基于GPU的软件有很多，在政府，国防，分子动力学，生物信息学，视频处理，视觉成像，金融计算等领域都有卓越贡献，比如：
1.由AccelerEyes 公司开发的Jacket 插件能够使MATLAB利用GPU进行加速计算。
2.Adobe 插件将GPU通用计算技术引入到Photoshop CS4中。
3.Google Chrome 18稳定版改善GPU加速能力，使得浏览器处理3D画布渲染的能力提到较大提升。
4.Windows 7通过Directcompute增加了对由GPU 支持的高清流畅观看，同时CPU占用率很低。
5.PGI最新Accelerator Fortran和C编译器提供GPU支持，实现加速计算。
6.Excel2010、Powerpoint2010版本提供对Directcompute技术的支持。
4、结论
GPU已经突破了很多技术屏障，在信息检索、数据挖掘计算机病毒码匹配和生物基因技术领域中都有应用。支持CUDA的GPU可成为是由若干个向量处理器组成的超级计算机。GPU的架构还会不断优化，被越来越多的大型计算采用，在以后的研究中还要对GPU的分支预测能力进行分析，建立简单的GPU性能模型，对于复杂的分支预测、控制流、数据流等方面提高GPU的性能和效率，改善通用计算设计的友好界面，可扩展其开发环境。
参考文献
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[4]Dorigo M， Maniezzo V， Colorni A. The Ant System： Optimization by a Colony of Cooperating Agents [J]. IEEE Transactions on SMC， 1996， Part B，26 （1）： 1—13.
1室内设计中图形的类型
1)平面图。各平面图主要包括室内各个平面的图纸，主要包括平面图、平面布置图、立面图、吊顶图、剖面图、节点图，如果对室内的家具设计另有要求则可以根据要求绘制家具的图纸。如果设计的装饰效果缺乏实际制作依据，那么所设计出的效果就会成为空谈，对室内各平面进行合理的设计才能使整个室内设计的思想具有变成现实的可能，尤其是节点图，为室内中各个连接点的实现提供合理、优化的方式。明确、规范的图纸不但可以传达设计意图，还可以用于室内装饰的成本预算，同时也为施工方提供现实的操作依据，在实际施工前做到心中有数。2)效果图。效果图是以图片作为媒介来展示设计者所预期最终的效果，可以通过依靠手绘及计算机软件实现。效果图通常要求以图片效果逼真的图形形式展示在人们的面前，确定之前会根据项目要求等进行更改之后最终确定出图。手绘的效果图通常用“意境”去让人感受，效果不够逼真，而现代计算机技术的发展使得设计师可以运用相关计算机软件来使平面的图形达到一种能模拟真实环境的效果。从建筑、园林以及其他行业上看，效果图的主要作用是让平面图形立体化、真实化，通过这样的展示可以对方案进行及时的修整以达到最佳的设计效果［4］。
2室内设计中可视化图形的实现
草图和效果图都可以用手绘或者计算机来表达，很多设计师重电脑效果图表现而轻手绘效果表现，但往往在现实的谈单技巧中，手绘效果图表现的作用远远大于电脑效果图。手绘图顾名思义是设计者通过长期训练得到的能够运用画笔来表现出一种设计思想的方式。手绘的草图、效果图的清晰表达都要求设计者具有比较扎实的绘画功底，尤其是手绘的效果图(如图1所示)，来使自己的设计意图表现的栩栩如生［5］。用这种方式来表达设计思想较为随性、会因人而有所差异，通常用于设计雏形的勾勒，鲜于用于最终效果展示。计算机的使用，是设计者通过某一特定或者几种的图形处理软件来达到最终的表达效果。现代计算机技术的发展，使得图形处理软件亦不断呈现蓬勃之势，这样的趋势也使得设计师可以更精准的运用计算机来表达自己的设计思想和最终效果。如在家具设计中使用AutoCAD来进行三视图、节点图等基本的设计，在室内设计中通常使用3dmax，VRay渲染器，Photoshop等设计软件共同完成对室内效果图的展示(如图2所示)。配合一些制作效果软件(VRay，Lightscape等)来表现出一种理想状态下的能够实现的效果。
3可视化图形的相关软件
