想搞遊戲開發，看網課時發現需要一些計算機圖形學的基礎以便於進行影象、動畫的各種變換，因而開始了計算機圖形學的學習。本模組內容絕大部分是在慕課上看中國農業大學網客時的筆記，因此算作轉載，在此鳴謝趙明、李振波兩位老師，感謝他們錄製該門課程供大家學習！

概論

學習之前，我們首先要認識它是做什麼的，大致有什麼用處，然後要了解該學科的歷史。這樣做有助於加深對課程重要性的認識，幫助我們去學習它。

計算機圖形學是研究如何在計算機中表示圖形，進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理和演算法。---wiki百科

計算機圖形學是藉助計算機產生影象的藝術或科學，是（不限於）真實世界的數字模擬（虛擬世界）

它在圖形視訊處理，計算機輔助設計製造、計算視覺化、生物資訊、遊戲製作等各行各業都有著及其重要的作用。由圖靈獎獲得者，清華大學姚期智教授主導的清華大學電腦科學實驗班把該課程列為必修的25門核心課程之一。

計算機表示圖形步驟：

1.造型技術

  給出表示該物體的幾何資料和拓撲關係

2.光照模型 

  自然光照由複雜的物理定律決定，我們想用一些簡單的數學模型近似代替它

3.渲染技術

  用適當的繪製演算法將場景畫（渲染）出來。
計算機螢幕由畫素構成，因此需要研究在哪些畫素上生成圖形，也就必須要有一套針對光柵顯示器生成圖形的演算法（如：光線跟蹤，輻射度演算法，文理對映，陰影等）

計算機圖形學發展歷史

（略），這部分內容可以很容易地在百度上找到，就...自行查詢吧嘻嘻

計算機圖形學應用領域

常見的大約10個：

1.人機互動和圖形使用者介面：

  在未來，開發者希望開發能聽能說能理解人類語言的計算機，而不限於現在的windows，icon，mouse，pointer介面（WIMP介面））

2.計算機模擬

  用計算機技術建立被模擬系統的模型，並在某些實驗條件下對模型進行動態實驗的一門綜合性技術//主要提供形象化的結果，因此二維三維是主要表現形式

3.計算機輔助設計與製造（CAD/CAM）

  各種設計

4.科學計算視覺化

  因為當今的海量資料加大了處理難度，用圖形表示資料的迫切性與日俱增，資料視覺化可以清晰有效傳達溝通資料資訊，“給資料拍照”。可用於氣象預報，醫學影象重建，計算流體力學，核爆模擬等

5.真實感圖形繪製與自然景物模擬：

  設計模擬自然界的景物，以假亂真

6.虛擬現實

  用計算機建立三維空間模擬現實場景，提供給使用者各種感官，使其身臨其境

7.計算機遊戲、電影、動漫

  綜合計算機和很多其他學科知識進行製作，加特技Duang~

8.地理資訊系統（GIS）

  建立在地理圖形上的關於各種資源的綜合資訊管理系統。如地下管道系統

9.農業領域應用

  儲存再現不同植物和不同生長時期的植物形態，模擬生長過程，從而合理選種播種田間管理收穫

10.計算機藝術

  科學與藝術相結合，生成各種流派、風格的藝術品

計算機圖形系統組成

圖形系統由圖形硬體和圖形軟體組成，當今的互動式的計算機圖形系統應具有計算，儲存，對話，輸入，輸出5方面功能

圖形軟體

構成:

圖形應用資料結構，對應一組圖形資料檔案儲存欲生成圖形的全部描述資訊。

圖形應用軟體，核心部分，是圖形技術在各種不同應用中的抽象，如ps，3Dmax

圖形支援軟體，需要規範介面，大多數圖形應用程式建立在一定圖形支撐軟體上

發展：

a)現有計算機語言寫的子程式包，如OpenGL

b)擴充某計算機語言，使其具有圖形生成處理能力，如現在的c，c++
c)專用圖形系統，執行速度更快，效率更高，但系統開發工作量大且移植性差

圖形的軟體標準：

國際標準化組織討論批准的裝置無關圖形包：GKS，PHIGS
但是，由於應用廣泛而被絕大多數人所接受，非官方圖形軟體標準成為事實上的標準：DirectX(MS)，OpenGL(SGI)，Adobe(Postscript)

圖形硬體

包括圖形計算機平臺，圖形裝置。要求比一般計算機主機效能更高，速度更快，儲存量更大，外設種類更齊全，以適應對複雜圖形的處理與顯示。

互動式圖形計算機處理系統

 圖形系統通常由：圖形處理器，圖形輸入(如滑鼠鍵盤)、輸出裝置 構成

相關概念

解析度的類別

螢幕解析度：螢幕上畫素個數
顯示解析度：計算機顯示控制器所能提供的顯示模式解析度。文字顯示方式為水平豎直方向所能顯示的字元總數的乘積；圖形顯示方式為水平豎直方向所能顯示的畫素點總數乘積。
顯示卡解析度：顯示卡輸出給顯示器並能在顯示器上描繪畫素點的數量。電腦提供的最高解析度取決於顯示卡和顯示器中較低的一個

顯示器的點距

相鄰畫素點之間的距離，越小越好。1600*1200解析度需要比如0.27mm或0.25mm的點距

顯示卡的作用與指標

顯示卡和顯示器構成計算機的顯示系統。除cpu和記憶體外，顯示卡對計算機顯示效能起到決定性作用

圖形影象的區別和其儲存格式

圖形和影象其實是有區別的。一種說法：圖形是由計算機繪製而成，影象是人為用外部裝置捕捉到的外部景象；另一種說法認為：圖形是向量圖，而影象是點陣圖

圖形影象的構成屬性

廣義上可以分為幾何屬性（刻畫物件的輪廓形狀，包括點線面體等）和非幾何屬性（視覺屬性，包括物件的顏色材質等，如明暗色彩紋理透明度線型線寬）

構成要素：

1.幾何屬性主導，基於線條資訊表示，如等高線圖

2.非幾何要素主導(明暗圖)，即真實感圖

點陣圖和向量圖

區別與聯絡

1. 點陣圖由畫素構成，每個點用二進位制資料描述其顏色與亮度等資訊。向量圖也稱面向物件的圖形或繪圖圖形，用數學方式描述曲線及其包圍的色塊製作的圖形，它的圖形元素成稱為物件，每個物件都是自成一體的實體，具有顏色形狀輪廓大小螢幕位置等屬性。
2. 儲存方式：畫素點位置顏色灰度資訊<->數學方程數學形式描述的形狀引數屬性引數。因此點陣檔案要大。
3. 縮放時點陣圖會失真
   

*兩者可相互轉換，向量->掃描->點陣；點陣->影象處理->向量

儲存格式

點陣圖：BMP（windows畫圖的儲存格式），TIFF，GIF，JPEG，PNG網際網路上常用JPEG格式
向量圖：DXF，SVG，EPS，WWF，EMF

另外的幾點說明

1. 點陣圖比向量圖更容易模模擬實感圖形效果，但儲存空間比向量圖大。
2. 由於向量圖縮放不失真，因此常用於各種設計圖
3. 兩者沒有好壞之分，只有用途不同