计算机图形学基础：生成与显示真实感图形

"计算机图形学讲义，由Equinox Entertainment游戏开发小组内部资料，涵盖了计算机图形学的基础知识、历史、应用和发展趋势，包括图形的表示、生成、处理和显示，真实感图形的创建，以及与计算机辅助几何设计和图像处理的联系。" 计算机图形学是一门涉及计算机如何表示、计算、处理和显示图形的学科。这门学科在过去的30多年里经历了快速发展，现已成为计算机科学中极其活跃的领域。计算机图形学不仅在游戏、电影特效、工程设计等多个领域有着广泛的应用，还在不断推动新的科技前沿。 在计算机图形学中，图形可以由基本的几何元素（如点、线、面和体）和非几何属性（如灰度、色彩、线型和线宽）构成。根据处理方式，图形大致分为两类：线条信息表示的图形，如工程图和线框图，以及真实感图形，后者通过复杂的光照模型和材质计算来模拟现实世界中的视觉效果。 真实感图形的生成是计算机图形学的一个核心目标，它涉及到几何建模和光照模型的运用。在这个过程中，首先需要构建场景的几何表示，然后利用光照模型计算不同光源、纹理和材质对物体的影响，从而达到接近真实视觉效果的目的。这一过程与计算机辅助几何设计（CAGD）紧密相关，因为几何建模是图形学的重要组成部分。 此外，计算机图形学还与图像处理紧密相连，尽管两者之间有所区别。图像处理主要关注位图形式的灰度信息，而计算机图形学则更侧重于场景的几何结构和物理属性。随着技术的进步，这两者之间的界限变得越来越模糊。 计算机图形学的研究范围涵盖了多个子领域，包括图形硬件、图形标准、交互技术、光栅图形算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感渲染、图像处理，以及科学可视化、计算机动画、自然景物仿真和虚拟现实等。这些领域相互交织，共同推动了计算机图形学的不断进步和创新。 计算机图形学是连接计算机科学与视觉艺术的桥梁，它的理论和技术不仅塑造了我们看到的数字世界，也正在不断拓展人类的感知和体验边界。无论是游戏开发、电影制作，还是科学研究，计算机图形学都在其中发挥着至关重要的作用。