圖形學
圖形學
1950年，美國麻省理工學院(MIT) 誕生了旋風I號(Whirlwind I)計算機及其顯示器。該顯示器用一個類似於示波器的陰極射線管 (CRT) 來顯示一些簡單的圖形。五十年代中期，美國戰術防空系統則是第一個使用具有命令和控制功能的CRT顯示控制台的系統；在顯示器上，操作員可以用光筆在屏幕上指出被確定的目標。1958年美國Calcomp公司由聯機的數字記錄儀發展成滾筒式繪圖儀，GerBer公司把數控機床發展成為平板式繪圖儀。計算機圖形學處於準備和醞釀時期。同時類似的技術在設計和生產過程中也陸續得到了應用，它預示著互動式計算機圖形學的誕生。
1962年，MIT林肯實驗室的Ivan E. Sutherland在他的博士論文"Sketchpad：一個人機交互通信的圖形系統"中首次使用了計算機圖形學"Computer Graphics"這個術語，證明了交互計算機圖形學是一個可行的、有用的研究領域，從而確定了計算機圖形學作為一個嶄新的獨立科學分支的地位。
計算機圖形學在1960年代得到蓬勃發展，1970年代進入實用化的階段，1990年代向著標準化、集成化、智能化發展，並衍生出多媒體技術、可視化、虛擬現實和增強現實技術等新興學科。顯示器也經歷了從存儲管式顯示器、隨機掃描顯示器、光柵掃描顯示器、彩色CRT光柵掃描顯示器到平板顯示器等發展階段。其中，平板顯示器又分為主動（發光）型（如：平板CRT顯示器、等離子氣體放電顯示器、電熒光顯示器和真空熒光顯示器）和被動（光調製）型（如：液晶顯示器和發光二極體顯示器）兩種。目前，液晶顯示器廣泛應用於筆記本計算機，它目前也正成為台式PC顯示器的新寵。而且，液晶顯示器還廣泛應用於手持式電腦、個人數字助理PDA的顯示屏幕（PDA是Personal Digital Assistant的縮寫，這種手持設備集中了計算、電話、傳真和網路等多種功能，它不僅可用來管理個人信息，如通訊錄和計劃等，還可以上網瀏覽、收發Email、發傳真，甚至還可以當作手機來用）。
1950年代初到1960年代中，MIT開始計算機輔助設計/計算機輔助製造（CAD/CAM）的研究。1964年MIT的教授Steven A. Coons提出了插值四條任意的邊界曲線的Coons曲面，後來發展成系統的超限插值曲面造型技術，用小塊曲面片組合自由曲面。1966年，法國雷諾汽車公司的工程師Pierre Bézier發展了一套自由曲線和曲面的方法，成功地用於幾何外形設計，並開發了用於汽車外形設計的UNISURF系統。Coons方法和Bézier方法是計算機輔助幾何設計（CAGD）早期的開創性工作。1975年Versprille提出有理B樣條的理論，後來出現了非均勻有理B樣條（NURBS）曲線和曲面。1978年，Catmull－Clark提出了任意拓撲的細分曲面，1995年以來，這一造型技術得到突飛猛進地發展。
1970年代，由於光柵掃描顯示器的出現，光柵圖形學演演算法迅速發展起來。區域填充、多邊形裁剪、三維景物消隱和真實感圖形的基本圖形演演算法紛紛誕生，計算機圖形學進入了第一個興盛的歷史時期。1970年，Bouknight提出了第一個光反射模型，1971年，Gourand提出"漫反射模型+插?quot;的明暗處理技術。1974年，Catmull 首先將紋理映射引入光滑表面的圖形顯示。1975年，著名的Phong簡單光照模型被提出。這些都成為真實感圖形學的開創性研究工作。並開始出現實用的互動式CAD/CAM圖形系統。 1980年代，高質量的真實感圖形學的研究達到了一個新水平。1980年，Whitted提出了一個光透視模型-Whitted模型，並利用Whitted模型第一次實現了光線跟蹤演演算法。1984年，日本廣島大學和美國Cornell大學的學者分別將熱輻射工程中的輻射度方法引入到計算機圖形學中，成功地模擬了理想漫反射表面間的多重漫反射效果。
1995年，Chen利用基於圖象的繪製技術開發了QuickTimeVR系統，1996年，基於4維光場的漫遊技術使複雜場景的實時圖形顯示和漫遊變成了現實。
從1980年代中期以來，超大規模集成電路的發展，特別是PC及其圖形加速硬體性能的迅速提高，為計算機圖形學的飛速發展奠定了基礎。計算機CPU的運算能力的提高，圖形處理速度的加快，進一步促進了計算機圖形學的理論研究和技術開發，推動計算機圖形學更廣泛地應用於CAD/CAM、動畫、醫學成象、科學計算可視化、影視娛樂等各個領域。
由於計算機圖形和軟體技術的發展，對圖形系統之間的數據交換和介面提出了越來越高的要求，圖形軟體系統功能的標準化問題被提了出來。1974年，美國國家標準化局（ANSI）在ACM SIGGRAPH的一個與"與機器無關的圖形技術"的工作會議上，提出了制定有關標準的基本規則。此後ACM專門成立了一個圖形標準化委員會，開始制定有關標準。該委員會於1977、1979年先後制定和修改了"核心圖形系統"（Core Graphics System）。ISO隨後又發布了計算機圖形介面CGI(Computer Graphics Interface)、計算機圖形元文件標準CGM（Computer Graphics Metafile）、計算機圖形核心繫統GKS(Graphics Kernel system)、面向程序員的層次交互圖形標準PHIGS(Programmer's Hierarchical Interactive Graphics Standard)等。1983年，美國國家標準局發布了初始圖形交換規範IGES(Initial Graphics Exchange Specification)。1992年，美國SGI(Silicon Graphics, Inc.)推出了OpenGL，這是目前在工作站和PC上都被廣泛應用的一個圖形應用編程介面（API）。這些標準的制定，使圖形應用系統與計算機硬體無關，提高了程序的可移植性，為計算機圖形學的推廣、應用、資源信息共享，起到了極其重要的作用。