计算机美术是一门计算机技术和美术相结合的学科，它要求创作者既要懂美术又要懂计算机。
它利用计算机作工具，按照美学原理，以图像和图形的形式进行信息交流和升华，形成了自身的特点，创造了新的艺术形式。它的成果使我们得到美的享受。也为人类社会创造了新的文化。
一、绪论1、计算机美术的多样化形式
美，是人的一种主观感觉。当人看到某样东西，心中产生愉悦、快乐、轻松的感觉，则他就是欣赏到美了。由于人有审美的需要，因而美术就发展起来了。
美术，是创造能引起人的美感的视觉对象的活动，其意义不仅在于单纯的绘画，而是要用图画来表达感情，交流思想和信息。
随着计算机软硬件技术的进步及计算机应用的普及，人们开始使用计算机来进行美术创作。由于这种方法产生的某些效果，是传统方法无法相比的，因此一片新天地被拓展出来了，计算机美术开始蓬勃地发展。
1-1、丰富多彩的计算机美术
用计算机进行美术创作的形式可说是百花齐放，有的类似油画，有的能作素描，有的在屏幕上写毛笔字。在风格上，有的如工笔画，有的粗犷如水墨画，既可作雕塑也可作剪影，所有这些艺术形式都是软件制作者的匠心。
我们统称这些程序为“美术创作软件”，由于种类太多，不可能一一介绍，只介绍几种常见的形式，引发读者对计算机美术的兴趣。
1-1-1、素描
素描在计算机上是容易实现的。所谓素描就是把一张照片或摄像输入计算机内，用图像处理的方法，抽取它的轮廓，使照片上的人只余下一张轮廓线图画，类似一张素描像。
素描在计算机上是容易实现的。所谓素描就是把一张照片或摄像输入计算机内，用图像处理的方法，抽取它的轮廓，使照片上的人只余下一张轮廓线图画，类似一张素描像。
计算机上可采用灰度差的方法撮轮廓，将人像的每一像素点都和它周围的像素点作比较，如果它们两点的灰度值之差大于某一个指定的数值（通常称为阀值），则该点判为轮廓上的点，如果与周围点的灰度差都小于阀值，则该点为非轮廓上的点。
执行这个程序之后，将所有轮廓上的点变为黑色，所有非轮廓上的点变为白色，这样执行程序之后，计算机就把照片上的影像变为一张素描画。
要控制素描画上的线条的繁简程度也是有办法的，就是控制阀值取值的大小，如果阀值取得大，小的灰度差就不能划入轮廓点，最后得到的轮廓线就简略；反之，最后得到的轮廓线就繁得多。以上这些就是素描的简单原理。
1-1-2、风景画
通常的风景画是人们在风景区实地写生，回到画室加工修饰而成，而计算机的风景画则是通过把照片或摄像加工而成。我们说“风景照”和“风景画”不是一回事，计算机中的风景画比之风景照片更加集中突出表现某种意境。
风景画应该是由风景照经过取其精华，弃其次要部分而制成的艺术作品，可以分为以下步骤来完成：
第三步是对画面施加纹理。纹理（又称肌理）是由笔触而构成的，能使作品更加趣味盎然。计算机作画时本来没有笔触，所以纹理可以另外施加，例如地面本来是白色的或水泥色的，也可以把它改画成带有花纹。
用数学上的扩展可以将纹理均匀铺盖在某块面积上，加大或减少密度作彩度的增减；用比例不同的基色点画出来，不仅可以是圆点或梅花点，甚至可以是大理石花纹、木纹等等，形成与自然景物十分相似的效果。
1-1-3、人物画
通常认为计算机上作人物画至少有三种方法，即计算辅助人物构图法，二是“数学模特儿”方法，三是“动态模特儿”方法。我们选择“数学模特儿”方法作一个介绍。
在计算机中，存有一个人体的数据模型，它包括了以下四部份数据：
（1）人体的标准数据，例如标准人体各种比例和局部的形状数据。