在图像的可视化实现上，最多也最为广泛的应用于各个领域的实现方式是用计算机处理软件完成图形的设计及处理［6-8］。对于现在广泛使用的计算机处理软件按用途分主要包括:基于草图设计的Sketchup;基于图形设计的Autodesk的CAD，3dsMax，AI，Freehand等;基于图像处理的Adobe的Photoshop系列［9］。而在图像处理上用可以分为点阵图像处理软件Photoshop，Painter，Fire-work，Photopainter，Picturepublish等和适量图像处理软件如Illus-trator，CorelDraw，Freehand，PageMaker等。在室内设计方面常应用的软件主要有以下几种:1)Sketchup建筑草图大师，Sketchup是一款应用于建筑领域的三维设计软件，通过仿人手绘在图纸上作图的方式建立三维模型并具有自动识别线条及捕捉的功能，使得建模的过程简洁清晰。在方案设计上能够快速的建立模型，并通过反复推敲修改内容，最终确定方案并加以优化效果图。该款软件除在家居室内设计应用以外，还应用于建筑、园林设计等方面，可以完成草图、效果图可视化图形的实现。该款软件界面简单，操作亦不复杂，适合在室内设计中对于草图以及效果图的实现。2)计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，CAD)是目前在工业以及平面印刷出版等领域广泛应用的技术，能够运用计算机软件制作并模拟实物设计，展现新开发商品的特征，如结构、造型、色彩、外形等。CAD技术的功能十分强大，可以进行二维平面设计、交互式图形设计、三维实体设计、特征造型以及参数化设计等，可以创建、编辑、管理、导入打印二维或三维的图形及图形文件。在室内设计中CAD主要用于绘制室内的平面布置图、立面图、吊顶、节点图以及室内设计定的家具的相关图纸。CAD技术的应用使得室内设计中可视化的图形更加具体并提供可靠的数值参数，便于指导室内设计具体的施工。主流的设计软件有Auto-CAD、中望CAD等。3)3DStudioMax，常简称为3dsMax或MAX，最初由Discreet公司开发，后与Autodesk公司合并，是一款基于电子计算机(PC)操作系统的三维渲染及制作软件，应用于建筑、园林、工业以及室内设计等领域。在室内设计中，3dsMax可以通过建立满足造型、尺寸、颜色、风格、采光等要求的三维室内模型，经过VRay等渲染器渲染之后得到最终模仿真实环境的室内装饰效果图。在室内设计定的家具及局部装饰都可以用3dsMax进行渲染展示最终的效果。4)Photoshop是Adobe公司出品的点阵图像编辑软件，是目前在设计相关领域应用最为广泛的图像处理软件之一。该软件可以进行图像编辑与合成、调色校色、特效制作等，处理的图像为具有固定分辨率的点阵图像。在室内设计中应用Photoshop主要是后期修饰的作用，在3dsMax完成效果图的设计以后对于局部细节的修理以及主体色调、饱和度的处理，用以更加真实的模拟现实环境，以营造出真实的氛围。除上述4种软件，Corel公司出品的平面矢量绘图软件CorelDraw，也可以完成在室内设计中图纸的设计并可填充颜色，亦可结合CAD使用，完成基本的CAD图纸的绘制导入CorelDraw。此外还有AI，Freehand等也可应用于室内设计之中，完成图形可视化的实现，使得设计者的意图能够表达。
4结语
可视化图形的实现可以通过设计者在设计的过程中运用手绘、计算机处理等方式将自己的设计意图及所要表达的思想凭借图纸上的图形和图像表达出来。在室内设计中运用计算机技术制作可视化图形既能够使设计者表达出设计中的设计意图，又能够使客户与施工方了解到设计者的设计思想及施工的具体要求，使设计的结果在设计者与客户和施工方三者之间形成良好的沟通纽带。同时，现代计算机图形软件的广泛应用使得可视化图形在设计相应领域得以更逼真、精准、有效地以图片形式表达出来。
作者：姚爱莹 宋魁彦 单位：东北林业大学材料科学与工程学院
英文名称：Journal of Image and Graphics
主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院遥感应用研究所;中国图象图形学学会;北京应用物理与计算数学研究所
出版周期：月刊
出版地址：北京市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1006-8961
