计算机图形学?这些新方向你了解吗?
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计算机图形学?这些新方向你了解吗?

2019-09-12...

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图形学近些年越发成为了申请计算机科学的学生会选择的分支,甚至开始有超过AI的趋势,那么同学们你们了解这个track的分支吗?

背景

颜值,一直是人类发展追求的动力,事物外在的优美表现往往能够给我们的视觉以愉悦的享受,而在计算机领域,制造这种愉悦享受的工具就是 图形学,手机、电脑屏幕、打印机、平面设计工具如PhotoShop、3ds Max等,都是图形学理论和技术在支撑,所以,图形学的应用领域是非常的广。

近期的工作正好和图形学有比较多的交集,所以在此重新梳理了图形学在目前移动互联网时代的新应用方向,希望对图形学有兴趣的朋友可以关注这些新方向的机会。

图形学介绍

Wikipedia上对图形学的定义如下:
Computer graphics are pictures and movies created using computers – usually referring to image data created by a computer specifically with help from specialized graphical hardware and software. It is a vast and recent area in computer science. The phrase was coined by computer graphics researchers Verne Hudson and William Fetter of Boeing in 1960. It is often abbreviated as CG, though sometimes erroneously referred to as CGI.
Important topics in computer graphics include user interface design, sprite graphics, vector graphics, 3D modeling, shaders, GPU design, implicit surface visualization with ray tracing, and computer vision, among others. The overall methodology depends heavily on the underlying sciences of geometry, optics, and physics. Computer graphics is responsible for displaying art and image data effectively and meaningfully to the user, and processing image data received from the physical world. The interaction and understanding of computers and interpretation of data has been made easier because of computer graphics. Computer graphic development has had a significant impact on many types of media and has revolutionized animation, movies, advertising, video games, and graphic design generally

从上述定义可以看出,计算机图形学的重要Topic: user interface design, sprite graphics, vector graphics, 3D modeling, shaders, GPU design, implicit surface visualization with ray tracing, and computer vision,其中Computer Vision是目前比较热门的技术 “人工智能” 的一个重要方向。

图形学 & Map

最近在做地图引擎方面的开发工作,常用OpenGL ES2.0的各种API进行地图元素的渲染,经常接触OpenGL ES 2.0的3张图:Graphics Pipeline、Vertex Shader、Fragment Shader




这3张图,是整个OpenGL ES 2.0的基石,有这么两个原则:
原则1:有问题,请看3张图,看完如果还有问题,请看原则2
原则2:请回去看原则1

足以可见,这3张图对整个OpenGL ES 2.0的重要性,而这3张图的背后,是图形学原理和精髓的运用。

所以,对图形学感兴趣的同学也可以在互联网地图领域寻找方向,国内外都有很多地图厂商:腾讯地图、百度地图、高德地图、Google Map、Mapbox、Nokia Here Map等

图形学 & 游戏

游戏领域其实不算图形学的新方向了,这是图形学应用得比较早的一个领域,从Windows平台的Direct X到跨平台的OpenGL,都是图形学的API接口标准,但是,随着移动互联时代的到来,手机游戏超越PC游戏成为新的热门应用,图形学的应用得以极大的扩展开来,一些流行的Mobile Game开发工具变得非常流行,如大名鼎鼎的跨平台游戏开发工具Unity3D,这些工具往往集成了多个图形学API接口标准,如Unity3D 同时支持 Direct X、OpenGL、iOS Metal等。

对图形学感兴趣的朋友也可以选择在游戏领域大展身手,而且,游戏渲染是游戏开发的一个核心方向,对图形学算法和技术的要求比较高,特别是游戏渲染的优化,是游戏精品必须要做好的基本功。

关于图形渲染和游戏开发,这里推荐三本书:

1) Real-Time Rendering (AUTHOR:Tomas Moller,Eric Haines)
2) Computer Graphics: Principles and Practice (AUTHOR:James D. Foley, Andries van Dam, Steven K. Feiner,John F.Hughes)
3) 游戏引擎架构(美国Jason Gregory 著,腾讯IEG专家大神Milo Yip(叶劲峰)译)

