Datorgrafika ir datorzinātnes apakšnozare, kas nodarbojās ar vizuālās informācijas apstrādi un attēlošanu dažādās ierīcēs. Datorgrafiku var raksturot arī kā vizualizāciju jeb attēla veidošanas procesu. Zinātniskie pētījumi šajā jomā ir saistīti ar vizuālās informācijas kvalitatīvāko un ātrāko izvadi dažādās ierīcēs. Eksistē vairāki vizualizācijas paņēmieni un algoritmi, kuru pielietošana ir atkarīga no objekta jeb modeļa, ko jāattēlo ierīcē. Datorgrafika kā nozare ietver ne tikai vizualizācijas algoritmu un metožu izstrādi, bet arī programmatūras un ierīču, kas spēj attēlot vizuālo informāciju, izstrādi. Galvenais pētījumu uzdevums – iegūt pēc iespējas kvalitatīvāku attēlu vai reāllaika animāciju.

Datorgrafika ir viena no svarīgākajām nozarēm informācijas tehnoloģiju jomā, jo tā atbild par vizuālās informācijas attēlošanu lietotājam. Pēc savas būtības tas ir instruments – jebkura ierīce, kurai ir ekrāns, pielieto datorgrafikas algoritmus, lai vizualizētu informāciju.

Lai gan datorgrafika ir tikai instruments, tās algoritmi un metodes pamatojas uz fundamentālo un lietišķo zinātņu progresīvajiem sasniegumiem: matemātiku, fiziku, ķīmiju, bioloģiju, statistiku, programmēšanu un citiem. Tas attiecas gan uz programmatūru, gan aparatūras ierīcēm, kas ļauj izveidot un apstrādāt attēlus datorā. Tāpēc datorgrafika ir viena no visstraujāk attīstītajām informācijas tehnoloģijas nozarēm un daudzos gadījumos ir svarīgākais elements, kas veido visu datorindustriju.

Bez datorgrafikas nevar iedomāties ne tikai datoru, bet arī reālo pasauli. Datu vizualizācija atrodama visdažādākajās cilvēka darbības jomās, piemēram, medicīnā (datortomogrāfija), zinātniskos pētījumos (vielas, vektoru lauku u. c. datu vizualizācija), audu un apģērbu modelēšanā, izmēģinājumu un konstruktoru izstrādē.

Vizuālās informācijas apstrāde neierobežojas tikai ar tās attēlošanu ekrānā. Attēlus jāapstrādā, jāanalizē, jārediģē, jāatpazīst objekti uz tiem. Objekti un scēnas jāizveido, jārediģē. Tāpēc datorgrafika ir cieši saistīta ar nozarēm, kas nodarbojas ar vizuālās informācijas apstrādi un analīzi:

• attēlu apstrāde (image processing) – vizuālās informācijas analīzes process datu apstrādes sistēmā, kas ietver attēlu ievadīšanu datorā, to uzglabāšanu atmiņā, apstrādi un izvadīšanu;
• scēnu analīze (scene analysis) saistīta ar divdimensiju (2D) attēlu un trīsdimensiju (3D) scēnu apstrādi un analīzi. Scēnu analīze ietver gan attēla vai scēnas sadalīšanu nozīmīgos apgabalos (fragmentos), gan atsevišķa fragmenta atpazīšanu;
• tēlu atpazīšana (pattern recognition) – zinātnes joma, kas pētī problēmas, kā izdalīt kādu noteiktu tēlu citu tēlu kopā. Šo problēmu risināšana parasti saistīta ar tēlu pazīmju klasificēšanu un tēlu klašu noteikšanu, izmantojot šīs pazīmes, kā arī etalonus un šablonus. Tēlu pazīšanas metodes izmanto, piemēram, noteiktu konfigurāciju atrašanai signālos, risinot signālu ciparapstrādes uzdevumus, kā arī attēlu apstrādes un mākslīgā intelekta sistēmās;
• datorredze (computer vision) – teorija un tehnoloģija, kas palīdz veidot dažādas mašīnas, kuras spēj “redzēt”, t. i., mākslīgās sistēmas, kas var iegūt informāciju no reālās pasaules, izmantojot vizuālo datu ierakstīšanas ierīci (kameru).

