计算机图形学（Computer Graphics）是一门融合了数学、科学和艺术的学科，它致力于使用计算机技术来生成、处理和管理图像数据。这个领域涵盖了从简单的线条图到真实感的三维场景的创建，以及在这些环境中实时交互的各种技术和方法。

计算机图形学的核心是几何建模，即如何通过数学方程式或离散点集来描述现实世界中的物体形状。例如，NURBS曲线和曲面常用于工业设计中复杂表面的精确表示；而多边形网格则是一种更灵活的方式，适用于游戏开发中的角色模型制作。此外，还有细分表面模型和体积模型等，它们在不同的情况下各有优劣。

光栅化是将三维场景转换为适合在屏幕上显示的像素矩阵的过程。这个过程涉及到透视投影、裁剪、光照计算等多个步骤。现代GPU（Graphics Processing Unit, 图形处理器）的高效架构使得实时的3D渲染成为可能，从而实现了电影特效、虚拟现实体验和视频游戏的视觉震撼效果。

纹理映射则是将图片信息“贴”到物体的表面上，以增加其细节层次感和真实度。除了平面映射外，还存在法线贴图、凹凸映射和高光贴图等多种技术，这些都能显著提升模型的外观质量。

动画系统可以控制角色的运动，包括骨骼绑定、蒙皮变形、关键帧动画和非线性动画等。在游戏中，物理引擎还被用来模拟物体之间的碰撞和重力作用，使动作更加逼真。

计算机图形学的另一个重要分支是图像处理。这包括了对静态图像进行滤镜效果处理、增强对比度和色彩校正等操作，也涉及到了动态的视频压缩和解码技术。例如，H.264/AVC就是一个广泛使用的视频编码标准，它能够有效地减少文件大小而不影响观看体验。

在实际应用方面，计算机图形学已经深入到我们生活的各个角落。影视行业利用CGI（Computer-generated imagery, 电脑合成影像）创造出令人惊叹的特技场面；建筑师可以通过BIM软件快速地构建出三维的建筑模型，以便更好地展示设计和进行工程分析；医学界则使用CT扫描重建人体内部结构，帮助医生制定手术方案。此外，AR（Augmented Reality, 增强现实）和VR（Virtual Reality, 虚拟现实）技术的兴起，更是极大地扩展了计算机图形学的应用边界，让沉浸式的数字体验成为了可能。

随着人工智能的发展，机器学习算法也被应用于计算机图形学领域，如自动生成图像内容、人脸和风景合成等。这些新技术不仅提升了工作效率，还为未来的创新提供了无限的可能。总之，计算机图形学作为一门综合性强且发展迅速的技术学科，将继续推动着人类社会向着数字化和智能化方向迈进。