Overview⚓︎

计算机图形学(computer graphics) 是一门用计算机合成和操控视觉信息的学科。

Why Study Computer Graphics?⚓︎

Applications⚓︎

• 游戏

  • 只狼：影逝二度 (Sekiro: Shadows Die Twice)（2019）

    

  • 无主之地 3（2019）

    

    卡通画风

  • 什么才是好画面的一个标准：看画面是否足够亮（说明全局光照做的好）

• 电影

  • 黑客帝国 (The Matrix)（1999）

    

    子弹时间

  • 阿凡达 (Avatar)（2009）

    

    面部动作捕捉做的很好

  • 特效 (special effect)：最简单的图形学应用，因为平时见不到，做的不对也不会感到意外

• 动画

  • 疯狂动物城 (Zootopia)（2016）

    

    动画中动物的毛发十分细腻，涉及到几何、渲染相关的知识

  • 冰雪奇缘 2(Frozen 2)（2019）

    

    特效：烟雾、发光粒子等

• 设计

  • Autodesk Gallary

    
    • 用到了 CAD
    • 其中左图 CG 中的概念车可以移动，或切换不同的环境光

  • 宜家 (IKEA)

    

    网站中 75% 的图像为计算机渲染的图像

• 可视化 (visualization)：用于科学、工程、医学、新闻学等

  

• 虚拟现实 (virtual reality)：看不到现实，看到的东西都由计算机生成

  

• 增强现实 (augmented reality)：可以看到现实物体

  

• 作画

  • 应用：Procreate, Adobe Photoshop

  • 例子：https://www.youtube.com/watch?v=uEdRLlqdgA4/

    

• 模拟 (simulation)

  

• 图形用户界面 (graphical user interface, GUI)

  

• 字体排版 (typography)

  

Fundamental Intellectual Challenges⚓︎

学习 CG 时会遇到的挑战有：

• 创建真实的虚拟世界，并与之交互
• 要求理解物理世界的方方面面
• 新的计算方法，显示技术

Technical Challenges⚓︎

我们还会面对以下技术上的挑战（不包括最后一点）：

• （透视）投影中的数学、曲线、曲面
• 光和阴影中的物理学
• 表示和操作 3D 形体
• 动画 / 模拟
• 3D 图形软件和硬件编程

为什么要学 CG？忘记前面一长串理由，总之就是：CG is AWESOME!

Course Topic⚓︎

之后的课程分为四大主题：

• 光栅化(rasterization)

  • 将几何图元投影到屏幕上
  • 将投影图元分割成片段（像素）
  • 游戏中的黄金标准（实时（>= 30 FPS，否则叫做离线 (offline)）应用）
  

• 曲线和网格(curves and meshes)

  • 如何在 CG 中表示几何
  

• 光线追踪(ray tracing)

  • 从相机通过每个像素发射光线
    • 计算交叉和阴影
    • 在抵达光源前持续弹跳
  • 在动画 / 影视（离线应用）中的黄金标准
    • trade-off：光线追踪能达到好的效果，但是慢
    • “鱼和熊掌兼得”的技术——实时光线追踪
  

• 动画 / 模拟(animation/simulation)

  • 关键帧动画
  • 质量 - 弹簧系统
  

GAMES101 不教以下内容：

• OpenGL / DirectX / Vulkan 的使用
  • Shaders 的语法
  • 我们只学图形学，而不是图形学 APIs
  • 只要掌握课上所学的 CG 技术，课后学这些东西应当不成问题

• 使用 Maya / 3DS MAX / Blender 进行 3D 建模，或使用 Unity / Unreal Engine 进行 VR / 游戏的开发

  

• 计算机视觉 / 深度学习话题，比如 XYZ-GAN

  
  • 如果分不清 CV 和 CG，简言之：一切需要猜测的内容属于 CV

  • 闫令琪老师的理解

    

  • 实际上两者没有清晰的边界

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