这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 14 天
前言
计算机图形学是计算机科学中的一个重要分支，主要研究如何使用计算机生成、处理和显示图形。这些图形可以是二维图形，例如平面设计和数字图像处理，也可以是三维图形，例如动画和电影视觉效果、三维建模、虚拟现实等。计算机图形学需要基础的数学知识和编程技能，也需要对图形处理技术的深入了解。本文将重点介绍计算机图形学的主要内容和应用。
1. 图形学基础
计算机图形学的基础包括数学和物理学知识。其中，数学在图形学中的应用包括向量、矩阵、微积分等多个方面，物理学则主要用于模拟光线和光的反射、折射等过程。这些基础知识对于计算机图形学的理解和实现都至关重要。
2. 图像处理
图像处理是计算机图形学的一个重要领域，主要涉及到对数字图像的获取、处理和分析。这些数字图像可以来自照片、视频、扫描的文档等。图像处理的目的是对图像进行增强、去噪、压缩等操作，以改善图像的质量和可视化效果。图像处理的方法包括滤波、边缘检测、阈值分割等。
3. 几何建模
几何建模是三维图形学中的一个重要领域，它是将三维物体用数学方法描述的过程。几何建模的目的是将真实物体的形状、大小、位置等信息转化为计算机能够识别和操作的数学模型。常见的几何建模方法包括多边形网格、NURBS曲线和曲面等。
4. 渲染技术
渲染技术是计算机图形学中最核心的部分，它是将三维模型投影到二维屏幕上并计算光照、颜色等属性，以实现逼真的图像效果。渲染技术的目的是将几何模型转化为图像。渲染技术的方法包括光线追踪、辐射度算法等。
5. 图形学算法
图形学算法是计算机图形学中的关键部分，涉及到点、线、多边形、曲线等图形的绘制和处理。其中，点和线的绘制比较简单，而多边形和曲线的绘制则需要考虑很多复因素。
6. 光线追踪（Ray Tracing）
光线追踪是一种基于物理光学的算法，它模拟光线在场景中的传播和反射，从而计算出像素的颜色值。相对于传统的基于光栅化的算法，光线追踪可以更真实地模拟光的行为，例如反射、折射、阴影等。光线追踪在电影和游戏等领域得到了广泛应用，但是其计算复杂度较高，需要较强的计算能力才能实时渲染。
7. 计算机图形学应用
计算机图形学的应用非常广泛，除了上述的几个领域，还包括以下方面：
- 计算机辅助设计（CAD）：用于设计工程、建筑、汽车等物体的三维模型。
- 虚拟现实（VR）和增强现实（AR）：用于创建逼真的虚拟环境，增强现实则是将虚拟元素与现实世界相融合。
- 医学影像处理：用于处理医学图像，例如CT、MRI等，进行诊断和手术模拟。
- 电影和游戏制作：用于创建电影和游戏中的虚拟场景和角色。
- 数据可视化：用于将复杂的数据以图形的方式呈现，例如地图、气象数据等。
后序
总之，计算机图形学是一门非常重要的学科，涉及到计算机科学、数学、物理等多个领域，应用广泛，而且发展迅速。掌握计算机图形学的基本理论和技术，可以为人才的发展和就业提供广泛的机会。
