北京大学的计算机图形学研究涵盖了从基础理论到应用技术的广泛领域，包括几何建模、渲染算法、虚拟现实等方向。
计算机图形学是一门涵盖广泛领域的学科，主要研究如何在计算机中表示、处理和显示图形信息。北京大学作为国内顶尖的高等教育机构，其计算机图形学课程无疑提供了深入且全面的知识体系。以下将详细介绍计算机图形学的基本概念、重要技术以及与之相关的应用。
计算机图形学的核心是通过算法和数学模型来创建、编辑和呈现图像。它涉及到图像的生成、渲染、交互、动画等多个方面，是计算机科学和技术的重要组成部分。在游戏开发、影视特效、虚拟现实、工程设计、医疗影像等领域都有广泛应用。
1. **图形硬件与API**：计算机图形学的实现离不开专门的图形处理器（GPU）和图形应用程序接口（API），如OpenGL、DirectX和Metal。这些API允许程序员高效地与GPU通信，执行复杂的图形计算，提高图像生成速度。
2. **几何建模**：在计算机中，图形通常是通过数学方程或顶点数据来表示的。几何建模包括线框建模、表面建模和体素建模，用于创建3D物体。例如，多边形建模是常用的方法，通过组合多个三角形来构建复杂的形状。
3. **坐标系统与变换**：理解坐标系统（如笛卡尔坐标系、极坐标系）以及各种变换（平移、旋转、缩放）对于图形的位置和形状控制至关重要。这些变换矩阵在图形渲染中扮演关键角色。
4. **光照与阴影**：模拟真实世界中的光照条件是提升图像逼真度的关键。计算机图形学通过光照模型计算物体表面的颜色，考虑环境光、直射光、镜面反射、漫反射等因素。阴影的生成则涉及光线投射和遮挡测试。
5. **纹理映射**：为物体表面添加细节，增强视觉效果，常通过纹理映射实现。这包括颜色纹理、法线纹理、置换纹理等，可以模拟物体的质感和表面特性。
6. **渲染算法**：渲染是将几何信息、光照信息等转化为最终图像的过程。有实时渲染和离线渲染两种，前者常用于游戏和交互式应用，后者则用于电影和特效制作，如路径追踪、光线追踪等高级算法。
7. **图形用户界面（GUI）**：GUI 是人与计算机交流的重要方式，涉及窗口系统、控件设计、事件处理等。理解并能设计良好的 GUI 是计算机图形学应用开发的基础。
8. **图形交互与动画**：用户输入与反馈是图形系统的重要部分，如鼠标点击、触摸屏操作等。动画技术则通过帧序列或基于物理的模拟实现物体的动态行为。
9. **计算机视觉与图像处理**：计算机图形学与计算机视觉相互影响，图像处理技术如边缘检测、图像分割、特征提取等可应用于图形的生成与分析。
10. **虚拟现实与增强现实（VR和AR）**：VR 和 AR 是当前热门领域，计算机图形学在这里用于构建沉浸式体验，如头戴式显示器的场景渲染、空间定位和手势识别等。
北京大学的计算机图形学课程很可能涵盖了以上这些内容。通过深入学习，学生可以掌握创建、操纵和展示数字图形的技能，并为未来在相关领域的应用打下坚实的基础。
5星
