计算机图形学——游戏方向 第一章 计算机图形学概述

前言

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第一章 计算机图形学概述

1.为什么设计专业要学习计算机图形学?

现代游戏是计算机图形学的应用。
现代电源是计算机图形学的应用。
计算机图形学是物理学的应用。
计算机图形学是生理学的应用。
计算机图形学是艺术的延伸。

计算机图形学与计算机视觉等领域的关系

计算机图形学基础自学体系

基础原理：GAMES101
开发参考：openGL或DirectX教程
高端研究：

2.计算机图形学的辨析

3.计算机图形（学）的发展历史

1951：Nimrod on display at Festival of Britain

英国艺术节被设计为在第二次世界大战广泛破坏后在全国范围内展示英国艺术、技术和文化。作为庆祝活动的一部分，计算机公司Ferranti为南肯辛顿(伦敦)的电影节活动提供了展示。居住在英国的澳大利亚员工John Bennett建议建造一台机器来玩NIM，这是一个简单的游戏，玩家轮流从一堆火柴中取出火柴，试图成为最后一个移走火柴的人。1939年在纽约举行的世界博览会上展出了一种用于玩该游戏的机电设备。工程师Raymond Stuart-Williams将Bennet的设计变成了一台真正的机器，并于1951年4月12日在电影节上首次亮相。Ferranti于1951年晚些时候将 Nimrod带到了柏林国际展览，但随后将其拆除。

1952: Alexander Douglas writes OxO for EDSAC

亚历山大·道格拉斯(Alexander Douglas)是剑桥大学的博士生，当时他设计了最早的电脑游戏之一，即井字游戏（在英国被称为“Naughtsand Crosses”) ，称为OXO。在剑桥的 EDSAC计算机上播放，OXO允许玩家选择开始或让机器迈出第一步。使用旋转电话拨号输入他们的动作，EDSAC将在35 x 15点阴极射线管上显示游戏板。剑桥以外很少有人玩过OXO。

1957: First computer scanned image on SEAC

计算机用于图像创建和处理的最早应用之一始于1957年Russell Kirsch在标准东方自动计算机(SEAC)上的工作。SEAC团队合作，Kirsch设计了一种转鼓扫描仪，使他能够将图像数字化他年幼的儿子瓦尔登。该图像是一张5x5厘米的黑白照片，是第一张被扫描到计算机中的图像。2003年，《生活》杂志将其列为“改变世界的100张照片”之一。

1958: Higinbotham develops Tennis-For-Two at Brookhaven National Labs

位于纽约长岛的布鲁克海文国家实验室为家庭和地区居民举办了一年一度的“访客日”。William Higinbotham在寻找—种娱乐游客的方式，构想了一个简单的电子游戏，可以使用连接到示波器显示器的实验室的Donner Model 30模拟计算机来玩。与大卫波特合作，Higinbotham的创作允许两名球员在示波器屏幕上玩“网球”游戏，球具有简单的物理特性，甚至每当接触球时都会发出声音。
Tennis-for-Two只使用了两年,然后就被回收用作零件。它只是在Higinbotham在电子游戏 Pong的审判中作证后才广为人知。

可视化数据模型建模的2种观点

(数据模型)栅格派 VS 公式派

1962:Spacewar! debuts

麻省理工学院在1961年秋天收到了一台DEC PDP-1计算机。虽然有一些演示程序，但史蒂夫·“蛙输”·拉塞尔认为游戏会做出更好的演示。他与Martin “Shag” Graetz和Wayne Wiitanen一起，根据E.E.“Doc"Smith的 Lensman系列小说设计了一款名为Spacewar的太空战斗游戏!两艘船，一艘称为“楔形”，另一艘称为“针”，将在满天星斗的背景中飞行。Peter Samson提供了一个名为“昂贵的天文馆”的程序，该程序可以生成准确的满天星背景。该游戏随后将通过数字设备公司用户组DECUS 分发，以确保它在技术和大学计算社区中广泛传播。

