计算机图形学基础与应用详解

计算机图形学是一门研究如何利用计算机生成、处理和显示图形的学科，它的核心内容包括图形描述、生成算法以及应用技术。以下是章节中涉及的主要知识点： 1. **基本内容**： 计算机图形学研究从数据描述到图形生成的过程，涉及数学建模、几何变换、光照计算、纹理映射等技术。它旨在创建出逼真的视觉效果，不仅限于静态图像，还包括动态的计算机动画。 2. **本质区别与实例**： - **计算机图形学**：与模式识别的区别在于，图形学侧重于从描述生成图形，如计算机动画制作，如动画角色设计。 - **图形处理**：处理现实世界物体的映像，如工业射线探伤中的图像分析。 - **模式识别**：如邮件分拣系统中，识别并转化图像中的手写邮政编码。 3. **与CAD/CAM的关系**： CAD（计算机辅助设计）主要处理几何模型，而计算机图形学为其提供可视化表示；CAM（计算机辅助制造）则依赖图形学技术来生成机器加工路径。 4. **应用举例**： - **事务管理**：交互式图形绘制帮助决策者理解复杂数据。 - **地理信息系统**：通过图形学生成高精度地图和自然资源图形。 - **计算机动画**：动画制作技术的发展极大地提高了效率和艺术表现力。 5. **计算机绘图特点**： 包括非破坏性、缩放不变性、精确性和实时性，能处理复杂的几何形状。 6. **图形生成方法**： - **矢量法**：通过坐标点和短矢量构建曲线。 - **描点法**（点阵图形）：基于像素阵列显示连续曲线。 7. **当前研究课题**： 涵盖了虚拟现实、增强现实、图形渲染优化、实时图形处理、GPU编程、图形并行计算等领域。 8. **三维图形生成与输出流水线**： 通常涉及建模、着色、光照、纹理映射、投影等步骤，形成3D场景后进行渲染和输出。 9. **向量图形与点阵图形的区别**： 向量图形依赖几何描述，放大不失真；点阵图形（像素）是由固定大小的像素点组成，放大可能会出现锯齿状效果。 计算机图形学是一个多学科交叉的领域，涉及硬件和软件的协同工作，以创造丰富多样的视觉体验。随着技术的发展，其应用场景不断扩大，从娱乐、教育到科学研究都有广泛的应用。