计算机图形学入门Gossip学习笔记

From Gossip@caterpillar

非關語言: 電腦圖學入門

電腦圖學（Computer Graphics）是資料結構、演算法與數學的應用，要深入瞭解的話，是個可以作為一生研究的領域，然而基礎的電腦圖學是某些從事資訊行業的人所不可少的，這並不專指程式設計人員，也包括了3D繪圖與動畫設計人員。

這邊的文件是我學習電腦圖學時的一些心得，也是入門電腦圖學的基礎，對於一些基本的2D或3D繪圖需求應該也足以應付，為了展現一些成果及部份的程式設計實作，使用了Java Applet來展現，當然，與資料結構及演算法一樣，電腦圖學與程式語言沒有絕對相關性。

座標系統

學習圖學的第一步，就是先瞭解物體在二維平面與三維空間中如何定義位置，然後瞭解在二維螢幕上，電腦如何處理每個點的繪製。

• 二維座標系
• 繪圖座標系
• 基本的二維座標轉換
• 太空船座標旋轉
• 三維座標系
• 創造物體的遠近感（透視）
• 三維直角座標之繞軸旋轉
• 齊次座標
• 四元數與旋轉
• 向量運算
• 函式圖形繪製

頂點配置

無論是二維或是三維繪製，頂點的使用是一個重要的課題，如何定義各類圖象的頂點，以在節省記憶體與效能之間取得平衡，一直是值得研究的對象。

• 頂點索引陣列
• 無索引頂點陣列
• 正多面體頂點
• 水晶球頂點
• 旋轉體、錐狀體、柱狀體頂點

深度處理

三維世界中的有遠近，近的物體遮蓋遠的物體，深度的判斷除了簡單的遮蓋作用之外，對於隱藏面就省去不畫，節省計算資源。

• 畫家深度排序
• 平面法線判定法
• 曲面法線判定法
• 最大最小法
• Z Buffer法

色彩

有時您以為顏色一樣，其實根本不一樣，色彩的一些細微變化，有時足以影響整個構圖的感覺。

• 色彩簡介
• 色譜簡介
• 表面的受光

遞迴繪圖

對於一些複雜的幾何圖形，您可以研究出其遞迴規律並使用程式簡單的運行，即可構造出複雜的圖案，自然界中的某些物體常存在這類的遞迴規律。

• 二維海龜繪圖法
• 三維海龜繪圖法
• 科赫曲線
• 樹木曲線
• 蕨葉曲線
• 雪花曲線
• 龍形曲線
• 十字繡曲線
•  樹林與倒影

動畫

可以寫些動畫來自娛總是令學習的過程有趣一些，這邊介紹幾個動畫入門，您可以結合之前的主題自行實作一些簡單的動畫。

• 動畫簡介
• 動畫程式骨架
• 雙緩衝區繪圖
• 畫框檔案管理

背景、地圖

遊戲製作中幾個簡單的地圖製作以及障礙物的處理其實並不困難，透過下面的幾個主題，您可以稍微瞭解一下製作的原理。

• 捲軸背景
• 平面地圖
• 斜角地圖
• 迷宮（斜角地圖實例）

粒子系統

自然界中的一些粒子運動看似複雜，其實每個例子有其獨立的狀態，透過對狀態的模擬與包裝，您也可以模擬出一些自然界的粒子運動。

• 煙火
• 煙粒子
• 煙火與煙