计算机图形学入门教程OpenGL版.第1篇.基本概念

本文是计算机图形学入门教程的第一篇，主要介绍图形学的基本概念。图形学是将数学公式转化为屏幕展示的技术，分为实时绘制和真实感绘制。光线追踪能提供优秀的真实感效果但计算复杂，光照贴图技术则用于提高性能。OpenGL作为跨平台的编程API，因其广泛应用于移动终端和Web而被选择。颜色在计算机中通常用RGBA表示，值域在[0, 1]之间，根据不同的量化方式呈现不同的颜色深度。" 112957620,10535797,XGBoost与神经网络的对比分析,"['机器学习', '数据科学', '数据分析工具', 'XGBoost库', '神经网络模型']

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开始学习前，首先明确一些基本概念。

1.1 图形学是什么

在国内，图形学是一门冷僻的学科。除了GPU设计者，其余从事图形学行业的人大多与游戏相关，因为需要处理游戏的图形渲染引擎或效率性能优化而研究图形学。关于图形学是什么、解决的是什么问题，我能够给出的回答是：图形学的任务是将数学公式描述的世界展示在屏幕上。如何展示这个问题，前人已经解决过了，我们需要做的就是更好地展示。如何做到更好？两个方面：一是更高性能，二是更好效果。在图形学中，这两个分支分别称为实时绘制技术和真实感绘制技术。

以下是之前随便制作的一张光线追踪渲染效果图。光线追踪，顾名思义，是让计算机用物理方法模拟光源，通过计算光线的反射、折射与衰减得到最终效果。该方法显然精确且耗时严重，但它能够得到非常好的真实感效果。

在达到一定的真实感效果前提下，我们希望加快绘制速度。比如围着这个场景转，多角度观察，而不想出现卡顿掉帧情况。如果实时进行光线追踪计算，以目前消费级显卡能力肯定是不可能的。因此考虑其它手段，比如把渲染后的结果作为纹理图片贴在几何体表面，这就是光照贴图技术，在Unity引擎中称为烘焙。烘焙一词在Unity中泛指预处理，光照贴图之外的其它预处理技术也叫作烘焙。

以下是NVidiaCUDA（关于CUDA，详见1.5 相关领域概念与技术）例程中提供的二次Mandelbrot图，这个分形图形是使人对图形学产生兴趣的最好的例子之一，它是由一个简单的递归函数生成的。