图形学 & VR

VR主要提供虚拟现实的功能,它可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,它利用计算机生成一种模拟环境,是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景,能够使用户沉浸到该环境中。VR的应用领域非常广泛,在游戏、医学、工业仿真、军事航天、地理、船舶制造等领域都有极大的应用价值。目前比较流行的VR设备主要包括:HTC Vive VR、Facebook Oculus VR、Sony PlayStation VR。

VR方向的开发,可以基于Unity3D工具进行,渲染方面还是基于图形学的各种接口标准,如OpenGL、DirectX、Metal等,你所学的图形学知识都可以在这里得到应用,同时,如果你是从事游戏开发工作的,可以无缝过渡到VR开发领域。

Unity3D的官方网站可以浏览到VR方面的使用资源: https://unity3d.com/cn/unity ,

这里是Unity3D和VR集成的一个视频Demo: https://www.youtube.com/watch?v=pK0ZD53gOoE

图形学 & AR

Wikipedia上对AR的定义如下:

AR是图形学的一个新方向,它是将真实世界和虚拟世界信息无缝集成的一种方式,它具有实时交互性,可以在三维尺度空间中增添定位虚拟物体,一个典型的应用就是目前比较火爆的AR游戏:PokemonGO,基于用户的真实地理位置和摄像头信息进行游戏娱乐,给玩家提供一种前所未有的沉浸式体验。目前iOS、Android平台也出现了各种AR方面的应用,如《iButterfly》、《McDonald’s GOL》、《Toyota 86 AR》、《Anatomy 4D》、《Häagen-Dazs Concerto Timer》、《爱玩苏菲兔》等。

AR方向的开发,也可以基于Unity3D工具进行,渲染方面还是基于图形学的各种接口标准,如OpenGL、DirectX、Metal等,你所学的图形学知识也都可以在这里得到应用。

Unity3D的官方网站可以浏览到AR方面的使用资源: https://unity3d.com/cn/unity ,

这里是Unity3D使用AR的一个视频Demo: https://www.youtube.com/watch?v=mjNAPCFaZ9Y ,


这里是使用Unity3D制作的一个AR 3D Map: https://www.assetstore.unity3d.com/en/#!/content/68889

图形学 & AI

AI人工智能是目前比较火热的计算机技术,当前时代是移动互联网时代,下一个时代将是AI时代,关于AI,目前相关文章描述的太多了,在此就不详述了,这里主要提及的是AI的一个重要Topic:计算机视觉,它是图形学的一个分支,是一门研究如何使机器“看”的科学,更进一步的说,就是指用摄影机和电脑代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量机器视觉,并进一步做图形处理,使电脑处理成为更适合人眼观察或传送给仪器检测的图像,作为一门科学学科,计算机视觉研究相关的理论和技术,试图建立能够从图像或者多维数据中获取’信息’的人工智能系统;因为感知可以看作是从感官信号中提取信息,所以计算机视觉也可以看作是研究如何使人工智能系统从图像或多维数据中“感知”的科学。

计算机视觉方向,有一些比较好的开源工具,如OpenCV(http://opencv.org),OpenCV也可以和Unity3D结合进行开发,有这么一个例子: https://github.com/Alex0216/UnityOpenCVExample/wiki ,这里是以Unity NativePlugin的方式集成OpenCV Library的。

综合上面所述,如果你对人工智能方向比较感兴趣,那么,必备的图形学知识也是需要的,特别是研究AI计算机视觉方向工作的朋友。

总结

计算机图形学这门相对古老的学科,在目前的移动互联时代以及接下来的人工智能时代,都将焕发出无限的活力,对这个方向感兴趣的朋友,可以寻找机会进入,而关于图形学应用比较重要的一个工具:Unity3D,目前在上述的 Map、游戏、VR、AR、AI(CV)等方向都有应用,可以重点关注。 

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