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计算机图形学是一门借助编程在计算机屏幕上绘制图形的艺术。它涉及数据的计算、创建和处理。换句话说，我们可以说计算机制图是一种生成和处理图像的渲染工具。

一、什么是计算机图形学?

计算机图形学是一个广泛而多样的领域，介于计算机科学和设计之间。它关注的是创建计算机生成图像的整个过程，从创建数字三维模型，到对这些模型进行纹理处理、渲染和照明，再到在屏幕上以数字方式显示这些渲染效果。

这一过程从简单的物体渲染技术开始，将三维物体的数学表示转换成二维屏幕图像，计算顶点的投影变换以及物体的遮挡和深度。

通过模拟材质、纹理和光照，为这些图像添加细节和真实感。最精确、最逼真的技术包括了解光线与物理世界中物体的交互方式，并尽可能在计算机上模拟这些交互。反射、透射或漫射光等现象可以使用各种不同的算法进行建模，有些算法的设计在物理上是精确的，有些算法则是高效的，这取决于不同的需求。虚拟现实图像必须在几毫秒内生成，而详细的建筑渲染可能需要数小时的计算时间。

随着 GPU 硬件和渲染引擎软件的发展，计算机图形学的发展不断推动计算机生成图像的精度和速度。

二、阴极射线管(Cathode Ray Tube)

图形系统中的主要输出设备是视频监视器。视频监视器的主要元件是阴极射线管(CRT)，如下图所示。

CRT的操作非常简单：

1. 电子枪发射一束电子阴极射线。

2. 电子束通过聚焦和偏转系统，将其引导至荧光涂层屏幕上的指定位置。

3. 当电子束击中屏幕时，荧光涂层在电子束触碰到的每个位置发出一小点光。

4. 通过迅速将电子束定向回同一屏幕点来重新绘制图像。

三、栅格扫描(Raster Scan)

在栅格扫描系统中，电子束从屏幕的顶部向底部逐行扫描。随着电子束在每行上的移动，电子束的强度被打开和关闭，以创建一系列点亮的点的图案。

图像定义存储在一个称为刷新缓冲区或帧缓冲区的内存区域中。这个内存区域保存了所有屏幕点的强度值集合。存储的强度值然后从刷新缓冲区中检索出来，一行一行地“绘制”在屏幕上，如下图所示。

每个屏幕点称为像素(picture element)或像素点(pel)。在每个扫描线的末尾，电子束返回到屏幕的左侧，以开始显示下一行扫描线。

四、随机扫描(Random Scan)矢量扫描

在这种技术中，电子束只被定向到屏幕上绘制图片的部分，而不像栅格扫描那样从左到右、从上到下逐行扫描。这也被称为矢量显示、笔画式显示或书法显示。

图像定义以一组线绘制命令的形式存储在内存中的一个区域，称为刷新显示文件。要显示指定的图片，系统会按照显示文件中的一组命令循环，逐个绘制每个组件线。在处理完所有线绘制命令之后，系统会循环回到命令列表中的第一个线绘制命令。

随机扫描显示设计成每秒绘制图片的所有组件线30到60次。

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