国内刊号：11-3758/TB
邮发代号：82-831
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1996
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中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
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期刊简介
《中国图象图形学报》是由中国科学院遥感应用研究所、中国图象图形学会、北京应用物理与计算数学研究所共同创办，是集计算机图像图形高科技理论、技术方法与应用研究成果产业化于一体的综合性学术期刊。《中国图象图形学报》是被国内主要检索系统收录的核心中文期刊，是图像图形学及相关领域的权威性杂志。
关键词：虚拟现实技术；土木工程；应用
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
一、引言
虚拟现实技术(Virtual Reality, VR)是一项集成性极高的高新信息技术，在军事、医学、设计、艺术、娱乐等多个领域都得到了广泛的应用。土木工程中的虚拟现实技术涉及土木工程领域的各个学科，已显示出一定的实用性，技术潜力十分巨大，应用前景非常广阔[1]。
现代土木工程的特点就是适应各类工程建设高速发展的要求，人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密设备现代化的建筑物，既要求高质量和快速施工，又要求高经济效益。这就向土木工程提出新的课题，并推动土木工程这门学科前进。它的发展趋向具体地表现在下述几个方面：建筑材料方面、工程地质和地基方面、工程规划方面、工程设计方面、工程施工方面等等。
二、虚拟现实技术及其特点
虚拟现实技术，又称灵境技术，是20世纪末兴起的一门崭新的综合性信息技术。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，大大推进了计算机技术的发展。VR技术是把抽象、复杂的计算机数据空间转化为直观的、用户熟悉的事物。一个身临其境的虚拟环境系统是由包括计算机图形学、图象处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语音处理与音像技术、网络技术、并行处理技术和高性能计算机系统等不同功能、不同层次的具有相当规模的子系统所构成的大型综合集成环境。所以，虚拟现实技术是综合性极强的高新信息技术。虚拟现实技术具备以下三个方面的特性。
1．沉浸性
虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像，使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样，一切感觉都是那么逼真，有一种身临其境的感觉。
2．交互性
虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。
3．多感知性
由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。
三、虚拟现实技术在土木工程中的应用
1．虚拟现实技术在土木工程中的应用前景
在土木工程中，长期以来人们不得不用抽象的概念表示非常丰富的内容，VR技术可以在应用如下：虚拟现实技术在仿真建模中的应用、建筑CAD中的虚拟现实技术、建筑结构设计与施工过程的可视化计算、建筑设计与施工的先期技术成果演示和验证技术、建筑机器人中的VR技术、虚拟现实技术与建筑技术成果结构艺术等等。
2．虚拟现实技术在土木工程中的应用领域
由于具有上述的优势特征，虚拟现实技术在土木工程中得到了广泛的应用，并且具有广阔的应用前景。现阶段，虚拟现实技术在土木工程中的应用主要有以下几个方面[2]：
（1）在虚拟施工过程和施工结构计算中的应用