1963:BEFLIX developed at Bell Labs

在1960年代初期，贝尔实验室处于计算机艺术和图形研究的前沿。研究员Ken Knowlton使用实验室的IBM 7094大型计算机，开发了一种名为BEFLIX的计算机动画专用语言。该语言允许诺尔顿和合作者，如Stan Vanderbeek和Lillian Schwartz，使用8种灰度创建252 × 184 像素的图像和动画，这些图像可以使用Stromberg-Carlson4020微缩胶片记录器拍摄。其中一些电影被认为是具有里程碑意义的作品，例如在1967年蒙特利尔世界博览会上放映的《人与他的世界》。

1959：DAC-1 computer aided design program is released

1959年，通用汽车研究实验室任命了一个专门的研究小组来调查计算机在汽车设计中的使用。1960年,IBM 加入了该项目，生产了第一个商业可用的计算机辅助设计程序，称为DAC-1。该项目产生了IBM2250显示终端，以及计算机分时技术的许多进步，以及两个或多个终端使用单个处理器。

1966: Ralph Baer designs the Brown Box

1966年夏天，Sanders Associates的电视工程师Ralph Baer开始尝试使用电视玩游戏。他的第一个设计名为Brown Box,允许用户在标准电视机上玩多种不同的游戏，包括乒乓球游戏(预示着Atari的Pong) ，而无需计算机、微处理器或软件。棕色盒子还有一个用于玩射击游戏的轻型枪配件。

1969: SIGGRAPH is founded

计算机图形学特别兴趣小组(SIGGRAPH)由Andy Van Dam于1969年创立，现已成为计算领域最具影响力的团体之一。从1974年开始，一年一度的SIGGRAPH会议吸引了图形专业人士，并为讨论和展示最先进技术提供了一个重要的会议场所，许多公司和研究人员推出了新的版本或技术。它继续吸引来自世界各地的计算机图形专业人士参加其年度会议。

1971: Computer Space is released

史蒂夫·拉塞尔的《太空战争》大获成功!和其他早期的太空战斗游戏导致Nolan Bushnell和Ted Dabney设计了最早的电子街机游戏之一 Computer Space。不使用微处理器、RAM或ROM,Computer Space是一个简单的技术设计，仍然允许复杂的游戏玩法，如此复杂以至于许多人注意到在游戏中涉及陡峭的学习曲线。虽然《计算机空间》卖得不好，但它出现在《大白鲨》和《Soylent Green》等电影中。

1972: Pong is released

加州企业家Nolan Bushnell 聘请年轻工程师Al Alcorn设计一款汽车驾驶游戏，但当这在当时显得过于雄心勃勃时，他让Alcorn设计了一个Ping Pong版本。该游戏在加利福尼亚州草谷和桑尼维尔的酒吧进行了测试，结果证明它非常受欢迎。Pong将彻底改变街机行业并开启现代视频游戏时代。

1974: La Faim(Hunger) debuts

电影制片人彼得·福尔德斯自1950年代以来一直是动画界的国际人物，他于1969年开始与加拿大国家研究委员会合作。福尔德斯与计算机科学家内斯特·伯特尼克(Nestor Burtnyk)合作，执导了这部关于食物不平等概念的十分钟电影。使用关键帧动画的动画概念，动画师将制作最重要的帧，而助手将填补空白，Burtnyk 设计了一个程序，其中计算机填补空白，产生一种使图像似乎从一个对另一个。La Faim将赢得许多国际奖项,包括1974年戛纳电影节评审团特别奖和奥斯卡金像奖提名。

1977: Star Wars (Death Star Briefing)

《星球大战》以遥远的银河为背景，将老式的科幻故事与工业光魔提供的尖端特效相结合。—种效果是死星简报，展示了空间站的线框版本，这是在主要电影中首次使用线框动画之一。