1951. gadā Džejs Foresters (Jay Forrester) un Roberts Everets (Robert Everett) no Masačūsetsas tehnoloģijas institūta (Massachusetts Institute of Technology) izstrādāja lieldatoru Whirlwind, kas spēja attēlot primitīvos attēlus televizora monitorā vai vizuālā displeja iekārtā. 1955. gadā tiešais lieldatora Whirlwind pēctecis PAZA – Pusautomātiskais zemes aprīkojums (Semi-Automatic Ground Equipment, SAGE) – dators izmantoja vienkāršu vektoru grafiku, lai parādītu radaru attēlus, un kļuva par galveno Amerikas Savienoto Valstu (ASV) raķešu aizsardzības sistēmas sastāvdaļu. 1959. gadā General Motors un IBM izstrādāja pirmo datorizētā dizaina sistēmu, kura palīdzēja inženieriem izstrādāt automašīnas.

1960. gadā dizainers Viljams Feters (William Fetter) strādāja pie jauna projekta, kas ļautu optimizēt kompānijas Boeing lidmašīnas iekštelpu izmantošanu. Projekta ietvaros tika izstrādāti datorģenerēti attēli ar cilvēka ķermeņa ortogrāfisko projekciju. Šos attēlus V. Feters aprakstīja kā datorgrafiku, ieviešot jauno terminu informācijas tehnoloģijas nozarē. 1961. gadā datorgrafika pirmo reizi tika izmantota filmu industrijā. Džons Vitnijs (John Whitney, Sr.) izmantoja datorgrafiku, lai noformētu titrus Alfreda Hičkoka (Alfred Joseph Hitchcock) trillerim “Vertigo” (Vertigo, 1958). 1961. gadā Masačūsetsas tehnoloģijas institūta students Stīvs Rasels (Steve Russel) izstrādāja pirmo datorspēli – Spacewar!. 1963. gadā Ivans Saterlends (Ivan Sutherland), cilvēka-datora saziņas pētnieks, izstrādāja Sketchpad (to sauca arī par Robot Draftsman), vienu no pirmajiem ar datoru atbalstītajiem dizaina komplektiem, kurā attēlus varēja uzzīmēt uz ekrāna, izmantojot elektronisko zīmuli. Vēlāk I. Saterlends izstrādāja virtuālās realitātes iekārtas un lidojumu simulatorus. 1965. gadā datorgrafika tika pirmo reizi izmantota mākslā. Hovards Vaiss (Howard Wise) savā galerijā Manhetenā, Ņujorkā, rīkoja datordizaina mākslas izstādi. 1966. gadā Nacionālās aeronautikas un kosmosa administrācijas (National Aeronautics and Space Administration, NASA) reaktīvo dzinēju laboratorija izstrādāja attēlu apstrādes programmu video attēlu komunikācijai un atgūšanai ar nosaukumu VICAR (Video Image Communication and Retrieval), kas darbojas uz IBM lieldatoriem, lai apstrādātu ar kosmosa kuģu palīdzību uzņemtos mēness attēlus.

1970. gadā tika attīstītas Bezjē (Bézier) līknes, kas drīz kļuva par neaizstājamu instrumentu vektoru grafikā. 1972. gadā Atari izstrādāja PONG – populāru galda tenisa datorizēto versiju, ko datora ekrānā varēja spēlēt viens vai divi spēlētāji. 1973. gadā Ričards Šūps (Richard Shoup) izstrādāja mūsdienu datorgrafikas pakešu priekšteci SuperPaint.

