计算机图形学专业解读

计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。

01、计算机图形学核心内容

建模(Modeling):建模是创建虚拟物体和场景的过程，包括了D物体的形状、结构和纹理。常用技术有网格建模和程序化建模，广泛应用于角色、环境和道具设计。
渲染(Rendering):渲染是将3D模型转换为2D图像的过程，包含光线追踪、光栅化和全局光照等技术，用来模拟光照、阴影和反射，增强视觉效果。在3D电影中，渲染影响最终画面的真实性和美感。
动画(Animation):动画是通过改变物体的状态(位置、形状、颜色等)在时间轴上进行连续显示，创造出动态效果的过程。包括关键帧动画、骨骼动画和物理模拟，应用于角色和场景的动态表现，使得虚拟世界充满生命。
人机交互(Human-computer Interaction，HCI):人机交互涉及用户与虚拟环境的互动，使用虚拟现实(VR)、增强现实(AR)和手势/语音控制等技术。在3D电影和动画中，HCI技术增加了观众的沉浸感和互动性。

02、计算机图形学的应用领域

电影与动画:计算机图形学在3D电影和动画制作中用于角色建模、场景构建、渲染、动画以及视觉特效的生成。例如，《冰雪奇缘》和《阿凡达》中的虚拟角色和环境就是通过计算机图形学技术实现的。
视频游戏:视频游戏中的3D建模、渲染和动画技术用于创造游戏角色、环境和特效。计算机图形学使得游戏中的世界更加沉浸和互动，例如《赛博朋克2077》和《英雄联盟》。
虚拟现实(VR)和增强现实(AR):VR和AR技术依赖计算机图形学来生成沉浸式环境和互动体验。无论是VR游戏、虚拟旅游，还是AR应用中的虚拟物体和信息显示，计算机图形学都起着核心作用。
医学成像:计算机图形学用于可视化和分析医学数据，如CT、MRI扫描图像的三维重建，帮助医生诊断疾病。
建筑与城市规划:计算机图形学用于创建建筑和城市的3D模型，帮助设计师、建筑师和城市规划师在项目开始前进行可视化和修改，从而提高设计的效率与精度。
工业设计与制造:计算机图形学在产品设计和制造中用于3D建模、仿真和可视化，支持从概念设计到生产的全过程，特别是在汽车、航空等行业中。
建筑与城市规划:计算机图形学用于创建建筑和城市的3D模型，帮助设计师、建筑师和城市规划师在项目开始前进行可视化和修改，从而提高设计的效率与精度。
工业设计与制造:计算机图形学在产品设计和制造中用于3D建模、仿真和可视化，支持从概念设计到生产的全过程，特别是在汽车、航空等行业中。
计算机辅助设计(CAD):在工程和建筑领域，CAD软件使用计算机图形学技术进行精确的2D和3D设计，使工程师和设计师能够创建详细的模型和图纸。
科学与工程仿真:计算机图形学用于科学研究和工程仿真，如气候建模、流体动力学模拟等，通过可视化复杂的数据和模型来帮助研究人员理解现象。
教育与培训:计算机图形学用于创建教育软件和培训模拟器，例如飞行模拟器、医学手术训练等，提供互动式学习体验。
艺术与数字创作:数字艺术家使用计算机图形学软件创作虚拟艺术作品，计算机图形学也广泛应用于现代艺术展览、互动艺术装置、数字油画等领域。