1972: superPaint is completed

SuperPaint可能是第一个使用帧缓冲区(—种特殊的高速存储器)的数字计算机绘图系统，也是所有现代绘图程序的祖先。它可以创建多达1670万种颜色的复杂动画，具有可调节的画笔、视频放大率，并使用绘图板进行绘图。它是由施乐帕洛阿尔托研究中心(PARC)的Richard Shoup 和其他人设计的。它的设计师在1998年因其发明而获得了技术学院奖。

1977: Atari launches the Video ComputerSystem game console

Atari 发布了其视频计算机系统(vCS)，后来更名为Atari 2600。vcS是第一个获得广泛成功的视频游戏系统，在1980年代售出超过2000万台。vcS使用8位MOS6507微处理器，设计用于连接家用电视机。1990年雅达利最后一款8位游戏机问世时，已经发布了900多款游戏。

图层是计算机图形学的核心对象

1981: Arnie Katz, Joyce Worley-Katz, and Bil1Kunkle form first video game magazine,Electronic Games

1981年，Joyce Worley Katz、ArnieKatz和 Bill Kunkel 共同创办了美国第一本电子游戏杂志Electronic Games。最初打算作为年度出版物，早期的成功导致它在第一期的一年内成为月刊。1983年的视频游戏崩溃导致Electronic Games更名为Computer Entertainment,最终在1985年5月的发行中停止出版。

1982: Lucasfilm produces the Genesis Effectfor Star Trek ll: The Wrath of Khan

主要电影《星际迷航l:可汗之怒》是一部故事片中最早的完全由计算机生成的电影图像（CGI)序列之一。被称为创世纪效应的序列显示了一个荒芜星球的重生，计算机生成的“生命环”席卷了行星表面，在行星范围内创造了大气和生命。

该系列由卢卡斯影业的计算机图形小组创建，他们受到Jim Blinn为加州理工学院NASA喷气推进实验室所做的木星和土星飞越模拟的极大启发。由Alvy Ray Smith指导的 Lucasfilm团队使用Lucasfilm的两台DEC VAX计算机、两个lkonas彩色帧缓冲区和一个 Evans and Sutherland Picture System矢量显示器制作了该效果。该序列现在被认为是计算机动画和电影制作中的经典之作,只持续了一分钟多一点,花了两个人年的时间才完成。

1983: Lucasfilm produces The Road to Point Reyes

作为计算机图形学史上最重要的静态图像之一， The Road to Point Reyes是卢卡斯影业最重要的早期项目之一。从1983年开始，Rob Cook指导了图像并构思了场景，而Alvy Ray Smith、Loren Carpenter、Tom Porter、BillReeves和David Salesin提供了各种元素，包括阴影、隐藏的表面例程和分形。这张被史密斯描述为“单帧电影”的图像花了一个月的时间渲染,最终在波士顿的计算机博物馆展出。

1985: Nintendo releases the NintendoEntertainment system (NES) in the U.S.

自1983年以来，由于表现不佳的游戏和游戏机供过于求，美国电子游戏市场一直处于低迷状态。同年，任天堂在日本发布了其Famicom游戏系统。NES 在北美发布时更名为Nintendo Entertainment System(NES)，NES 开始扭转美国游戏产业的命运。该系统推出了18个可用的游戏，主要负责将管道工马里奥变成视频游戏历史上最持久的角色之一。

1986: Pixar is founded

皮克斯最初被称为卢卡斯影业的特效计算机小组（成立于1979年)。该小组创作了电影的电脑动画片段，例如星际迷航:可汗之怒和年轻的福尔摩斯。1986年，苹果电脑公司联合创始人史蒂夫乔布斯斥资1000万美元收购卢卡斯影业集团，并将其更名为皮克斯。在接下来的十年里，皮克斯制作了非常成功(并获得奥斯卡奖)的动画电影。2006年被迪士尼收购。

跨越恐怖谷背后的先行者-Pixar