图形学是计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理和显示的一门重要的计算机学科分支，它是计算机科学中最活跃的分支之一。近年来，随着计算机及互联网技术的迅速发展，计算机图形学正越来越深入我们的生活，它在图形视频处理，工业建模，游戏制作，生物信息，医药医疗等各行各业都有着及其重要的作用。本课件深入介绍了图形学的历史和研究热点，让同学们对计算机图形学有一个粗略的认识，为以后的学习打下基础。
 |
 |
 |
电影 |
游戏 |
仿真 |
 |
 |
 |
CAD |
建筑设计 |
生物信息学 |
图1：图形学在各个行业中的应用
图形学中最基本的概念是图形对象的表示，本课件简要介绍了这些概念，主要包括：
- 颜色表示：常见的颜色空间，包括RGB，CMY，HSV，CIE XYZ等。
- 光照模型：Phong光照模型
- 绘制：网格的绘制
- 变换：几种常见的变换，包括刚体变换、相似变换、线性变换、仿射变换、投影变换，齐次坐标的概念，平移、缩放和旋转，变换的合成
- 投影：包括正交投影和透视投影
 |
 |
图2.1：Phong光照模型 |
图2.2：三角网格绘制 |
BRDF（Bidirectional Reflectance Distribution Function，双向反射分布函数）是图形学中的重要概念，在渲染（Rendering）中发挥着重要的作用，本课件介绍BRDF数据的基本概念以及常用模型，包括：
- 基本概念：球面坐标、立体角、投影面积、光能、光通量、辉度、发光强度、光亮度，BRDF的定义和性质
- 三种常用的BRDF模型：经验模型、基于物理的模型和数据表达的模型，以及它们之间的比较
- BRDF的获取
 |
图3：将BRDF应用到Phong光照模型上 |
光线跟踪是图形学渲染中的基本问题，本课件介绍光线跟踪的基本概念和方法，包括：光线跟踪的历史和基本思想，光线求交技术，光线的表示，平面求交，三角形求交，多边形求交，球面求交，立方体求交，最简单的光线跟踪技术---光线投射，阴影，光线的反射和折射，光线跟踪的迭代技术，纹理等。
 |
 |
 |
 |
图4：光线跟踪 |
|
Bezier曲线曲面的发明是计算机图形学历史上的里程碑，本课件介绍Bezier曲线曲面的原理和方法。包括：参数曲线曲面，几何造型的历史，Bezier曲线的定义和性质， Bezier曲线的升阶和降阶，Bezier曲面的定义和性质，Bezier曲面的三角化，de Casteljau算法。
 |
图5.1：Bezier曲线 |
 |
图5.2：Bezier曲面 |
 |
图5.3：Bezier曲面 |
网格是几何模型的基本表示方法，网格模型表示和处理是图形学中的重要课题。本课件介绍了网格模型的表示、应用及其简化。包括：
- 网格模型的基本概念：网格模型的描述方法
- 网格模型的细分的基本方法：Loop，根号3
- 网格模型的简化：网格拓扑的概念，网格简化概述，网格简化基本类型（静态简化,动态简化,随视点相关的简化），顶点去除和收缩，边收缩
 |
图6.1：模型的网格表示 |
参数化是图形学的重要课题，它是很多图形学处理算法基础，例如纹理映射、细节迁移等。本课件介绍参数化的基本概念，以及基本方法，包括扭曲优化，切割路径的计算等。
 |
 |
图7：参数化 |
B样条曲线曲面是Bezier曲线曲面的推广，在几何造型中有着重要的应用。本课件介绍B样条曲线曲面的历史、基本定义和性质，均匀、准均匀及非均匀B样条，De Boor算法，NURBS曲线曲面。
 |
 |
图8.1：B样条曲线 |
图8.2：B样条曲面 |
光线跟踪加速技术是对传统光线跟踪的改进，大大改进光线跟踪的效率。包括：包围盒、层次包围盒、3DDDA、八叉树、广义光线跟踪等。
 |
 |
图9：八叉树描述 |
纹理可以使得几何模型更加逼真，在图形学中有着很重要的应用。本课件包括纹理的意义和作用，纹理的获取，过程纹理，纹理的合成（基于象素的纹理合成，基于分片的纹理合成），纹理映射（纹理坐标的计算，保角映射）。
 |
 |
图：纹理映射 |
阴影可以使得场景更加逼真，在图形学中也有着很重要的作用。本课件包括阴影的概念、硬阴影和软阴影、体阴影、阴影映射
 |
图：阴影 |