1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概念

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)定義為：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門(mén)研究通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形，并在專(zhuān)門(mén)顯示設(shè)備上顯示的原理方法和技術(shù)的學(xué)科。 它是建立在傳統(tǒng)的圖形學(xué)理論、應(yīng)用數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)上的一門(mén)邊緣學(xué)科。 這里的圖形是指三維圖形的處理。簡(jiǎn)單來(lái)講，它的主要研究?jī)?nèi)容是研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形，以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算處理和顯示的相關(guān)原理和算法。

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的開(kāi)創(chuàng)之初，他主要解決的問(wèn)題是在計(jì)算機(jī)中表示三維結(jié)合圖形以及如何利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的生成處理和顯示的相關(guān)原理和算法，目的是產(chǎn)生令人賞心悅目的真實(shí)感圖像，這僅僅是狹義的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。隨著近些年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的內(nèi)容已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，廣義的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究?jī)?nèi)容非常廣泛，包括圖形硬件、圖形標(biāo)準(zhǔn)、圖形交互技術(shù)、柵格圖形生成算法、曲線曲面造型、實(shí)體造型、真實(shí)版圖形的計(jì)算、顯示算法、科學(xué)計(jì)算可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、虛擬現(xiàn)實(shí)、自然景物仿真等等。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的總體框架可以包括以下幾個(gè)部分:數(shù)學(xué)和算法基礎(chǔ)、建模、 渲染以及人機(jī)交互技術(shù)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)需要一些基本的數(shù)學(xué)算法，例如向量和幾何的變化、幾何建模式的三維空間變化、三維到二維的圖形變換等等。建模是進(jìn)行圖形描述和計(jì)算，由于在多維空間中有各種組合模型，有一些是解析式表達(dá)的簡(jiǎn)單形體，也有一些隱函數(shù)表達(dá)的復(fù)雜曲線，因此需要進(jìn)行復(fù)雜的建模工作。渲染也叫繪制，指的是模型的視覺(jué)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，例如對(duì)光照紋理等理論和算法進(jìn)行處理，其中也需要大量的計(jì)算。交互技術(shù)可以說(shuō)是圖形學(xué)交互的重要工具，是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重要應(yīng)用。

2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展歷史

20世紀(jì)50年代:1950年，美國(guó) MIT 的旋風(fēng)一號(hào)(whirlwind I)計(jì)算機(jī)配備了世界上第一臺(tái)顯示器——陰極射線管(CRT)來(lái)顯示一些簡(jiǎn)單的圖形，使得計(jì)算機(jī)擺脫了純數(shù)值計(jì)算的單一用途，能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的圖形顯示，從此計(jì)算機(jī)具有了圖像顯示功能，但是還不能對(duì)圖形進(jìn)行交互操作，這時(shí)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)處于準(zhǔn)備和醞釀時(shí)期，并稱(chēng)之為“被動(dòng)式”圖形學(xué)。