计算机图形学(一):初识图形学(定义一个、发展历程、相关科学与技术)

先来看看计算机图形学的定义:

计算机图形学:研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。

这个定义出自IEEE:Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer.

图形学的发展历程

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第一阶段:建立学科地位阶段

  • 最早的计算机,例如ENIAC,电子数字积分计算机,没有专门的显示设备,使用灯泡的亮灭代表1和0.
  • 1950年,第一台图形显示器作为麻省理工旋风1号计算机的附件诞生。
    它的出现架起了图形显示与计算机技术联系的桥梁。
  • 20世纪50年代末期,MIT的林肯实验室在旋风1号上为北美防空司令部开发了半自动地面防空系统,简称SAGE。SAGE系统将雷达信号转换为显示器上的图形,操作者可以用“光笔”在屏幕上选取目标图形,这是最早的交互式图形系统。标志着“被动式图形学”开始迈向“交互式图形学”。
  • 1962年,MIT林肯实验室的伊凡·萨瑟兰发表了一篇题为“Sketchpad: A Man-machine Graphical Communication System"(Sketchpad:一个人机交互通信的图形系统)的博士论文。在这篇论文首次提出了“Computer Graphics",奠定了计算机图形学的学科基础。

第二阶段:光栅图形学的成熟

  • 光栅图形学的基础:光栅扫描式图形显示器,该设备是画点设备,可以看作一个点阵单元发生器,可控制每个点阵单元的亮度。
  • 光栅图形学的基本内容:图原生成、区域填充、裁剪、反走样、消隐等基本图形概念及其算法纷纷诞生。
  • ACM成立了计算机图形和交互技术特别兴趣小组。
  • 图形软件标准化:ACM成立了图形标准化委员会,制定CGS(核心图形系统)。
  • 真实感图形学的萌芽。

第三阶段:真实感图形学

  • 图形标准:OpenGL和DirectX
  • GPU的出现,为图形的计算提供了强大的支持。
  • 光照
  • 渲染
  • 追求渲染的实时性

典型的图形应用

  • 计算机辅助设计
  • 虚拟现实环境
  • 科学计算可视化
  • 影片
  • 游戏

计算机图形学、计算机视觉和数字图像处理的关系

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