在实际工程施工中，复杂结构施工方案设计和施工结构计算是一个难度较大的问题，基于虚拟现实的复杂结构施工方案设计是指利用虚拟现实技术，在虚拟的环境中，建立周围场景、结构构件及机械设备等的三维CAD模型（虚拟模型），形成基于计算机的具有一定功能的仿真系统，让系统中的模型具有动态性能，并对系统中的模型进行虚拟装配，根据虚拟装配的结果，在人机交互的可视化环境中对施工方案进行修改。用虚拟现实技术可以对不同的方案，在短时间内做大量的分析，从而保证施工方案最优化。
（2）在工程项目招标投标中的应用
现代建筑工程项目的运作，业主处于绝对有利的地位。在有限的时间内，如何使业主和评标的专家很好地了解招投标文件的编制和被认可的程度直接关系到承包商有没有中标的机会。因此，承包商在注重投标文件的技术可行、报价合理的同时，也非常注重投标文件的包装 [3]。借助虚拟仿真系统，把不能预演的施工过程和方法表现出来，不仅节省了时间和建设投资，而且不用项目经理的现场答辩，方案的优劣就一目了然，这无疑大大增加了承包商中标的几率。
（3）在可视化计算领域的应用
可视化计算将是今后一个重要的发展方向。在科研中，人们会遇到大量数据，为从中得出有价值的规律和结论，需要对庞大的数据量进行认真分析。对科学计算取得的数据进行可视化加工或三维图形显示，可通过交互改变参数来观察计算结果的全貌及其变化，实现参数化及可视化计算，虚拟现实技术产生了飞跃式的发展。更重要的是能借助图形或图像来进行实时动态地控制结构的重分析和获取施工控制数据，同时能实时动态演示和控制设计和施工的过程。
四、土木工程仿真分析解决方案
针对土木工程领域的应用需求，提供了如下解决方案。
1.计算机辅助设计（Computer Aided Design）
无论是结构CAD软件，还是建筑CAD软件，都需要不断地和用户进行交互，因此对噪声的控制要非常好；同时各种设计图形和三维模型要在屏幕上进行实时的显示、平移、旋转、缩放等，对计算机的图形处理能力有比较高的要求；而要完成三维图形的实时渲染，对处理器的计算能力也是一个考验。针对计算机辅助设计的需求，高性能图形工作站是一种比较好的解决方式，其特点噪音污染低，图形处理能力高，PU处理能力强。
2.计算机辅助工程（Computer Aided Engineering）
计算机辅助工程软件一般都是基于有限元方法，普通工作站已无法满足日益增长的计算需求，必须采用高性能服务器。集群可以说是目前性价比最好的CAE高性能计算解决方案。针对计算机辅助工程的需求，作为机架式服务器集群的升级产品，刀片式服务器拥有计算能力强、计算密度高、通用性好、整体功耗低、管理维护简单等诸多优势。
3.虚拟现实（Virtual Reality）
虚拟现实对计算机的要求和CAD基本一致，但是VR技术对计算机的计算能力和图形处理能力提出了更高的要求，采用单台服务器已经无法满足实时计算和渲染的需要。必须采用高性能集群系统，集成多台服务器的处理能力，才能满足要求。整个解决方案主要包括多台高性能图形工作站，1台硬件图形融合校正器，多台投影仪。这个方案不仅适用于虚拟现实仿真环境，对CAD设计的虚拟展示、科学计算数据的可视化等，均能起到良好的呈现效果。
五、结论
虚拟现实技术在不断发展，专用于计算机图形和多媒体信息处理的高性能DSP芯片可使处理能力提高上百倍，三维图形算法和参数化建模算法等可使虚拟现实技术更加成熟。目前，虚拟现实技术还有很多不完善的地方，尤其在土木工程的研究方面，我们应努力建设虚拟现实技术实验室，开发有价值的虚拟现实工程系统，使其在工程设计、施工、管理和可视化计算等方面得到更广泛的应用。
六、参考文献
[1] 张跃．土木工程中的虚拟现实技术[N]．科技日报．1997年6月23日．
【关键词】数字媒体技术；应用；分析
0 前言
数字媒体技术在诸多领域中得以应用，越来越受到人们的关注。在信息技术高速发展的当今社会中，数字媒体技术能够渗透到文化、教育、商业经济、社会交往、影视娱乐等领域中，在丰富了人们的生活基础上，符合社会发展步伐，提升了人们的生活质量。因此，对于数字媒体技术的实际应用分析，对于其技术优化具有较为一定研究价值。
1 常见的数字媒体技术
数字媒体与传统媒体形式对比，具有较大的差别。该种媒体形式对于计算机网络系统的依赖性比较大，在进行媒体内容传播环节中借助计算机网络将数字媒体作品传播到终端上或者是用户平台。从发展形式上分析，该种技术与传统媒体发展的媒介载体不同，数字媒体传播采用互联网信息技术，其信息传播面更加的广泛，实现了无纸化的信息传播。目前，在我们的生活中与数字媒体技术相关的技术有：数字图像处理技术、数字音频处理技术、计算机图形处理技术。
