计算机图形学基础：从理论到实践

"计算机图形是计算机科学中涉及图形创建、处理和显示的学科。它包括对几何和物理模型的表示，以及数据与图形之间的转换。ISO定义计算机图形学为研究这些转换方法和技术的领域。图形处理涉及将描述图形的数据输入到计算机中，经过处理后输出为可视图像。图形有两个主要属性：几何属性（如点、线、面、体）和非几何属性（如颜色、线型、线宽）。图形主要分为线条图形和真实感图形。显示方法包括矢量法和描点法，前者通过连接短直线逼近曲线，后者则通过点亮像素点来构建图像。图形可以用参数表示，形状参数描述几何轮廓，而其他参数则涉及非几何特性。" 计算机图形学是计算机科学中的一个重要分支，它的研究范围广泛，包括了从基础的几何建模到复杂的3D渲染、图像处理和交互式图形设计等多个方面。计算机图形学不仅在软件开发、游戏设计、电影特效等领域有广泛应用，还在工程设计、医学成像、虚拟现实和科学研究中发挥着关键作用。 在计算机图形学中，图形的生成通常始于几何表示，即将实际对象转化为数学模型。这些模型可以是简单的点、线、面，也可以是复杂的多边形网络。几何数据通过各种算法进行处理，如变换、裁剪和光照计算，以增加视觉的真实感。非几何属性如颜色和纹理则用于增强图形的视觉效果。 矢量法和描点法是两种主要的图形显示技术。矢量法基于坐标点和向量，适合于动态更新和缩放，因为它们始终保持平滑。描点法，或称为光栅图形，依赖于像素阵列，更适合于静态图像和高分辨率显示，因为它可以精确控制每个像素的颜色。 参数表示是图形数据的一种高效存储方式，特别是对于复杂形状，可以通过参数方程来描述。这允许快速生成和修改图形，例如通过改变参数值来调整图形的形状和大小。此外，参数化方法还便于实现动画和交互式设计，因为它们可以方便地更新图形状态。 计算机图形学是一门综合了数学、物理和工程的学科，它不断地推动着数字艺术、工程设计和科学可视化的发展，是现代信息技术不可或缺的一部分。随着硬件性能的提升和新技术的涌现，如GPU加速计算、实时渲染和机器学习，计算机图形学的未来将更加广阔。