認識電腦繪圖

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認識電腦繪圖  蘇守政

　　使用電腦來處理圖形或影像等視覺表現的技術與形式，一般稱 
為「電腦繪圖」（ Computer Graphic ），或簡稱為 CG 。此一視 
覺媒體在技術上的特色是將數值訊號輸入電腦之後，會轉換成可視 
的圖形或影像輸出。其中包含了靜態的畫面與平面或立體的動畫。 

　　回顧電腦繪圖的技術與表現的神速發展，實在令人驚嘆。電腦 
問世尚不滿五十年，而電腦繪圖的正式起步，也不過三十年，其造 
形表現能力的精良與豐富，已遠超過以往人類所創造的任何一種視 
覺媒體。電腦繪圖和其他視覺藝術表現工具的最大差異是除了能依 
照指示描繪出精緻的圖畫之外，只要改變數式中的參數，往往就能 
產生超越作者想像的作品。 

　第二次世界大戰期間，美國為了精確計算彈道，而著手開發電 
腦的製作技術但是直到戰後的一九四六年才由當時還是美國賓夕法 
尼亞大學研究生的艾克特（ John Prespei Eckeit ）完成問世， 
當時所製造完成， 使用真空管， 體積龐大的電腦， 被命名為「 
ENIAC 」。 十五年後， 波士頓麻省理工學院的薩惹蘭德（ 
I,Sutlier Land ）於一九六一年著手研究會話型的圖形處理系統 
，一九六三年發表了可以使用光筆在圖像顯示器上描繪圖形，人與 
機器直接對話的繪圖系統（ Sketch Pad System ）， 奠定了今日 
電腦繪圖技術與發展方向的基礎。 

　進入七十年代後，由於技術的進步，電腦繪圖在色彩、形態、 
質感等造形要素的表現上日趨成熟；並超越了平面與靜態的表現， 
可以作出具有立體感與完整光影表現的寫實場面。直到十幾年前， 
電腦所描繪的圖形除了符號疏密構成的點畫之外，多半是一些平面 
或只能暗示立體感的線畫。後來，先是可以消去隱線部份，呈現出 
面的組合之映像域掃描技術的出現；接著附加陰影，甚至以拼貼的 
概念與方法在立體模型上覆貼表層質感等模擬實物或實景的各種視 
覺表現技法逐項被開發出來。 

其中具有特色的表現技法還有下列數項，一九七九年發表的「 
光跡追蹤法」（ Ray Tracing Method ）是一種以光的反射狀態來 
顯示物體的質感，或是呈現出如同透過透明材質，反映出受到折射 
影響而變形的景象等顯示材料質感或透明感的寫實技法。緊接著由 
於電腦計算能力的高速化， 應用新的數學理論 -- 碎形幾何（ 
Fractal ），可以經由自我相似型的衍生，描繪出需要龐大的計算 
能力才能處理的山脈、海岸線、雲朵等複雜的不規則型態。 
追溯電腦繪圖視覺表現的發展歷程，從一九七○年代到一九八 
○年代初期的十多年間，可說是進化過程的關鍵性時刻。使用電腦 
繪圖技術所製作的圖形或影像，表面看起來和一般的繪圖、照片或 
影片十分雷同，但有一點是截然不同的，電腦所製作的圖像無論是 
多麼單純的點、線或面的構圖，背後一定隱藏著支持其成立的數學 
公式或計算的程序；因此在基本的模型建構完成之後，還可進一步 
任各種角度與動態的視覺模擬。如果以一棟建築物來譬喻，除了可 
以確認空間中各部份的相關座標位置之外，將座標上的點與設定的 
視點連結起來，經由關係數式的演算，可以自由自在的模擬當視點 
移動時，從不同視角可以看得到的各種靜態或動態的景象。同時， 
經由內部的計算，也能呈視出視角變化時，環境中光線投射的狀態 
。由於這種計算程序的進化，視覺模擬的表現更加精緻、自然。 

　　具體而言，電腦繪圖所製作的圖形或影像，與以往的繪畫、攝 
影等視覺媒體最大的差異是以數據化的信號為基礎。因此附加有圖 
像自由存取、加工、修正、合成、移動等功能。視訊數位化的發展 
，使得經由電腦所處理的電子影像更加多姿多彩，相當程度滿足了 
人類自古以來對於變幻法術的憧憬之情。 

　色彩是造形表現的另一項重要要素，電腦繪圖的色彩顯示基本 
上是以紅、綠、藍色光三原色的組合來呈現，三原色各區分為 256 
個階段，因此組合出來的色彩約為 1677 萬色，遠超過人類的視覺 
所能辨識的限度。發展至此，電腦繪圖已從色彩與形態等造形要素 
的表現都極為粗糙淺薄，不能滿足造形藝術家創作需求的繪圖機器 
，迅速轉換為造形藝術與設計表現的嶄新利器。 

　電腦繪圖的功能與作用可以具體地歸納如下： 

第一、「能使一般肉眼看不到的現象或物體看得見」 。 
例如分子的運動、作風洞實驗時飛機機身周圍空氣流動與溫度分布 
的狀態等視覺無法看到的現象，使用電腦視覺模擬的技術將其可視 
化。 

第二、「能使一般不容易看到的物體與現象清晰可辨」 。 
例如使用特殊的工具與方法方能勉強以肉眼辨視的人類的骨骼與肌 
肉的運動，太空站存在的狀態，植物的生態活動等現象，經由電腦 
繪圖視覺模擬的功能，可以很清楚地呈視出來。 

第三、「不用製作實物，或不必實際操作實物， 也能進行評估 
的工作」。 若能實際製作實物模型，很容易評估其優劣或可 
行性，但基於成本或安全性的考量而無法實作時；或為了避免浪費 
，提高生產性。例如景觀設計等的模擬，不製作實物，活用電腦繪 
圖的平面、立體或動畫的表現功能，同樣能達到評估的效果。此外 
，商品銷售的動向、機械裝配方法的說明等抽象事物的具象化，電 
腦繪圖在視覺資訊傳達所發揮的功能要遠勝於傳統的視覺媒體。 

　在文明史上，繪畫或雕刻等造形的手段曾將人類的諸多夢想具 
象化，而今日的電腦繪圖將可在科學與藝術的世界裡，成為化幻想 
為現實的重要工具；預計今後除了在藝術的表現上將開拓出更廣闊 
的空間之外，其細膩的視覺表現功能，更將為未來的科學、醫學、 
教育、文化、娛樂等文明的各個層面帶來更大的貢獻。