（2）人体的变化数据，用这种数据加上标准数据可以画各种类型的人体（胖子、瘦子、矮子、美人、丑八怪）的模型，而且可以用来作漫画。
凭借上述的各种数据，可以按创作者的意图显示出各种人体，穿戴上各种服装，成为我们要求表现的各种模特儿。在计算机上就可以按照这种方式给出一个例子：
提出一些参数数据，如“老头、60岁，瘦长脸，白胡须，厚嘴唇。”计算机就在显示屏上显示出符合这些特点的人物形象。画家或者创作人员可以调整这些参数，进行模拟或逼真描绘，使之形象生动，作为创作的原型。
1-1-4、雕塑
计算机上有计算机雕塑模拟的方法。在荧光屏上最初显出一块未经雕琢的材料，如一个多面体，又如是一个圆柱体，其材料可以是石膏、木料，甚至是金属、岩石。
在屏幕上的工作菜单中，显示出多种几何体：如圆锥、立方体、三角锥体等等，还列举出这些几何形体的放大或缩小的比例系数。可以定义出雕刻落下的物体的单位，放入菜单。
由于雕刻是在三维动画环境之中，因此可选取不同的角度来观察其效果。俯视或仰视、模拟阳光的各种阴影效果。
计算机雕刻的一大优点是雕错了可以恢复原状重新雕，雕落的单元可以粘上去，又从复原位置开始重新雕刻一次，至到满意为止。用计算机雕塑所得到的形象只是一个光影，无法用手摸到，要想变为真实物体，可以用两种方法来复制。
计算机雕刻的一大优点是雕错了可以恢复原状重新雕，雕落的单元可以粘上去，又从复原位置开始重新雕刻一次，至到满意为止。用计算机雕塑所得到的形象只是一个光影，无法用手摸到，要想变为真实物体，可以用两种方法来复制。
另一种是手工复制法，根据荧屏形象进行仿制雕塑。对金属、木材、塑料、大理石都是适用的。
1-2、计算机美术的应用
计算机美术近年来发展迅速，具有非凡的吸引力，展现出广阔的应用前景。
计算机美术的发展与计算机技术的发展和实际应用的需求紧密联系的。
1-2-1、影视动画片的制作
传统的动画片大部分由人用手工来完成，最后再由摄像机拍摄并连接在一起。
由于使用了电子计算机辅助制作卡通片，使制作周期大幅度的缩短，因而引起了动画片商的兴趣，使动画片制作的计算机化进程大大加快。
到80年代初，由于计算机动画技术的发展，片商们开始投资制作三维动画，在动画片中出现了立体的人物、立体的动物、房屋、树木、风景甚至云、烟、浪沙，具有真实感的动画开始出现。
特别是1994年5月美国的大型立体动画“JURASSIC-PERIOD PARK”（译为“侏罗纪公园”）获得奥斯卡金像奖，标志着三维动画软件技术已经达到相当高的水平，以假乱真的再现了一亿年以前地球上的恐龙，是计算机动画开始成熟的里程碑。
目前在电影电视领域已经广泛地使用计算机作动画，在这些艺术作品中，它可以充分地发挥艺术家的想像力，可以产生许多在电影电视中实拍达不到的艺术效果，使得作品创意得到完美的发挥。
在计算机辅助动画的制作中，把人从繁重的手工劳动中解放出来，集中精力进行人物造型和创造性的工作。
人们把计算机引入动画领域就是充分地利用计算机这一先进科技，对传统的动画制作技术加以改造，并树立全新的三维动画的新技术。
三维计算机动画用计算机来模拟真实的三维世界。
三维的几何造型，赋给表面色彩和纹理，设计物体运动和形变，设计灯光的强弱、位置及运动，设计虚拟摄影机，位置及运动，渲染生成一系列实时演播的连续动态图形。
最特殊的是：三维计算机动画还可以生成真实世界不存在的特殊场景。制作虚拟现实的动画。
纵观今天的三维动画，还处在发展时期，还有待进一步的完善。计算机动画涉及广泛的科学技术，它将随着学科的发展不断地完善。
