计算机图形学基础：从绪论到应用

"本资源为计算机图形学的绪论，由苏小红教授于计算机学院讲解。推荐教材包括《计算机图形学实用教程》等多本著作。内容涵盖计算机图形学的应用领域、与相关学科的关系、发展简史、研究内容以及图形的构成要素。计算机图形学是研究如何使用计算机生成、处理和显示图形的学科，涉及造型技术、绘制技术和人机交互技术。研究内容包括图形硬件和软件、图形元素生成算法、图形变换、曲线曲面、几何造型、真实感图形、分形几何、颜色科学、计算机动画、虚拟现实以及实时交互式三维图形处理等。" 计算机图形学是一门结合传统图学理论、应用数学和计算机科学的边缘学科，主要关注如何通过计算手段创建、处理和展示图形。ISO将其定义为研究数据转化为图形并显示在专用设备上的原理、方法和技术。在计算机上生成物体图形通常需要考虑三个要素：造型技术，用于在计算机中构建物体模型；绘制技术，用于根据特定视角呈现物体；以及人机交互技术，提供用户友好的操作界面。 计算机图形学的研究内容广泛，包括但不限于基础图形元素的生成算法，如直线、曲线的绘制；图形变换，如旋转、缩放和平移；以及图形裁剪，以确定可视部分。计算几何领域涉及自由曲线和曲面的建模，用于复杂形状的表示。几何造型技术则专注于如何准确地在计算机中表示物体的结构。真实感图形生成算法致力于模拟光照、阴影等视觉效果，使图形更具真实感。分形几何用于自然景物的模拟，如山脉、云彩的生成。颜色科学探讨颜色理论及其在图形中的应用，而计算机动画技术则涉及时间序列的图形变化，常用于电影特效和游戏制作。虚拟现实技术是计算机图形学的另一个重要分支，它追求高度沉浸式的三维交互体验。 此外，计算机图形学还与其他学科紧密关联，如图像处理、机器学习、人工智能等，这些交叉领域的研究不断推动计算机图形学的发展，例如在实时渲染、智能建模、视觉识别等方面。随着技术的进步，计算机图形学在游戏开发、影视特效、工程设计、医学成像、科学研究等多个领域发挥着关键作用，持续推动着数字化时代的创新。