计算机图形学基础：从Sketchpad到现代技术

"计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理、显示的学科，涉及图形硬件、图形标准、交互技术等多个领域。其发展历程从20世纪50年代的早期图形显示器到70年代的光栅图形学和真实感图形模型的建立。" 计算机图形学是计算机科学的一个重要分支，它主要关注如何在计算机中表示、计算、处理和显示图形。这一领域的研究内容广泛，包括图形硬件的构建、图形标准的制定、图形交互技术的开发，以及各种图形算法，如光栅图形生成、曲线曲面造型、真实感图形计算等。此外，计算机图形学还涉及到科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真和虚拟现实等应用。 在计算机图形学中，图形被分为两类：基于线条信息表示和明暗图。前者强调几何结构，后者则通过色彩和光照效果来表现图形的立体感。图像则通常指的是以位图形式存储的灰度或彩色信息，不包含几何属性。 计算机图形学的历史可以追溯到20世纪50年代，当时第一台图形显示器在MIT的旋风I号计算机上出现。随后，各种图形设备和技术相继发展，如滚筒式绘图仪和平板式绘图仪。在60年代，人机交互的重要里程碑——Sketchpad系统由I.E. Sutherland提出，而Bézier曲线和Coons曲面理论的提出为曲线和曲面建模奠定了基础。70年代，光栅图形学取得了显著进展，如区域填充、裁剪、消隐算法的出现，同时图形软件标准化工作也开始展开，如ACM SIGGRAPH的工作会议和ISO发布的图形标准。 真实感图形学是计算机图形学中的一个重要部分，它试图模拟现实世界的光照效果。1970年，Bouknight提出了光反射模型，而Gourand在1971年提出的漫反射模型结合插值的思想，为后来的明暗处理技术打下了基础。 计算机图形学是一门涵盖了硬件、软件、算法和应用的综合性学科，它的发展极大地推动了计算机科学的进步，尤其在游戏、电影特效、工程设计和科学研究等领域发挥了重要作用。随着技术的不断进步，计算机图形学将继续在创新和实际应用中扮演关键角色。