1-2-2、计算机制作广告
广告设计是一种实用美术创作，过去大多数是用手工制作，但80年代以来，由于计算机美术和动画的兴起，使广告可以采用计算机来制作，加快了创作速度，还可以得到高质量的作品。
不仅用于招贴广告画，而且还应用于电视广告。
计算机广告制作的优点：
（1）制作速度较快
因为有丰富的字库、图库（点阵图、向量图和程序图等），模型库和作图、编辑图的工具。同时复制方便，保存容易，携带方便。很适合商业界的要求。
（2）广告画的质量高
例如色彩，一般计算机内色彩可达一千多万种颜色。其特点是颜色丰富、鲜明、过渡柔和、平涂均匀，很适合广告的要求。 还有丰富的图形编辑处理的工具，可以加入许多特技效果。
（3）计算机可以拼图
把多种图片和文字合成一幅广告。可以利用扫描仪把照片、文字、绘画迭加组合在一起，创作出新的广告画。人用手工也可以纵使完成，但速度慢、质量低，利用计算机拼图可以快速作出高水平的广告。
在产品的包装、装潢、居屋的美化设计等方面都广泛使用了计算机动画和美术手段。
1-2-3、计算机辅助教育软件（CAI）
计算机辅助教学是60年代开始的一个计算机应用领域，它们中大多要应用计算机动画作手段。
例如“示教型”和“模拟实验型”的教学软件都要用动画技术来完成。
例如化工原理实验的动态模拟，这个软件以彩色动态画面来模拟化工实验过程，用动画把内部化学变化流程及化学反应过程显现出来，可以避免发生激烈化学反应所造成的爆炸等严重后果。
在制作方法上，以图形和动画为纲，辅以简单明了的文字符号，从刺激与反应的心理学角度来看，动画最好，图形次之，文字说明最弱，适当选取色调，并合理配搭，给人清新明快的感受，通过强刺激，给人留下深刻印象。但要注意画面保持科学性。
教育软件中有很多内容是抽象的、比喻式的或理想式的，不能通过实拍或录像来表现，要经过艺术的图形创作来表达，才能达到预期的效果。
另外有一种专门的CAI课件写作工具，教师写出脚本，软件工具就能按此脚本自动生成含有属性文本、图形、动画、问题等多种教学文件的图文并茂的高质量课件。
在计算机辅助培训方面，通过计算机动画可以实现飞行器、汽车、外科手术的操作模拟，使操作培训更加方便，使周期缩短、费用降低、危险性小。
在飞行驾驶、汽车驾驶训练软件方面都已经制造出了一批培训软件。
1-2-4、CAD领域的应用
CAD是计算机应用的一大领域.过去只是停留在代替画板的阶段，它使设计人员抛弃了铅笔和图纸。
今天的动画和虚拟现实技术，给计算机辅助设计带来了新的效果，可以使设计人员和用户在计算机显示器上立即现实其设计结果在实际应用中的虚拟景象。
美国的BOEING飞机公司曾经设计了一架VS-Ⅹ的虚拟飞机，并且可以通过头盔式显示器以及数据手套同计算机进行对话。
建筑设计方面也一样
（1）虚拟建筑物设计 建筑师可以在正式盖楼之前，让用户通过虚拟建筑物来观察其外形是否美观，并可让用户自己选择内部的各个部位，对房间的内部装修进行观察，这就便于修改设计、缩短设计周期。
（2）建筑效果图设计 它是静态的，过去它是由建筑设计师用手工来完成的，现在靠动画技术来完成，可以缩短时间。
（3）建筑动画设计，可以三维立体地显示一个建筑物的立体效果，甚至建筑群的设计效果，像我国自己设计的“申办奥运会”运动场地设计动画就是这种类型的例子。
