计算机图形学领域全球及中国TOP1000学者聚集地在哪里?

计算机图形学是计算机科学领域的重要研究方向之一,图形学技术也在社会生活和生产的各个领域得到应用。

本研究报告对计算机图形学进行了简单梳理,包括以下内容:

计算机图形学概念。首先介绍计算机图形学的定义,接着对计算机图形学的发展历程进行梳理,对我国计算机图形学现状进行介绍。

计算机图形学研究情况。对计算机图形学的主要研究内容,包括建模、动画、渲染和图形交互以及计算机图形学的相关技术算法进行介绍。

计算机图形学领域专家介绍。利用AMiner大数据对计算机图形学领域专家进行深入挖掘,对国内外计算机图形学的学者进行介绍。

计算机图形学的应用。计算机图形学在现实生活中应用广泛,目前的应用集中在影视制作、游戏制作、虚拟现实、仿真技术、科学计算可视化和计算机辅助设计与制造等领域。

计算机图形学的趋势预测。在介绍相关应用的基础上,对计算机图形学未来的发展趋势做出了相应的预测。

概念篇

定义

关于计算机图形学的定义众说纷纭。IEEE对计算机图形学的定义为:Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer。

国际标准化组织ISO将计算机图形学定义为:计算机图形学是一门研究通过计算机将数据转换成图形,并在专门显示设备上显示的原理方法和技术的学科。它是建立在传统的图学理论、应用数学及计算机科学基础上的一门边缘学科。

总而言之计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科,这里的图形是指三维图形的处理。

图形和图像的辨析

计算机图形学和计算机视觉是同一过程的两个方向。计算机图形学将抽象的语义信息转化成图形,计算机视觉则从图形中提取抽象的语义信息,图像处理研究的则是一个图像或一组图像之间的相互转化和关系,与语义信息无关。

国外发展历史

20世纪50年代:1950年,美国MIT的旋风一号(whirlwind I)计算机配备了世界上第一台显示器——阴极射线管(CRT)来显示一些简单的图形,使得计算机摆脱了纯数值计算的单一用途,能够进行简单的图形显示,从此计算机具有了图像显示功能,但是还不能对图形进行交互操作,这时的计算机图形学处于准备和酝酿时期,并称之为“被动式”图形学

20世纪90年代以后:微机和软件系统的普及使得图形学的应用领域日益广泛,计算机图形学朝着标准化、集成化和智能化的方向发展,多媒体、人工智能、计算机可视化、虚拟现实等分支蓬勃发展,三维造型也获得了长足发展。ISO公布的图形标准越来越精细,更加成熟。这是存在着一些事实上的标准,如SGI公司开发的OpenGL开放式三维图形标准,微软公司为PC游戏开发的应用程序接口标准DirectX等,Adobe公司Postscript等,均朝着开放式、高效率的方向发展。

国内发展历史

中国的计算机图形学发展最早可以追溯到20世纪80年代末期,清华大学、浙江大学等率先开始了对计算机图形学技术的研究,但是由于经济发展程度以及对外开放程度等原因,绝大多数的学校和个人都没有机会接触计算机图形学,计算机图形学此时在中国处于萌芽阶段

近年来,随着我国改革开放的不断深化,以及各项方针政策的落实,科学技术得到了广泛的发展应用,计算机图形学的理论和技术迅速发展,并取得了可喜的成果。在硬件方面,我国研制出多种系列和型号的绘图机、数字化仪和图形显示器,其技术指标居国际先进水平,具有高分辨率的光栅图形显示器、全色的图形图像处理卡、国际上广泛应用的Sun SPANC 系列工作站、HP 9000/800系列工作站等,在我国也有定点工厂生产,鼠标等交互设备也已在国内生产。

著名公司

在计算机图形学的发展过程中,许多公司使用计算机图形学制作特效,例如欧特克公司、工业光魔、Oculus 、Base FX和皮克斯等。

技术篇

总体框架

计算机图形学技术的总体框架包括了数学基础、建模、渲染和交互技术几点,具体内容如下图所示:

研究内容

随着图形学技术的不断发展,计算机图形学被广泛应用于工程技术、艺术、动画电影等领域,反过来,这些产业的发展又大大促进了图形学的发展,目前计算机图形学的研究内容不断扩大,参考中国科技大学刘利刚老师的分类,可以将计算机图形学主要研究内容分为:建模(Modeling)、渲染(Rendering)、动画(Animation)和图形交互(Interactive graphics)四部分。

计算机图形学技术起源

相关技术算法

OpenGl定义了一个跨编程语言、平台的编程接口的规范,一般用于三维图形,但也可用于二维图像。

图形的几何变换一般是指图形的几何信息经过变换后产生新的图形,基本的变换有平移、旋转、缩放等。

三维图形的基本变换有:三维比例变换、三维对称变换、三维错切变换、三维旋转变换。和二维图形一样,用适当的变换矩阵也可以对三维图形进行各种几何变换。

人才篇

全球TOP1000学者分布

AMiner基于发表于国际期刊会议的学术论文,对计算机图形学领域全球TOP1000的学者进行计算分析,绘制了该领域学者的全球分布地图。

全球TOP1000学者分布图

根据上图,我们可以得出以下结论:

从国家来看,美国是计算机图形学研究学者聚集最多的国家,英国、德国、加拿大和中国紧随其后。

从地区来看,北美是计算机图形学人才的集中地,而欧洲等其他先进地区也吸引了大量计算机图形学的研究学者。

全球TOP1000学者迁徙

AMiner选取计算机图形学领域影响力排名前1000的专家学者,对其迁徙路径做了分析。

由上图可以看出,各国计算机图形学领域人才的流失和引进是相对比较均衡的。其中美国是计算机图形学领域人才流动大国,人才输入和输出都大幅领先,且从数据来看,人才流入略大于流出。英国、加拿大、德国和中国等国人才流动量落后于美国,中国人才流入量大于流出量。

全球TOP1000学者迁徙图

中国TOP1000学者分布

我们以“computer graphics”为关键词,在AMiner数据库中对计算机图形学领域h-index排名在前1000的中国人才进行挖掘,得到了TOP1000学者在国内计算机图形学领域人才分布图。

中国TOP1000学者分布图

由上图可以看出,计算机图形学学者在中国主要集中于北京及上海等有计算机基础的地方,其次是长沙和成都。

会议篇

SIGGRAPH是由ACMSIGGRAPH(美国计算机协会计算机图形专业组)组织的计算机图形学顶级年度会议。第一届SIGGRAPH会议于1974年召开。该会议有上万名计算机从业者参加,最近一次在洛杉矶举行。过去的SIGGRAPH曾经在达拉斯,波士顿,西雅图,新奥尔良,圣地亚哥和美国的其他地点举办。SIGGRAPH 2011于2011年在温哥华举行,这是SIGGRAPH首次在美国以外的城市举行。2018年SIGGRAPH将于8月在温哥华举行。

应用篇

图形学发展迅速,已经成为一门独立的学科。计算机图形学已经应用到各个领域,例如计算机辅助设计与制造,自然景物仿真和计算机动画等,在我们的生活随处可见,将可视化用于天气预报,使气象预报越来越准确;用于地质勘探,使地质学家可以发现新资源;用于医学,做一些精密的手术等。

趋势篇

通过AMiner对1971 – 2017年间图形学领域论文的挖掘,我们总结出20多年来,图形学的领域关键词主要集中在graphical models(图形模型)、virtual reality(虚拟现实)、graphics hardware(图形硬件)、computational modeling(计算模型)等领域。

图中,每个彩色分支表示一个关键词领域,其宽度表示该关键词的研究热度。

各关键词在每一年份(纵轴)的位置是按照这一时间点上的热度高低进行排序的。

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