（1）数字图像处理技术。数字图像处理技术是数字媒体技术中最为基本的技术，该种技术针对数字媒体传输内容M行处理。如针对数字信号进行取样、量化处理、编码等。该种技术处理能够将大容量的数字信息进行压缩，当数据信息转化完成之后，将数据信息进行统一化的整理。数字图像处理技术的关键在于数字信号的输入、识别、提取以及图像输出等[1]。
（2）数字音频处理技术。在数字媒体中包含了大量的声音信号，为了提升数字媒体作品传输质量，需要通过数字音频处理技术，对于这些信号声音进行综合化的处理。首先，进行数字音频的取样、量化，其次进行数字信号的编码，将声音信号直接转换为数字信号。数字音频编码技术关键在于能够针对音频信号进行压缩与管理，在音频编码技术中包含了三种技术：声学参数、模仿人类听觉特性以及声音统计。
（3）计算机图形处理技术。当声音信号、数字图像等通过数字信号的方式进行传输，在用户终端中需要通过计算机技术对数字图像、声音进行处理，保障数字信号传输下的图像清晰。计算机图形数据处理过程中需要具备准确、高效的特点，力求能够满足不同领域对于数字媒体信息的要求[2]。
2 数字媒体技术的主要应用
数字媒体技术以其技术优越性，符合社会发展要求，在不同领域中都有应用。如，在教育领域、文化产业、娱乐产业以及建筑领域中的应用。
2.1 数字媒体技术在教育领域中的应用
在教育领域中，数字媒体技术的应用使得教育发展实现了现代化。数字媒体技术通过课堂上的远程教学、多校联合教学，实现了优质教育资源的共享。其中最为典型的数字媒体教育系统为“慕课”，该种教育模式使得全球的学生都能够实现教育资源共享，提升了教育质量。同时在数字媒体技术引导下的教育能够充分的调动学生学习积极性，丰富了课堂组织形式[3]。
2.2 数字媒体技术在影视领域中的应用
随着人们的生活质量逐渐提升，对于文化娱乐类的媒体内容格外关注。在新时期，数字媒体技术应用到影视领域中，有效的提升了人们的生活质量。数字媒体技术所呈现的载体越来越多，人们能够通过手机、电脑、平板电脑、车载电脑、便携式接受终端等了解影视信息。数字媒体技术的接收端变得丰富多彩，并且逐渐的丰富了数字多媒体节目形式。如，3D电影、数字全息影视等效果呈现，都是数字媒体技术的创新性研发。如，全息技术在3D成像的基础上，广泛的应用了测量、存储、加密、防伪等技术，该种技术能够应用于需要快速处理信息的三维信息测量记录、图像识别等方面，此外也在科研的显微成像中广泛的应用。
2.3 数字媒体技术在游戏领域中的应用
数字媒体技术在游戏娱乐领域中的应用，能够充分的实现游戏环节中的人机交互，其中体感互动的AR技术设备就是数字媒体技术在游戏领域中的杰出代表。该种技术在实际应用中，能够运用体感识别与手势识别技术，通过计算机辅助技术与人体肢体语言的交互，实现体感动作识别。当人凌空做手势时便可以与游戏大屏幕之间进行交互，并且不需要佩戴任何的感应设备。参与游戏的人能够轻松的控制内容，满足用户的个性化需求。AR技术增强现实的含义，在数字媒体技术支持下，通过计算机系统，为用户提供比较真实的视觉感知，换言之，该种游戏技术能够将虚拟信息转变为现实画面，产生极强的视觉效果[4]。
2.4 数字媒体技术在城市建设中的应用
近年来，城市建设步伐逐渐加快，新时期，城市建设也渐渐的实现了现代化、数字化。数字媒体技术以其覆盖面广的特点，在城市建设中也有应用，一种“数字城市”应运而生。数字城市实际上就是计算机技术与多媒体技术相互结合的产物，以互联网发展体系为核心，针对城市建设进行定位、遥测、虚拟、仿真等。在这样的技术应用下，城市建设能够符合城市发展要求，还能够完善建设流程。数字城市在城市信息大数据库中，挖掘到有助于建设发展的数据信息，为实际的建筑工程提供数据依据。
3 结论
综上所述，数字媒体技术是新时期科技信息技术发展的产物。目前，在我们的生活中与数字媒体技术相关的技术有：数字图像处理技术、数字音频处理技术、计算机图形处理技术。数字媒体技术以其技术优越性，符合社会发展要求，在不同领域中都有应用。如，在教育领域、文化产业、娱乐产业以及建筑领域中的应用。
【参考文献】
[1]钟庆悦.浅析数字媒体技术及其相关应用[J].电子世界，2016（08）：165+167.