1981. gadā uzņēmums Quantel izstrādāja Paintbox, revolucionāru datorgrafikas programmu, kas ļāva rediģēt un manipulēt video attēlus. 1985. gadā Microsoft izstrādāja rastra grafikas zīmēšanas pamatprogrammas MS Paint pirmo versiju. Pateicoties vienkāršībai, tā kļuva par vienu no pasaulē populārākajām datormākslas programmām.

1990. gadā tika izlaista pirmā Adobe PhotoShop versija (viena no pasaulē populārākajām profesionālā grafiskā dizaina paketēm). Tajā pašā gadā tika izstrādāta arī vienkārša, datorlietotājiem pieejama grafikas programma ar nosaukumu PaintShop (vēlāk PaintShop Pro). 1999. gadā Pasaules tīmekļa konsorcijs (World Wide Web Consortium) uzsāka SVG (Scalable Vector Graphics) izstrādi, kas ir veids, kā izmantot teksta (XML) failus, lai tīmeklī nodrošinātu kvalitatīvākus attēlus. SVG attēli var ietvert gan parastās vektorgrafikas, gan rastra grafikas elementus.

2007. gadā Apple izstrādāja pirmos telefonus ar skārienjutīgu lietotāja saskarni.

Datorgrafika ir plašs jēdziens, kas saistīts ar 2D attēlu vai 3D objektu, scēnu vizualizāciju monitorā, planšetē, projektorā, jebkurā citā ierīcē vai pat virtuālajā vidē. Atkarībā no scēnas dimensiju skaita datorgrafiku var sadalīt pēc telpiskās pazīmes: 2D grafika un 3D grafika. 2D grafikā attēls sastāv no plakaniem objektiem (ģeometriski primitīvi, teksta simboli, grafiki utt.). 3D grafikā scēna, no kuras tiek iegūts attēls, ko rāda ierīcē, ir trīsdimensiju. Pārveidot 3D scēnu 2D attēlā var vai nu ar fiziskiem līdzekļiem (fotogrāfiju, skenēšanu utt.), vai lietojot speciālus matemātiskus algoritmus – projicēt 3D scēnu 2D plaknē. Datorgrafikā mūsdienās pārsvarā notiek transformācija no 3D telpas uz 2D plakni – ekrānu. Ierīces gandrīz vienmēr attēlo objektus uz plakanās virsmas, izmantojot punktu kopu.

Divdimensiju grafiku iedala pēc attēlu ģenerēšanas un glabāšanas veidiem: rastra grafika (raster graphics) un vektorgrafika (vector graphics). Rastra grafikā jeb bitkartētā grafikā (bit-mapped graphics) attēlu veido atsevišķi pikseļi. Ir iespējams noteikt katra pikseļa krāsu, intensitāti. Rastra grafika ir piemērota attēlu veidošanai, fotogrāfiju apstrādei un citur. Rastra grafikas galvenais trūkums: mainot attēla izmēru, pasliktinās tā kvalitāte. Vektorgrafikā jeb objektorientētā grafikā (object-oriented graphics) attēlu veido no taisnēm un līknēm. Attēlu veidojošos objektus (līniju, elipsi, tekstu) apraksta ar matemātisku formulu palīdzību. Attēlā var atlasīt un apstrādāt tikai visu objektu, piemēram, taisni vai riņķi. Vektorgrafika ir pielāgota zīmēšanai, piemēram, logotipu un dažādu shēmu veidošanai, taču to nevar lietot attēlu apstrādei. Vektorgrafikas galvenā priekšrocība ir iespēja mainīt attēla izmēru, nezaudējot tā kvalitāti.

Trīsdimensiju grafiku iedala pēc 3D objekta vai 3D scēnas modeļa ģenerēšanas un glabāšanas veidiem: vokseļu modeļi un čaulas modeļi. Čaulas modeļus dala poligonālajos un analītisko virsmu modeļos.

