计算机图形学是计算机科学的一个重要分支，主要研究如何利用计算机生成、处理和显示图像。它在游戏开发、影视特效、虚拟现实、工程设计、界面设计等多个领域有着广泛的应用。本篇将详细介绍计算机图形学的入门知识，帮助零基础的学习者快速理解和掌握这一领域的基本概念。
1. **基本概念**
- **像素**：计算机屏幕上显示图像的基本单元，每个像素都有特定的颜色和位置。
- **颜色模型**：RGB（红绿蓝）是最常见的颜色模型，用于表示显示器上的颜色，CMYK（青、洋红、黄、黑）则常见于打印。
- **坐标系统**：计算机图形通常使用笛卡尔坐标系，有原点、x轴、y轴，有时还会引入z轴来处理3D图形。
- **变换**：包括平移、旋转、缩放和剪切等操作，用于改变图形的位置和形状。
2. **图形管线**
- **图形管道**：是计算机图形系统中的一系列处理步骤，从顶点数据到屏幕上的像素。主要包括顶点处理、几何变换、投影、裁剪、光栅化和颜色混合等阶段。
- **OpenGL和DirectX**：是两种主流的图形库，提供了编程接口来控制图形管道。
3. **2D图形**
- **直线算法**：如Bresenham算法用于高效地绘制离散像素的直线。
- **填充算法**：如扫描线填充和边界框填充，用于填充二维图形内部。
4. **3D图形**
- **向量和矩阵**：在3D图形中用于表示点、方向和变换。
- **透视投影**：模拟人眼观察3D物体的方式，使远离观察者的物体显得更小。
- **光照模型**：如Phong模型，用于计算3D物体表面的色彩。
5. **纹理映射**
- **纹理**：是二维图像，可以贴在3D模型表面增加细节和真实感。
- **UV坐标**：用于指定3D模型表面各点在纹理上的对应位置。
6. **动画**
- **关键帧动画**：通过设定不同时间点的关键状态，计算中间状态实现平滑过渡。
- **骨骼动画**：通过绑定骨骼与3D模型，改变骨骼的运动来驱动模型的动画。
7. **图形渲染**
- **实时渲染**：主要用于游戏和交互式应用，追求快速但可能牺牲部分图像质量。
- **离线渲染**：用于电影和广告，强调图像质量和逼真度，计算时间较长。
8. **图形编程语言和工具**
- **OpenGL着色语言(OpenGL Shading Language, GLSL)**：用于编写GPU上的着色器程序。
- **Unity** 和 **Unreal Engine**：是两个流行的游戏引擎，内置了强大的图形功能。
9. **学习资源**
- **书本**：如《Real-Time Rendering》和《Computer Graphics: Principles and Practice》。
- **在线课程**：Coursera、Udemy等平台上有丰富的计算机图形学教程。
通过理解并掌握这些基础知识，初学者可以逐步进入计算机图形学的广阔世界，进一步探索高级主题如物理模拟、光照计算、阴影技术以及现代图形技术如光线追踪等。不断学习和实践，你将能够创造出属于自己的精彩视觉效果。