过去人们理解的计算机辅助设计是全静止的，在具有三维动画的年代，计算机辅助设计应该有新的概念，用CAD技术设计的汽车和飞机可以动起来，在公路上开动，在空中试飞，并把它们运动和飞行的结果记录下来，研究改进设计，在汽车开出甚至发生碰撞后可以计算出发生的损坏和变形，这些都可以显示记录，以供设计人员改进设计方案，以达到更好的设计效果。
1-2-5、娱乐业中的应用
视像游戏机大约是1972年美国阿塔利公司生产的第一台“PON”视像游戏机开始的，它用了计算机的CPU、ROM进行了计算机化，采用了彩色屏幕才登上新台阶。
1980年出现“推销员”，1981年“驴丑”，1983年“泽维威士”，1989年的“特托里斯”，1991年的“街头拳击手“，1991年以后又出现了32位的系统，同年在英国的游戏机首次采用了“VR”（虚拟现实技术）使游戏机进入了一个崭新的时代。
VR游戏新领域中不单有真实的画面，还具有物质质感的真实画像，这些都被逐渐采用。
在当今世界上象“三国演义”，“银河舰队”，“红色警戒”之类的游戏软件不断地涌现。
主要都是以动画技术为基础的。这是一个很大的行业，其销售额相当可观，在日本达上万亿日元，仅任天堂一家销售额已达4201亿日元（约42亿美元）。有人预言计算机游戏业的收入将和很快超过计算机软件业的收入。
在幼儿和小学教育中，我们可以利用计算机动画生动、有趣的特点，将教学和类娱乐溶合在一起，让孩子们在娱乐中学知识。有人称为“教乐业”，可见教育和娱乐结合是今后计算机教育软件发展的一个方向。
1-2-6、科学研究与动画仿真
在一些复杂的科学及工程项目中，资金投入比较大，如果实际的实验失败，所造成的损失是巨大的。例如航天工程、导弹及机器人等复杂的系统工程。
为了避免这种损失，往往采取动画或仿真动画软件来预演，以发现问题、修改工程方案。
通常对这复杂项目进行分析和研究，建立适应系统的各种模型，然后利用计算机动画技术模拟真实系统的动力学，运动学和控制等行为，从而达到检测系统设计质量及可靠性的目的。
通过仿真动画，调整系统模型的参数，使得系统运行于较优状态。计算机动画技术在许多的复杂的系统工程研究中已经成为必不可少的工具。
动画仿真的主要优点是：
（1）使仿真的建模者与仿真的领域工程师能交流思想互相配合，便于修改，其间动画的作用是关键的；
（2）动画可使分析员能从屏幕上直接看见错误，从而增强了调试能力，使仿真模型生成快并且质量好；
（3）动画可以加深用户对系统运行的概念化的理解，提高效率，增强仿真软件的有效性。
1-2-7、虚拟现实技术
所谓的虚拟现实是采用计算机技术生成的一个逼真的视觉、触觉及嗅觉等感觉世界（或实体），用户可以用人的自然技能对这一生成的虚拟实体进行交互观察。
这个概念包含三层含义：
（1）虚拟实体是用计算机来生成的一个逼真实体，“逼真”即要求达到三维的实感，甚至包括立体视觉、触觉及嗅觉。实体是对人的感觉而言，例如，“虚拟风洞”是指计算机生成的视感象风洞一样的流体试验环境。
（2）用户可以通过人的自然技能与这个环境进行自然对话，这里自然技能可以是人的头部转动，眼动、手势或其它人体动作。
（3）虚拟现实往往要借助于一 些三维传感设备来完成交互动作，常用的如头盔式立体显示器、数据手套、数据衣服，三维鼠标器等。
虚拟现实的技术是知识密集型的高新技术，是计算机硬件、传感技术、人工智能、软件技术等技术的综合集成。
虚拟现实技术是80年代才发展起来的一门新兴技术，它将是计算机应用的一个非常有前途的广泛领域，目前已经在国防、航空航天、医学等高科技领域，以及教育和娱乐领域有广泛的应用前景。