Vokseļu modelis ir pikseļu vispārinājums 3D telpā. Šajā modelī 3D telpu sadala kubveida šūnās un katrai šūnai pieraksta, vai tā ir aizpildīta vai nē. Papildus var pierakstīt arī krāsu, blīvumu u. c. parametrus. Galvenais trūkums šim modelim ir milzīgs datu apjoms.

Čaulas modeļu gadījumā datorgrafikā tiek ģenerēta tikai objekta redzamā virsma. Nav nekādu datu par to, kas atrodas objekta iekšienē. Virsmas var modelēt dažādi. Piemēram, poligonālos modeļos objekta virsma tiek uzdota ar punktu kopas palīdzību. Punkti savā starpā tiek savienoti ar līnijām, kas veido objekta virsmas skaldnes (poligonus). Analītiskās virsmas parasti tiek aprakstītas ar sarežģītām formulām, līdzīgi divdimensiju vektorgrafikai.

Mūsdienās datorgrafika intensīvi attīstās un praktiski tiek pielietota gandrīz visās dzīves jomās. Datorizēta grafika ir gandrīz jebkurā mūsdienu filmā, pie tam izveidotas grafiskās scēnas ir fotoreālistiskas. Mūsdienās gandrīz visas multiplikācijas filmas veidotas, izmantojot datorgrafiku. Eksistē ierīces, kas spēj attēlot vizuālo informāciju UltraHD (4K) izšķirtspējā. Pašreiz datorgrafikas nozarē pētījumi ir saistīti ne tikai ar vizuālās informācijas attēlošanu ierīcē ar plakanu ekrānu, bet arī ar virtuālās vides sintezēšanu. Tiek strauji attīstīta papildinātā realitāte (Augmented Reality, AR); šis jēdziens apzīmē procesu, kad reālās vides maņu kairinājumiem līdztekus tiek nodoti arī šķietami objekti, galvenokārt informatīvas dabas. Raksturīgs šādas realitātes piemērs ir mobilā spēle Pokemon GO, kad, izmantojot planšetes vai viedtālruņa kameru, reālajā vidē var ieraudzīt 3D personāža modeli.

AMD (Advanced Micro Devices) ir starptautisks ASV uzņēmums, kas attīsta datorprocesorus u. c. saistītu nozaru produktus komerciālajam un patērētāju tirgum. AMD ir viens no pasaulē lielākajiem videokaršu (GPU) piegādātājiem. Autodesk ir starptautiska ASV datorprogrammatūru izstrādes kompānija, kas veido programmas arhitektūras, ražošanas, inženierijas un izklaides industrijām. Kompānija izstrādā programmatūru filmu apstrādei, animāciju, spēļu un vizualizāciju veidošanai. Adobe Systems ir starptautisks ASV uzņēmums, kas nodarbojas ar datorprogrammatūras izstrādi, kas koncentrējas uz multimediju un kreatīvu programmatūru izstrādi. Adobe ir pazīstama ar datorgrafikas un attēlu apstrādes lietojumprogrammu Photoshop. ASV kinokompānija Lucasfilm nodarbojas ar video un datorspēļu izstrādi, datorfilmēšanu un attēlu apstrādi, multiplikāciju veidošanu. Nvidia ir ASV korporācija, viena no pasaules lielākajām videokaršu (GPU) ražotājkompānijām un līdere GPU tehnoloģijās. Pixar ir kinostudija, kas darbojas datoranimācijas žanrā. Kompānija papildus animācijas filmu ražošanai nodarbojas arī ar 3D datoranimācijas programmatūras izstrādi. Kompānijas izstrādātā programma RenderMan izmantota vairāku filmu izveidē, piemēram, “Titāniks” (Titanic, 1997), “Matrikss” (The Matrix, 1999), “Gredzenu pavēlnieks” (Lord of the Rings, 2001). SIGGRAPH (Special Interest Group on Computer GRAPHics and Interactive Techniques, Datorgrafikas un interaktīvo tehnoloģiju grupa) organizē ikgadējo konferenci datorgrafikā. Pirmā SIGGRAPH konference tika organizēta 1974. gadā. Konferenci katru gadu apmeklē vairāki desmit tūkstoši profesionāļu un zinātnieku.

