计算机图形学是一门使用数学算法将2D或三维图形转换成网格形式的计算机显示的科学。简单来说，计算机图形学的主要研究内容是研究如何在计算机中表示图形，以及用计算机计算、处理和显示图形的相关原理和算法。
[发展历史]
1963年1月，麻省理工林肯实验室24岁的萨瑟兰完成了关于人机交流图形系统的博士论文。萨瑟兰引入了分层存储符号的数据结构，开发了交互技术，用键盘和光笔实现了定位、选项和绘图，并提出了许多其他至今仍在使用的图形基本思想和技术。萨瑟兰博士论文被认为是计算机图形学的基础和现代计算机辅助设计的开端。
20世纪70年代，随着光栅显示的诞生，光栅图形算法发展迅速。基础图形运算和相应算法相继出现，图形进入第一个繁荣期。20世纪70年代，许多国家应用计算机图形学开发CAD图形系统，并将其应用于设计、过程控制与管理、教育等领域。
自20世纪80年代中期以来，大规模集成电路提高了计算机硬件的性能，图形技术发展迅速。1980年，光线追踪算法首次被提出。真实感图形的算法逐渐成熟。
20世纪80-90年代，图形学在动画、科学计算可视化、CAD/CAM、虚拟现实等领域得到了更广泛的应用。这就对计算机图形——的真实性和实时性提出了更高、更新的要求。
[目标]
计算机图形学的核心目标是创造有效的视觉交流。在科学领域，图形可以通过可视化向公众展示科学成果；在PC游戏、手机游戏、3D电影和电影特效等娱乐领域，计算机图形发挥着越来越重要的作用。图形在创意或艺术创作、商业广告、产品设计等行业中也发挥着重要的基础性作用。在科学领域，这一点在1987年《科学计算可视化报告》中得到强调。报告引用了理查德海明1962年的经典结论：“计算的目的是为了洞察事物的本质，而不是为了得到数字。”报告提到了计算机图形学在帮助人脑从图形图像的角度理解事物本质方面的重要作用，因为图形图像比简单的数字具有更强的洞察力。
[任务]
计算机图形学(视觉通信)的核心目标可以分为三个基本任务：表示、交互和绘制，即如何在计算机中交互地表示和绘制丰富多彩的主客观世界。这里的“表象”是如何把主观世界和客观世界放入计算机，对二维和三维物体进行表征和建模。“绘图”是指在计算机中用物体的直观图形图像绘制—— 2D和3D物体；“交互”是指通过计算机输入输出设备，以有效的方式实现“表示”和“绘制”的技术。其中，“表示”是计算机图形学的“数据层”，是物体或物体在计算机中的几何表示。“绘图”是计算机图形学的“视图层”，是指图形数据的显示和呈现。“表示”是指建模和输入，“绘制”是指显示和输出。“交互”是计算机图形学的“控制层”，负责完成有效的对象输入输出任务，解决与用户的交互问题。
[内容]
计算机图形学的主要研究对象是点、线、面、体、场的数学构造方法及其图形显示，以及它们随时间的变化。它需要研究以下几个方面。
(1)描述复杂对象图形的方法和数学算法。三维景物的表示是计算机图形显示的前提和基础，包括曲线曲面的建模技术、实体建模技术以及纹理、云和波浪等自然景物的建模与仿真。三维场景的显示包括光栅图形生成算法、线框图形和真实感图形的理论和算法。
(2)对象图形描述数据的输入。
(3)几何和图形数据的存储，包括数据压缩和解压缩。
(4)对象图形数据的操作和处理，包括基于图像和图形的混合绘制技术、自然景物模拟、图形用户界面、虚拟现实、动画技术和可视化技术等。
(5)对象图形数据的输出和显示，包括图形硬件和图形交互技术。
(6)实时动画和多媒体技术，研究各种硬件/软件方法、开发工具、动画语言和多媒体技术，实现高速动画。
(七)制定图形应用软件相关技术标准。
【应用领域】
随着计算机图形学的不断发展，其应用范围也越来越广泛。目前，计算机图形学的主要应用领域如下。
1.计算机辅助设计和制造
这是计算机图形学最广泛、最重要的应用领域。它极大地改变了工程设计的方法，利用交互式计算机图形生成技术进行土木工程、机械结构和产品的设计，正在迅速取代传统的手工设计绘图板加工文字尺的方法，承担起繁重的日常绘图任务、整体方案的优化和详细的设计工作。事实上，手工设计和绘制复杂的大规模或超大规模集成电路板图是不可能的。计算机图形系统不仅可以设计和绘制，而且可以在短时间内完成，并将结果直接发送给后续过程进行处理。
2.计算机辅助教学
在这一领域中，图形是一种重要的表现手段，可以使教学过程生动、直观、形象，激发学生的学习兴趣，大大提高教学效果。随着计算机的普及，计算机辅助教学系统已经渗透到家庭中。
3.计算机直观显示
>传统的动画片都是手工绘制的。由于动画放映一秒钟需要24幅画面，故手工绘制的工作量相当大。而通过计算机制作动画，只需生成几幅被称作“关键帧”的画面，然后由计算机对两幅关键帧进行插值生成若干“中间帧”，连续播放时两个关键帧被有机地结合起来。这样可以大大节省时间，提高动画制作的效率。4．管理和办公自动化
计算机图形学在管理和办公自动化领域中应用最多的是绘制各种图形，如统计数据的二维和三维图形、饼图、折线图、直分图等，还可绘制工作进程图、生产调度图、库存图等。所有这些图形均以简明形式呈现出数据的模型和趋势，加快了决策的制定和执行。
5．国土信息和自然资源显示与绘制
国土信息和自然资源系统将过去分散的表册、照片、图纸等资料整理成统一的数据库，记录全国的大地和重力测量数据、高山和平原地形、河流和湖泊水系、道路桥梁、城镇乡村、农田林地植被、国界和地区界以及地名等。利用这些存储的信息不仅可以绘制平面地图，而且可以生成三维地形地貌图，为高层次的国土整治预测和决策、综合治理和资源开发研究提供科学依据。
6．科学计算可视化
在信息时代，大量数据需要处理。科学计算可视化是利用计算机图形学方法将科学计算的中间或最后结果以及通过测量得到的数据以图形形式直观地表示出来。科学计算可视化广泛应用于气象、地震、天体物理、分子生物学、医学等诸多领域。
7．计算机游戏
计算机游戏目前已成为促进计算机图形学研究特别是图形硬件发展的一大动力源泉。计算机图形学为计算机游戏开发提供了技术支持，如三维引擎的创建。建模和渲染这两大图形学主要问题在游戏开发中的地位十分重要。
8．虚拟现实
虚拟现实技术的应用非常广泛，可以应用于军事、医学、教育和娱乐等领域。虚拟现实是要使人们通过带上具有立体感觉的眼睛、头盔或数据手套，通过视觉、听觉、嗅觉、触觉以及形体或手势，整个融进计算机所创造的虚拟氛围中，从而取得身临其境的体验。例如走进分子结构的微观世界里猎奇，在新设计的建筑大厦图形里漫游等。这也成为近年计算机图形学的研究热点之一。