【GAMES101现代计算机图形学笔记】Lecture01 Overview

最近在学习闫令琪老师的GAMES101现代计算机图形学课程，闫老师的课讲得非常清晰易懂，看完之后对于之前学过的图形学知识融会贯通之感。趁这个机会记录一下个人学习课程的笔记，也算是留下一些个人的技术积累。笔记中的图片大多来自课程PPT，侵删，如果笔记中有错误之处，请各位大佬指正。

课程主页：

https://sites.cs.ucsb.edu/~lingqi/teaching/games101.html

课程BBS：

http://games-cn.org/forums/forum/graphics-intro/

课程PPT和视频：

http://games-cn.org/graphics-i

B站视频主页：

GAMES101-现代计算机图形学入门-闫令琪

图形学的应用领域：Video Games、Movies、Animations、Design、Visualization、Virtual Reality、Digital Illustration、Simulation、Graphical User Interfaces、Typography

一、为什么要学习计算机图形学

基础的智力挑战

• 创建逼真的虚拟世界并与之交互
• 需要了解物理世界的各个方面
• 新的计算方法、显示器、技术

技术挑战

• （透视）投影、曲线、曲面等相关的数学
• 光照和阴影的物理原理
• 以 3D 形式表示/操作Mesh
• 动画/模拟

Computer Graphics is AWESOME！

二、课程包含的主要内容

1. Rasterization：光栅化（OpenGL、Shader）
2. Curves and Meshes：曲线和曲面（几何相关）
3. Ray Tracing 光线追踪：动画和电影中如何生成真实感的画面
4. Animation/Simulation：动画/模拟

三、各部分内容概要

1. Rasterization：光栅化

• 三维空间的几何形体显示到屏幕上
• 将投影图元分解为fragment（像素）
• 视频游戏的黄金标准：实时（计算机图形学中认为每秒钟能够生成30幅画面（帧），即30FPS），与之相对的叫离线 （offline）

2. Curves and Meshes

• 计算机图形学中如何表示几何物体：曲线、曲面
• 如何细分、简化、标准化Mesh

3. Ray Tracing：光线追踪

通过每个像素从相机拍摄光线

* 计算交点和阴影
* 继续反射光线，直到它们击中光源

动画/电影的黄金标准（离线应用程序）

光线追踪渲染慢，但能生成很真实、质量更高的画面（动画电影中常用）

图形学中很多地方需要Trade off（代价）

闫老师的研究方向之一：实时光线追踪

4. Animation/Simulation 动画/模拟

• 关键帧动画
• 质量弹簧系统

辨析：计算机视觉和图形学的区别

计算机视觉：需要一定程度猜测、识别内容，比如识别哪些地方是人、哪些地方是路面等（本课程不会涉及）

推荐书：虎书第3版及之后的版本

语言：C++

使用集成开发环境（IDE）：Visual Studio、Qt Creator、Clion等（本人使用Clion完成该课程作业）