GAMES101笔记：Lecture01 计算机图形学概览
什么是图形学
对于视觉信息的操纵和合成
为什么学图形学
应用
视频游戏
《只狼》：真实感渲染
如何辨别“好的画面”：看画面是否足够亮
原因：画面亮度会体现全局光照水平
- 《无主之地》：画面风格化
电影
《黑客帝国》：特效
特效是最简单的图形应用，因为其所表现的事物在日常生活中不常见。
《阿凡达》：面部捕捉与合成
动画
《疯狂动物城》：毛发处理
几何形体的表示与渲染
《冰雪奇缘2》：模拟与动画
烟雾、粒子、图案、布料与毛发模拟······
设计：计算机辅助设计(Computer Aided Design)
Autodesk Gallery：工业设计
曲面的表示与设计（几何）
光照
模拟碰撞检测
宜家网站：计算机装修结果生成（超过75%是渲染出来的画面）
渲染
可视化（独立化）：
- 一种操纵视觉信息的方法
- 将扫描信息变为视觉信息
虚拟现实
虚拟现实VS增强现实：
虚拟现实显示虚拟画面，增强现实将新的信息增加到实际画面上
数字绘画
- 曲线描绘、颜色插值······
模拟（仿真、动画）
- 沙尘暴：物理过程模拟
- 黑洞
图形用户接口(Graphical User Interfaces)
- 平面设计（独立化）
排版(Typography)
- 矢量字表示
基本思维挑战(Fundamental Intellectual Challenges)
- 创造并与具有真实感的虚拟世界互动
- 需要对于真实世界的理解
- 新的计算方法、显示设备、显示技术
技术挑战
关于投影、曲线与曲面的数学
光学与着色的物理原理
对于三维形体的表示与操纵
动画、仿真
3D图形软件编程与硬件编程（如opengl、CUDA等）不包括图形学API
请忘掉先前的理由
因为
Computer Graphics is ==AWESOME==!
课程内容
- 光栅化(Rasterization)：opengl和shader等技术的原理
- 几何(Curves and Meshes)
- 光线追踪(Ray Tracing)
- 路径追踪
- 表面建模
- 光线传播方法
- 几何/模拟(Animation/Simulation)
光栅化
- 把三维空间中的几何形体显示在屏幕中
- 实时渲染（>=30fps）
- 离线渲染（<30fps）
几何
- 如何表示光滑的曲线
- 如何表示曲面
- 如何用简单的曲面表示复杂的曲面
- 如何在形状变化的时候保持物体的拓扑结构
光线追踪
- 在动画和电影中广泛使用
- trade off: 用渲染速度换取渲染效果
- 实时光线追踪
动画
- 球的弹跳
- 弹簧
这门课不教什么
OpenGL/DirectX/Vulkan的使用
Shader语法
三维建模/游戏开发
计算机视觉/深度学习
计算机视觉：一切需要计算机猜测/分析/理解的内容
区别
- 计算机图形学（渲染）是将模型变为图片的过程
- 计算机视觉是从图像分析结构的过程
- 三维形体的描述属于计算机图形学的内容
- 图像生成/处理/推断属于计算机视觉的内容
授课逻辑
基本信息
参考书
- “虎书”(Fundamentals of Computer Graphics)