清华大学孙广家《计算机图形学》第一章：扫描仪模块与图形学概述

计算机图形学是一门研究计算机如何生成、处理和显示图形的学科，它在计算机科学中占据着重要的地位，是当前最活跃且应用广泛的领域之一。本章节首先定义了计算机图形学的基本概念，它不仅关注图形的表示，还包括了图形硬件、图形标准、图形交互技术、图形生成算法等多个关键组成部分。 图形学研究的核心内容包括： 1. 图形的表示：如何在计算机内部以抽象的方式表示形状、色彩和纹理，这涉及几何模型的建立和数据结构的选择，如点、线、面的组合以及三维模型的构建。 2. 图形计算与处理：包括曲线曲面造型、实体造型技术，以及复杂的几何变换和动画效果生成。 3. 图形显示算法：如光栅图形生成，区域填充、裁剪、消隐等技术，这些都是实现视觉效果的基础。 4. 图形标准与接口：例如ACM的"核心图形系统"和ISO发布的CGI、CGM、GKS、PHIGS等，这些标准化规范推动了图形系统的互操作性和兼容性。 5. 真实感图形：如光反射模型的发展，如Bouknight的模型和Gourand的漫反射处理方法，这些技术使得计算机生成的图像更加逼真。 20世纪50年代至70年代，计算机图形学经历了重大进展。早期的图形技术主要集中在硬件设备上，如MIT的旋风计算机上的图形显示器和绘图仪。随着技术的发展，I.E.Sutherland的Sketchpad系统展示了人机交互图形的可能性，而Bézier曲线和超限插值的提出则为曲面造型提供了新的方法。同时，光栅图形学的兴起使得图形渲染更为精确，区域填充等基础算法的出现进一步推动了图形技术的实用化。 在70年代，图形软件开始标准化，ACM成立了图形标准化委员会，并通过国际标准如ISO的发布，促进了图形技术在全球范围内的共享和应用。真实感图形学的研究也取得了突破，为现代计算机游戏、电影特效和虚拟现实等领域奠定了坚实的基础。 计算机图形学是一个涵盖广泛且不断演进的领域，它的发展历程反映了计算机科学和技术的革新，同时也深刻影响了我们对数字世界的认知和体验。