计算机图形学基础：从线条到真实感绘制

"当前研究热点-计算机图形学ppt第一章" 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，是计算机科学中的一个重要分支，具有广泛的应用领域。这门学科关注如何在计算机中有效地表示图形，并使用计算技术进行图形的计算、处理和输出。在计算机图形学中，图形硬件、图形标准、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，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真和虚拟现实等都是其重要的研究方向。 1.1 计算机图形学的研究内容 计算机图形学不仅关注图形的几何属性，还涉及场景的物理属性。例如，图形可以基于线条信息表示，也可以通过明暗图（Shading）来呈现更为逼真的视觉效果。在计算机中，图形和图像有所不同，图像通常是指以位图（Bitmap）形式存储的灰度信息，而图形则包含了更多的几何和物理特性。 1.2 计算机图形学的发展历史 计算机图形学的历史可以追溯到20世纪50年代，当时出现了第一台图形显示器。60年代，MIT的I.E. Sutherland的Sketchpad系统开创了人机交互图形的新纪元，同时Bézier曲线和Coons曲面的理论也在此期间被提出。进入70年代，光栅图形学开始迅速发展，包括区域填充、裁剪和消隐等基本图形处理技术，以及图形软件标准化工作，如ACM SIGGRAPH的工作会议和ISO发布的图形标准。 真实感图形学的出现是计算机图形学中的一个重要里程碑。70年代，光反射模型和漫反射模型的提出，如Bouknight的光反射模型和Gourand的明暗处理，为实现更为逼真的图形渲染奠定了基础。这些进展使得计算机能够生成更接近真实世界的图像，极大地推动了计算机图形学在电影、游戏和工业设计等领域的应用。 当前研究热点包括真实感图形实时绘制和基于图像的绘制（IBR）。真实感图形实时绘制旨在在保持高精度的同时，通过简化物体网格模型的面片来加速绘制过程，这对于增强游戏体验和实时可视化至关重要。另一方面，IBR是一种创新的技术，它不再依赖传统的建模和光源设定，而是直接从一组已有图像中生成新的视角图像，特别适用于复杂场景的快速生成和虚拟漫游。 计算机图形学是一个不断发展和创新的领域，随着硬件技术的进步和新的研究方法的出现，它将继续为我们的生活带来更加丰富和真实的视觉体验。无论是学术研究还是实际应用，计算机图形学都在不断拓展其边界，推动着数字世界的进化。