[2]李莉.浅谈数字媒体技术及其主要应用[J].数字技术与应用，2015（09）：224.
[关键词]煤炭勘查 地测空间 信息系统
[中图分类号] TU195 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-8-196-1近年来，电子计算机技术发展形势十分迅速，而将计算机技术应用到煤炭勘查行业有着很重要意义，经过20年不断发展与革新，我国在此方面已取得初步成效。但是在煤炭行业应用领域中，这些成果没有发挥其有效作用，在优化煤炭行业生产结构和管理模式上也没有起到太多影响，所以完善煤炭勘查地测空间信息系统对我国煤炭产业来说是势在必行之举，是促进我国煤炭产业良性发展的重要手段。
1我国煤炭勘查地测空间信息系统发展现状
我国煤炭产业根据自身需求、结合实际情况，使用电子计算机技术构成煤炭勘查产业所使用的地测空间信息系统，这套系统在一定程度上满足了煤炭勘查产业现阶段所需。地测空间信息系统的构建没有考虑到地测空间信息的特殊性，造成其与煤炭资源勘查、煤炭资源开发所使用的作业方式切合度过低，对推动煤炭勘查技术、生产技术发展中发挥作用不明显。地测空间信息系统在核心技术上的研究还尚存不足，在矿物地质基础图制作、野外地质信息处理、数字地质信息报告编写上的不足最为显然。再者，此系统在进行图形制作、地质数据处理、信息共享等技术过于薄弱，无法满足煤炭勘查、生产产业的基本需求，使其总体实用性较低、操作性较差，没有达到设计时所要求的专业、高效等特点。
2地测空间信息系统的结构模式以及功能
地测空间信息系统是以GIS为基础组件，进行再次开发与软件集成。在地测空间信息系统构建中，.net2003C#编辑语言的应用使体统在构建过程中较为方便快捷，在系统开发上大大降低了构建难度，节省了开发成本及时间。美国环境系统研究所（ESRI）研发的ActiveX控件为地测空间信息系统数据处理提供良好的技术支持。地测空间信息系统设计初衷是应煤炭勘查实际所需，进行图形和数据处理，使煤炭勘查作业能更加高效、专业为基本要求构建而成。系统基本可分四个系统模块：数据库、三维地质模型、图形处理和数据端接口，如图1所示。
2.1数据库功能简述。数据库分为四个存储结构：地质数据信息储存、测量数据信息储存、水文数据信息储存和矿产储量信息储存。主要进行地质勘查信息和生产数据录入管理，其功能主要有：数据入库、计算整理、数据更新、数据查询和数据管理维护等功能，如图2所示。
2.2三维地质模型系统简述。三维地质模型系统可以通过对地质勘查信息进行整理，以三维立体模式显示所处地质空间结构，使地质勘查信息做到可视化，实现地质数据信息简约化，对于部分地质环境较为复杂区域效果更为显然，能帮助地质勘查工作者做出正确判断。三维地质模型系统主要功能可分为基础地质数据信息采集、对数据进行三维综合建模、数据信息查询与更新、数据信息辅助分析、自动构建三维地质模型和数据管理等，如图3所示。三维地质模型系统在煤炭勘查数据录入后，自动构建三维地址模型，使煤炭企业在开发前对矿产资源所处地质环境有一个清晰了解，对矿产资源蕴藏量、矿产所处地层稳定性、矿产矿脉走向的分析有着重要帮助。其不仅可以对待开发矿产进行构建三维地质模型以便分析，还能对正在进行生产作业的矿产进行矿脉走向定位、矿物富含量定位、伴生矿资源定位等，对矿产企业的生产和决策提供有效技术支持。
2.3图形处理系统简述。图形处理系统是由系统管理、专业制图系统以及自动制图系统构成。其可以根据勘查数据进行处理，综合所处地质基本信息、水文信息、矿产蕴藏含量等进行数据处理，自动制图，也可以人机互助制图。在处理煤炭勘查日常所需制图技术基础上，对绘制地质曲线、曲面、各种等高线进行专业处理，使煤炭勘查绘图工作更加专业化，减少了绘图工作中出现的失误。在自动制图过程中，通过对录入数据进行计算，和已存数据信息进行比对处理，使所制图形信息更为精准，这一点大大减轻了人工绘图所消耗的大量时间。
2.4数据端接口系统。数据端接口系统为数据和图形传输与录入提供一个专业接口，为地测空间信息系统与其他勘查软件进行数据传输、共享提供一个保障。数据接收上其可以兼容多种专业文本格式，在图形录入以及输出上格式兼容量也很大，所以数据端接口系统对地测空间信息系统尤为重要。
3结束语
基于GIS煤炭勘查地测空间信息系统的构建，在科学技术发展十分迅速的今天尤为重要，其不仅可以提高对矿产资源的探索几率，还能提高生产中煤炭企业生产效率。现阶段我国地测空间信息系统平台尚不完善，还有很多核心技术有待加强，我们应该在煤炭产业发展中，引进先进科学技术，结合煤炭勘查作业实际情况与需求，在实践中将地测空间信息系统平台逐渐完善，以引领我国地质勘查行业与煤炭产业不断发展，让其成为我国社会、经济等领域的核心科技。
参考文献
[1]张国明.利用分形理论检测断层.[J]河北煤炭.2010，5（11）：45-46.
