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计算机图形学之动画和模拟算法：Crowd Simulation 与高级
渲染技术：光照与阴影
1 计算机图形学基础
1.1 图形学的历史与发展
计算机图形学，作为一门学科，起源于 20 世纪 50 年代，随着计算机硬件
的发展而逐渐成熟。早期的计算机图形学主要用于军事和工业设计，如飞行模
拟器和 CAD 系统。到了 70 年代，随着图形工作站的出现，图形学开始应用于
动画和电影特效。80 年代，个人计算机的普及和游戏产业的兴起，推动了图形
学的大众化。90 年代，3D 图形加速卡的出现，使得实时 3D 渲染成为可能，极
大地推动了计算机图形学的发展。进入 21 世纪，随着 GPU 的计算能力不断增
强，计算机图形学在虚拟现实、增强现实、医疗影像、科学计算可视化等领域
发挥着越来越重要的作用。
1.2 基本渲染流程
计算机图形学的渲染流程可以分为几个主要步骤：
1. 建模：创建 3D 模型，定义物体的形状、大小和位置。
2. 场景设置：将多个 3D 模型放置在虚拟场景中，定义光源、摄像
机等。
3. 几何变换：对模型进行平移、旋转、缩放等操作，以适应场景需
求。
4. 光照计算：根据光源和物体的材质，计算物体表面的颜色和亮度。
5. 投影：将 3D 场景投影到 2D 平面上，模拟摄像机的视角。
6. 裁剪和剔除：去除不可见的物体或物体的部分，以提高渲染效率。
7. 光栅化：将 3D 模型转换为像素，确定每个像素的颜色。
8. 纹理映射：为模型添加纹理，使其表面细节更加丰富。
9. 后处理：对渲染结果进行调整，如添加模糊效果、色彩校正等。
下面是一个简单的 OpenGL 代码示例，用于渲染一个 3D 立方体：
#include <GL/glut.h>
void display() {
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glLoadIdentity();
glTranslatef(0.0, 0.0, -5.0);
glBegin(GL_QUADS);
//
前面
glVertex3f(1.0, 1.0, 1.0);
glVertex3f(-1.0, 1.0, 1.0);
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