Žurnālā IEEE Transactions on Image Processing (Institute of Electrical and Electronics Engineers, ASV, kopš 1992) tiek apskatīti attēlu apstrādes, attēlveidošanas sistēmu un attēlu skenēšanas, displeja un drukāšanas signāla apstrādes aspekti. Tas ietver teoriju, algoritmus un arhitektūru attēlu kodēšanai, filtrēšanai, pastiprināšanai, atjaunošanai, segmentēšanai un kustības novērtēšanai; attēla veidošanos tomogrāfijā, radarā, sonārā, ģeofizikā, astronomijā, mikroskopijā un kristirogrāfijā; attēlu skenēšanu un krāsu reproducēšanu. ACM Transactions on Graphics (Association for Computing Machinery, ASV, kopš 1986) ir profesionāls žurnāls datorgrafikas jomā, kur vadošie pētnieki publicē sasniegumus datorizētā dizainā, sintētisko attēlu ģenerēšanā, renderēšanā, stabilā modelēšanā u. c. jomās. Žurnāls Computer Aided Geometric Design (Elsevier BV, Nīderlande, kopš 1984) ir paredzēts pētniekiem, zinātniekiem un programmatūras izstrādātājiem, kas nodarbojas ar matemātiskām un skaitļošanas metodēm ģeometrisku objektu aprakstam, kas rodas jomās no CAD/CAM līdz robotikai un zinātniskai vizualizācijai. Primārie pētāmie objekti ir līknes, virsmas, sadalījuma virsmas, kā arī algoritmi to ģenerēšanai, analizēšanai un manipulēšanai. CAD Computer Aided Design (Elsevier Ltd., Anglija, kopš 1968) ir starptautisks žurnāls, kas nodrošina inženierus, dizainerus un datorzinātniekus akadēmiskajās aprindās un industrijā ar galvenajiem referātiem par pētījumiem un norisēm datoru pielietošanā dizaina procesā. Datorizētais dizains ir paredzēts referātiem, kas ziņo par jauniem pētījumiem un jaunām vai īpaši nozīmīgām lietojumprogrammām daudzās tēmās. Žurnāls Computer Graphics Forum (Blackwell Publishing Inc., Anglija, kopš 1982) ir unikāls, starptautisks informācijas avots datorgrafikas profesionāļiem, kuri interesējas par grafikas attīstību visā pasaulē. Mūsdienās tas ir viens no vadošajiem žurnāliem datorgrafikas pētniekiem, izstrādātājiem un lietotājiem gan komercvidē, gan akadēmiskajā vidē. Žurnāls ziņo par jaunākajām norisēm jomā visā pasaulē un aptver visus datorgrafikas teorijas, prakses un pielietojuma aspektus.

Franču inženierim un vienam no ģeometriskās modelēšanas jomas dibinātājiem Pjēram Bezjē (Pierre Bézier) pieder patents uz Bezjē līknēm un Bezjē virsmām, kas tiek plaši izmantotas datorgrafikas modelēšanas uzdevumos. Donalds Grīnbergs (Donald Greenberg) ir galvenais inovators datorgrafikā. Franču matemātiķis Benuā Mandelbrots (Benoit Mandelbrot) pazīstams kā fraktāļu ģeometrijas pamatlicējs. Fraktāļu ģeometrija tiek izmantota datorgrafikā, lai ģenerētu dažādus attēlus un scēnas. Amerikāņu mākslinieks Čarlzs Tsurī (Charles Csuri) ir datoranimācijas un datoru mākslas pamatlicējs.