計算機圖形學

計算機圖形學（英語：computer graphics，縮寫為CG）是研究計算機在硬件和軟件的幫助下創建計算機圖形的科學學科，是計算機科學的一個分支領域，主要關注數位合成與操作視覺的圖形內容。雖然這個詞通常被認為是指三維圖形，事實上同時包括了二維圖形以及影像處理。

概述

簡單地說，計算機圖形學的主要研究內容就是研究如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理與算法。圖形通常由點、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。從處理技術上來看，圖形主要分為兩類，一類是基於線條信息表示的，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等，另一類是明暗圖，也就是通常所說的真實感圖形。

計算機圖形學一個主要的目的就是要利用計算機產生令人賞心悅目的真實感圖形。為此，必須建立圖形所描述的場景的幾何表示，再用某種光照模型，計算在假想的光源、紋理、材質屬性下的光照明效果。所以計算機圖形學與另一門學科計算機輔助幾何設計有着密切的關係。事實上，圖形學也把可以表示幾何場景的曲線曲面造型技術和實體造型技術作為其主要的研究內容。同時，真實感圖形計算的結果是以數字圖象的方式提供的，計算機圖形學也就和圖像處理有着密切的關係。

圖形與圖像兩個概念間的區別越來越模糊，但還是有區別的：圖像純指計算機內以位圖形式存在的灰度信息，而圖形含有幾何屬性，或者說更強調場景的幾何表示，是由場景的幾何模型和景物的物理屬性共同組成的。

計算機圖形學的研究內容非常廣泛，如圖形硬件、圖形標準、圖形交互技術、光柵圖形生成算法、曲線曲面造型、實體造型、真實感圖形計算與顯示算法、非真實感繪製，以及計算可視化、計算機動畫、自然景物仿真、虛擬現實等。

計算機圖形學的分支學科

這個科學廣義的分支學科，可大致可分為以下幾類

幾何：研究面的表示和處理的方法
動畫：研究移動的表示和操作方法
影像擬真/渲染：研究模擬光線傳遞效果的演算法
影像：研究影像的獲取或是編輯
拓撲結構：研究的空間和表面的結構。

幾何

幾何學的一個分支，研究將三維對象用離散數字表示。因為模型的外觀很大程度上取決於它的外表面，所以邊界表示法（BREP）是最常用的。對於大多數模型來說二維表面很好的表示方法，雖然他們可能是非流形。多邊形網格是最常見的表示形式，儘管基於點的表示方法最近開始變得受歡迎，這些表示方法被稱作拉格朗日。另外，一些變形曲面可以進行許多拓撲變化（如流體就是最顯著的例子）。

動畫

動畫研究是曲面或其他的對象，隨着時間的推移而移動或變形的一個分支。從歷史上看，大部分在這一領域的工作，都專注於調節參數來使模型運動，但最近動力學模擬已成為更受歡迎更強大的方法。

子領域

運動捕捉
骨骼動畫
動力學模擬（例如流體力學；機構運動）

渲染

通過渲染生成模型的圖像。渲染可能會模擬光線跟蹤來創造真實的圖像或者用它創建具有特殊藝術風格而非真實感繪製的圖像。其中真實感繪製的兩個基本運算是傳遞（多少光線從一個地方到另一個地方）和散射（表面如何與光相互作用）。查看渲染了解更多信息。

子領域

非真實感繪製
基於物理的渲染
實時渲染側重於對於交互式應用程序（如遊戲、建模時的實時預覽）的使用，通常使用專門的硬件，比如圖形處理器。
光照

計算機圖形

計算機圖形在學術中的廣義被用來描述為「在計算機里除了文字與聲音以外的一切」。

二維計算機圖形

二維計算機圖形（2D computer graphics），是產生基於計算機的數字圖像（例如二維幾何模型，文本，和數字圖像）。二維計算機圖形被利用在許多方面，例如字體、地圖、工程製圖、廣告、等等。

三維計算機圖形

三維計算機圖形（3D computer graphics）是計算機和特殊三維軟件幫助下創造的作品。一般來講，該術語可指代創造這些圖形的過程，或者三維計算機圖形技術的研究領域，及其相關技術。

計算機動畫

計算機動畫（computer animation），又稱計算機繪圖，是通過使用計算機製作動畫的技術。它是計算機圖形學和動畫的子領域。近年動畫師越來越多的藉助於三維計算機圖形學，縱使二維計算機圖形學仍然被廣泛使用着。有時動畫最後播放的地方就是計算機本身，有時候則是另外的媒體，例如電影。

著名的研究人員

參考文獻

劉利剛. 什么是计算机图形学?. 2013-08-08 [2020-04-16]. （原始內容存檔於2020-06-13）.

參見