计算机图形学（一）Graphics Systems and Models

课本：Iteractive Computer Graphics (sixth)

1. Applications Areas 应用领域

Showing photos, pictures
Presenting Information
Animation 仿真和动画
GUI 用户界面
- CAD, Computer Aided Design

2. What is Computer Graphics?

Relative Disciplines

Image Processing – 2D
Pattern Recognize – picture
Computer Graphics – 3D
Geometry Computing

graph LR;
  A[Image]--Pattern Recognize-->B[Data and Geometry Model];
  B--Computer Graphics-->A;
  A--Image Processing-->A;
  B--Geometry Computing-->B;

Graphics System
- 六个元素：
  - 输入设备（input Device)
  - 中央处理单元（CPU）
  - 图形处理单元（GPU）：Graphics Cards
    - Operating geometry data: vector, matrix, normal product
    - Rasterization Processing
    - Shader Language for programming
    - With graphics memory – Frame Buffer
  - 存储器（Memory）
  - 帧缓存（Frame Buffer）：Screen
  - 输出设备（Output Device）
- 结构：
一些术语
- 像素（pixel）：Picture Element
- 光栅（raster）：像素阵列
- 帧缓存（frame buffer）：存储像素的存储区域
- 分辨率（resolution）：帧缓存中像素的数目，决定了从图像中可以分辨出多少细节。
- 帧缓存的深度（depth）或精度（precision）：每个像素所用的比特数，决定了可以表示多少颜色之类的性质。全彩色，24个比特（或更多）；真彩色，RGB；高动态范围（HDR）系统，每种原色12或更多的比特数。
- 光栅化（rasterization）或扫描转换（scan conversion）：从几何实体到帧缓存中像素的颜色和位置的转换。

3. History

1960s, Sketchpad
1970s, Raster Graphics
1980s, Computer Graphics, Realism
1990s, OpenGL API
2000-, Photorealism, Graphics Cards, Game, Movie, Programmable Pipelines

4. The Graphics Pipeline

计算机图形学的两个阶段：
- Modeling 从几何模型到屏幕空间
- 在屏幕空间创建目标图像
图形流水线的两个部分：
- Modeling Pipeline
- Rendering Pipeline
Modeling Pipeline
- 流水线体系结构
- Projection：透视 Perspective，梯形；正则 Orthographic，长方体
Rendering Pipeline**
- 渲染流水线
- Vertices Shader, Primitives, Rasterization, Fragments Shader, Pixels（Frame Buffer）
- 顶点处理（坐标变换和计算每个顶点的颜色值）、剪裁和图元组装、光栅化、片元处理（更新帧缓存中的像素）