[关键词]MATLAB；机械优化设计；仿真运用
中图分类号：TN899 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0233-02
引言
在经济迅速腾飞的时代，机械设计的方法和理论在其中的比重越发增大。只有不断完善机械设计理论，才能使我国的机械设计水平提升，也才能为各个部门提供性能先进的技术装备。为此，传统的机械设计方法已经渐渐满足不了人们生产制造的要求，纵观传统的机械设计理念，更多的是对以前产品制造经验的借鉴和拓展，缺乏创新理念，在设计过程上更是繁琐，以经典力学为依据对零部件进行设计，这样加大了成本的投入，使生产周期变长。而现代的机械设计方法，在设计思想上更多地运用最新的技术，不仅仅只以机械系统为关注对象，增大了设计的视角；设计准则上以广义力学的可靠性准则为依据；设计过程更是与前者完全不同，虚拟样机，方案评价，优化参数到最后的设计制作，从性能，结构和成本上更具市场竞争力。
伴随着计算机行业的兴起，它在机械设计中已成为不可替代的重要工具。从机械产品的设计理念到设计成品的完成都可以在计算机上完成，计算机有运算速度上快、存储量大、能进行精确的数据处理等优势，使机械制造业实现了自动化控制和生产。基于MATLAB的机械设计方法，借助MATLAB强大的数据和图形处理能力，不仅节约了成本，而且提高了设备设计的质量和设计效率。
1 MATLAB的优化原理
1.1 MATLAB简介
MATLAB的产生是与数学计算联系在一起的，由Mathworks公司于1984年推出采用c语言内核的正式版本。该软件能处理日常数学中常见的问题，包括矩阵计算，信号的处理，快速的数值计算和图形生成等功能。在MATLAB的运行环境下，用户可以集成的进行数值运算，程序的设计，文件的统一管理等各项操作，随着软件的不断升级，又增加了丰富多彩的图像图形处理和多媒体功能，这样使得MATLAB的应用更加的广泛。
1.2 MATLAB的组成及特点
MATLAB拥有一个专属的工具箱，可以解决不同领域的问题，其完善的拓展程序可以满足设计者不同的设计要求。MATLAB包括动态仿真系统，主程序和各种各样的工具箱。其主程序又包括以下几方面：
1.）MATLAB应用程序接口：是使MATLAB语言能与其他高级汇编程序语言进行交互的函数库，实现了文件数据的交换，增加了该语言的灵活性；
2.）图形处理系统：能方便的图形化显示向量和矩阵，而且能对图形添加标注；
3.）数学函数库：包括大量的计算算法，为不同的数值计算提供了全面的依据；
4.）MATLAB语言：是一个基于矩阵/数组的高级语言，可以用于快速编写简单的程序，也可以用来编写复杂庞大的应用程序；
5.）开发环境：是一套方便用户使用MATLAB的工具集，其中许多工具是图形化用户接口，为用户提供一个集成化较高的工作空间。
1.3 MATLAB机械优化
MATLAB的优化是在机械优化设计中的一种，MATLAB强大的数据处理和图形绘制能力，使得在机械设计过程中大大简化了数值计算，图形的直观表述也使得设计更加形象和具体。基于MATLAB的机械设计，利用MATLAB多功能工具箱，可以更好地帮助设计人员克服许多情况复杂的机械设计和工程问题。另一方面，MATLAB丰富的图形图像处理能力和仿真功能，使得繁琐的机械设计得到简化，也让设计更具创新性。此外，把机械设计的图形绘制和计算机软件有机结合，有效的简化了设计和绘图过程，减少了成本的投入，降低了研发时间，保障了机械设计的质量和速度，
