清华大学计算机图形学教程 - 第一讲 绪论

“计算机图形学教程 第一章节 - 胡事民 - 清华大学计算机科学与技术系” 计算机图形学是一门涉及图形的表示、生成、处理和显示的学科，由清华大学计算机科学与技术系的胡事民教授讲授。胡事民教授在人机交互与媒体集成研究所工作，其研究领域包括计算机图形学的各种核心主题。助教沈超慧支持课程的教学工作。 第一讲主要介绍了计算机图形学的基本概念。计算机图形学是计算机科学中极其活跃且应用广泛的领域，其研究内容涵盖图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真以及虚拟现实等。 在计算机图形学中，图形与图像有明显的区别。图像通常是指存储在计算机内的位图信息，而图形则包含几何属性，强调场景的几何结构，由几何模型和物理属性共同构成。图形可以分为基于线条信息表示和明暗图两类。 图形学的发展与CAD（计算机辅助设计）密切相关，起源于1962年MIT林肯实验室的I.E. Sutherland的"Sketchpad"系统，被誉为图形学之父。此外，Coons提出的"CAD"概念和Coons曲面也对领域产生了深远影响。图形学还与模式识别和视觉科学交织，比如基于图像的绘制和基于视频的绘制。 计算机图形学的研究前沿聚焦于真实感图形的实时绘制与自然景物仿真。真实感绘制试图在计算机中再现真实世界场景，模拟物体的物理属性，如形状、光学性质、纹理和遮挡关系等。经典的真实感图形学包括光照模型的研究，如局部光照模型和整体光照模型，以及绘制方法，如光线跟踪和辐射度计算。为了提高效率，研究人员开发了各种加速算法，如包围体树和自适应八叉树，以及阴影算法和纹理合成技术。 真实感图形研究的实例包括表面细节绘制，如王希的树皮渲染技术（VDM），自然景物仿真，实时软阴影算法，全局光照绘制，点绘制以及半透明绘制等。这些技术不断推动着计算机图形学的发展，使其在游戏、电影、工程设计等多个领域发挥重要作用。