在计算机科学领域，图形学是一门研究如何生成、处理和显示图像的学科，它在游戏开发、电影特效、科学研究和虚拟现实等众多领域都有广泛的应用。GPU编程与CG语言是图形学中的重要分支，它们是实现高质量实时渲染的关键技术。
GPU（图形处理器）原本设计用于加速2D和3D图形的渲染，但随着技术的发展，GPU已经成为并行计算的强大平台，尤其适合执行复杂的数学和几何运算。GPU编程允许开发者直接利用GPU的计算能力，提高图像处理的效率和质量。CUDA、OpenGL Compute、DirectCompute等是常见的GPU编程框架，它们提供了丰富的API和工具，帮助开发者编写高效能的GPU代码。
CG（Computer Graphics）语言是由NVIDIA公司开发的一种高级着色语言，专门用于创建和实现图形效果，如光照、纹理、阴影等。CG语言被设计成可移植的，可以在多种GPU平台和图形接口上运行。它提供了一种声明式的编程方式，让开发者可以专注于描述像素应该如何显示，而非底层的计算过程。CG支持两种主要的着色器类型：顶点着色器和片段着色器，前者处理几何数据，后者处理像素颜色。
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CG语言中的核心概念包括：
1. 着色器程序：定义了像素或顶点的处理逻辑。
2. 变量类型：浮点数、向量、矩阵等，用于描述颜色、位置和方向。
3. 函数：如纹理采样、光照计算等，用于实现特定的图形效果。
4. 纹理：用于存储图像数据，可以用于贴图或者作为计算的一部分。
5. 常用的数学运算：向量乘法、点乘、叉乘以及矩阵变换等。
学习GPU编程和CG语言的过程中，通常会涉及以下步骤：
1. 学习基础数学：线性代数（向量和矩阵）、几何和色彩理论是必不可少的基础。
2. 理解渲染管线：从顶点到像素的处理流程，包括投影、裁剪、视口转换等步骤。
3. 掌握着色语言：学习CG的基本语法、变量、控制流、函数和结构。
4. 实践项目：通过编写简单的渲染程序，如绘制3D图形，理解并应用所学知识。
5. 高级主题：深入学习光照模型、阴影、后期处理效果以及物理渲染等。
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