2.机械设计优化
随着机械制造业市场的不断开拓，机械设计越来越受到人们的重视。产品能否具有市场竞争力，外观和性能能否满足人们的生活需求，机械设计起到决定性作用。伴随着设计过程的进行，需要对设计方法进行优化，即将机械设计与优化设计理论和方法相结合，利用计算机，自动搜选可以达到预期目标的最优设计方案和最佳设计参数。
优化设计与传统设计相对比，可以看到，优化设计在设计方法、设计手段以及设计思想和理念上都占有很大的优势，从传统设计的求得可行解到优化设计的解得最优解，让设计发生着质的变化，进而也让设计的作品更具挑战性。对机械设计进行优化，可以使传统机械设计中，省去对性能指标的校核，求解可行解上升为求解最优解成为可能；使机械设计的部分评价，由定性改定量成为可能；很大程度上提高了产品的设计质量，进而提高了产品的质量。
机械优化设计在实际解决问题过程中，首分析实际问题，建立优化设计的数学模型，其中主要分析设计的约束条件，设计变量以及设计准则和目标；其次，分析数学模型的类型，选择合适的求解方法，即优化算法；最后，编程上机求解数学模型的最优解，并且对计算机的结果进行评价分析，最终确定是否选用此次计算的解。通过优化设计，最终确定设计方案，进行方案的设计和产品的设计制造。
3 基于MATLAB的机械设计仿真
MATLAB强大的数学计算能力，使得其他数学计算软件在MATLAB面前黯然失色，它可以将所得到的计算结果用空间形式（二维，三维或四维）表现出来，直接表露出作品内在所蕴含的内涵和规律。另外，MATLAB的动态仿真功能，更是直接的创建了一个系统模型，让机械设计更加形象生动，仿真更加具体。
基于MATLAB的机械设计仿真，核心内容是对数值进行积分运算，根据所得的加速度来计算得到物体的位移和速度，描述各个构件之间的相互联系。为了更好的表现机械设计的直观性，利用SOLIDWORKS软件绘制三维图形，即下图的曲柄滑块机构：
对于上图所描述的曲柄滑块机构，对其建立矢量方程式，分别对两轴进行分解，求导可得到该点的加速度，对其进行整理可以得到矩阵形式。利用MATLAB强大的数值计算，在仿真环境下建立运动仿真模型，如下图所示：
通过改变曲柄的角度，可以在MATLAB的绘图模型下，得到滑块的加速度变化趋势图。利用MATLAB丰富的图形处理能力，大大减少了模型数据的计算量，形象生动的表现出了运算结果的发展趋势，对机械设计提供了一个重要的依据，也使得研发的产品功能更加强大。
4.总结
基于MATLAB的机械设计方法，摈弃了传统的设计理念，以全新的视角进行机械产品的设计，无论是产品的设计成本、研发时间，还是产品的外观和质量都得到了很大的改善。在追求经济利益最大化的今天，利用最少的成本投入来获取最大的经济收益，是每一个机械设计者的共同目标。优化设计理念的发掘，改变了原先的设计思路，由被动的对产品性能进行反复的分析转变为主动设计产品的主要尺寸和相关参数，在众多的设计方案中寻找最优的设计方案，进行最优设计，这样不仅从产品的总体结构尺寸，生产投入还是传动的效率方面来看，都是最佳的选择。所以，基于MALTAB的机械设计方法，是每一个设计者共同的追求，只有不断优化机械设计方法，才能以低成本投入得到很好的回报，也为机械设计领域提供一个全新的设计视角和理念。
参考文献
