Overview of Computer Graphics计算机图形学概述

Why study Computer Graphics？

Applications

游戏

比如，游戏画面的渲染。

应用小知识01：怎么看一个画面好不好？

答：纯粹从技术上看，可以把全局光照作为一个判定的标准。

比较直接的就是看整个画面亮不亮，这个跟渲染中的一项技术叫全局光照相关。全局光照做的好，一般整个画面就会亮，反之画面会暗。

又类似无主之地3这种卡通的画面呈现。

电影

比如《黑客帝国》中的特效制作。

还有《阿凡达》中一部分的应用，比如虚拟人物的动态变化。。

动画

《疯狂动物城》中动物毛发的设计（与几何有关），以及毛发与光影的配合（与渲染有关）。

《冰雪奇缘2》中空中的烟雾、粒子等（与模拟与动画有关），还有衣服、头发的变化等。

Design

车的曲面（与几何相关），光照模拟等等

家居网站的相关设计图片的光影渲染等。

可视化

可视化，就是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，再进行交互处理的理论、方法和技术。

虚拟现实

虚拟现实，就是看到现实中不存在的东西，而是只能看到计算机生成的虚拟东西。

增强现实，就是在看到现实存在的东西的基础上，多一些补充的新东西。

插画设计

比如Photoshop就提供了非常强大的功能。

模拟

模拟，有时候也可以叫做仿真，或者也可以叫做动画。

比如图中沙尘暴的设计，要考虑沙尘暴的前进形式，摧毁房屋的形式，木板断裂的形式，沙粒飞舞或者落入水中的形式等等。

这些部分都需要计算机图形学进行精确地物理模拟，整个过程也需要精确地运算。

考虑到黑洞的光线不再是直线传播等一系列因素，进行黑洞的精确模拟。

图形用户接口

字母的设计

平时的一张图片放大后往往会变得模糊，而一个字母放大后仍然还比较清晰，呈现较光滑的曲线。这就涉及到计算机图形学中点阵与矢量这两个不同概念。

应用小知识02：为什么测试的适合喜欢用The Quick Brown Fox Jumps Over The Lazy Dog？

答：因为这句话里面包含了所有的26个字母，所以用这句话进行测试，从而实现测试字体的完整性。

Fundamental Intellectual Challenges

Technical Challenges

Course Topics

Rasterization 光栅化

什么叫光栅化？

答：把三维空间的几何形体显示在屏幕上这就是光栅化。这是实时的计算机图形学的主要应用。

什么叫实时呢？

答：实时在计算机图形学下面，实时的定义是每秒钟能够生成30帧画面（也就是30fps），否则就叫离线。

实时就需要广泛用到光栅化的方法，主要就是做投影，具体后续会介绍。

Curves and Meshes 曲线曲面

上图展示了如何将一个曲面通过细分的方法得到更复杂的曲面，以及变化的时候，如何保持曲面的拓扑结构等等，后续也会继续介绍。

Ray Tracing 光线追踪

光线追踪在动画和电影里着重使用，虽然慢，但是可以生成比较美观的画面。

Animation / Simulation 动画与模拟

讨论球弹跳移动的动画。

一篇论文左侧一张挂布的图片，右侧是计算机模拟挂布垂落的动态情况。

计算机视觉与计算机图形学的区别？

Course Logistics

课程链接：GAMES101: 现代计算机图形学入门 (ucsb.edu)

课件链接：课程PPT和视频 – 计算机图形学与混合现实研讨会 (games-cn.org)

录像：GAMES101-现代计算机图形学入门-闫令琪_哔哩哔哩_bilibili

推荐读物：

在线答疑平台：

Forums – 计算机图形学与混合现实研讨会 (games-cn.org)

作业：

小建议：