现代计算机图形学入门-闫令琪，课程笔记。

第一讲：计算机图形学概述 (Overview of Computer Graphics)

What is Computer Graphics?

计算机科学的一个分支领域，主要关注数字合成与操作视觉的图形内容。虽然这个词通常被认为是指三维图形，事实上同时包括了二维图形以及影像处理。

Why study Computer Graphics?

Applications

计算机图形学在生活中实际应用很多，以下都属于图形学的范畴：

• Video Games：只狼、无主之地
• Movies：黑客帝国（特效）、阿凡达（面部表情特效）
• Animations：疯狂动物城、冰雪女王
• Design：建模设计、家装设计
• Visualization（可视化）：人体、地理、医学、科研
• VR/AR
• 数字作图
• Simulation：气象、光、黑洞
• Graphical User Interfaces：图形用户界面
• Typography：字体设计

Fundamental Intellectual Challenges

计算机图形学学习起来相对困难，主要在以下几个方面：

• 虚拟世界的创建与交互
• 需要对现实世界的一些物理知识有所了解
• 计算机方面的一些计算方法、显示技术

Technical Challenges

书接上文，简单说了一下可能会遇到哪些难点，这些后面都会详细讲，这里不展开。

注意最后一项：本课程的重点是讲解计算机图形学涉及的原理，所以并不会讲解一些实际编程的方法。

• Math of (perspective) projections, curves, surfaces
• Physics of lighting and shading
• Representing / operating shapes in 3D
• Animation / simulation
• 3D graphics software programming and hardware

Computer Graphics is AWESOME!

当然，也可以仅仅是觉得计算机图形学很酷炫所以要学他！

好之者不如乐之者~

Course Topics

课程概要，本课所讲内容大概分为四个方面：

Rasterization（光栅化）

这一块主要讲的就是如何将 3D 的图形、几何体正确的投影到屏幕上，且能实时（每秒至少渲染 30 帧）显示。

• Project geometry primitives (3D triangles / polygons) onto the screen
• Break projected primitives into fragments (pixels)
• Gold standard in Video Games (Real-time Applications)

Curves and Meshes（曲线和曲面）

如何表达光滑的曲线/曲面，如何通过细分的方法实现曲线/曲面，如何在物体运动的时候保持拓扑结构等等 ...

Ray Tracing（光线追踪）

• Shoot rays from the camera though each pixel
  • Calculate intersection and shading
  • Continue to bounce the rays till they hit light sources
• Gold standard in Animations / Movies (Offline Applications)

Animation / Simulation（动画/模拟）

• Key frame Animation

• Mass-spring System

主要是对真实世界中事物状态的模拟。

References

本课程没有教材，但是强烈推荐阅读一本书：《Fundamentals of Computer Graphics》—— Steve Marschner and Peter Shirley.

因为封面是一只老虎，所以又称“虎书”，推荐第三版或第四版。

END