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计算机图形学是通过算法和程序在显示设备上构造出图形的一种技术。这与用照相机拍摄一幅照片的过程比较类似。当用照相机拍摄一个物体，比如说一幢建筑物的照片时，只有在现实世界中有那么一幢建筑物存在，才能通过照相的原理拍摄出一张照片来。与此类似，要在计算机屏幕上构造出三维物体的一幅图像，首先必须在计算机中构造出该物体的模型。这一模型是用一批几何数据及数据之间的拓扑关系来表示的，这就是造型技术。有了三维物体的模型，在给定了观察点和观察方向以后，就可以通过一系列的几何变换和投影变换在屏幕上显示出该三维物体的二维图像。为了使二维图像具有立体感，或者尽可能逼真地显示出该物体在现实世界中所观察到的形象，就需要采用适当的光照模型，以便尽可能准确地模拟物体在现实世界中受到各种光源照射时的效果。这些就是计算机图形学中的画面绘制技术。三维物体的造型过程、绘制过程需要在一个操作方便、易学易用的用户界面下进行，这就是人机交互技术。造型技术、绘制技术以及人机交互技术构成了计算机图形学的主要研究内容。
1.造型技术的发展 计算机辅助造型技术以构造的对象来划分，可以分为规则形体造型技术和不规则形体造型技术。规则形体指的是可以用欧式几何进行描述的形体，如平面多面体、二次曲面体、自由曲面体等，由它们构成的模型统称为几何模型。构造几何模型的理论、方法和技术称为几何造型技术，是计算机辅助设计的核心技术之一。早在20世纪70年代国际上就对几何造型技术进行了广泛而深入的研究，目前，已有商品化的几何造型系统提供给用户使用。由于非均匀有理B样条（non-uniform rational B-spline）具有可精确表示圆锥曲线的功能，并具有对控制点进行旋转、缩放、平移及透视变换后曲线形状不变的特点，因而为越来越多的曲面造型系统所采用。同时，将线框造型、曲面造型及实体造型结合在一起，并不断提高造型软件的可靠性也是造型技术的重要研究方向。
虽然几何造型技术已得到广泛应用，但只是反映了对象的几何模型，不能全面反映产品的形状、公差、材料等信息，从而使得计算机辅助设计/制造的一体化难以实现。在这样的背景下，出现了特征造型技术，是将特征作为产品描述的基本单元，并将产品描述成特征的集合。例如：将一个机械产品用形状特征、公差特征、技术特征三部分来表示，而形状特征的实现又往往是建立在几何造型的基础之上。目前，特征造型技术在国内外均处于起步阶段。
近几年来，由于发展动画技术的需要，提出了基于物理的造型技术。几何造型最终的模型是由物体的几何数据和拓扑结构来表示的。但是，在复杂的动画技术中，模型及模型间的关系相当复杂，有静态的，也有动态的。这时，靠人来定义物体的几何数据和拓扑关系是非常繁杂的，有时甚至是不可能的。在这种情况下，模型可以由物体的运动规律自动产生，这就是基于物理的造型技术的基本概念。显然，它是比几何造型层次更高的造型技术。目前，这种基于物理的造型技术不仅可在刚体运动中实现，而且已经开始用于柔性物体。
近年来，人们发现自然界中不规则的形体和丰富多彩的其他物体，不能用欧式几何简单地加以定义。因此，计算机图形学研究工作的另一个热点是如何在计算机内构造由不规则的形体所表示出来的模型，将类似山、水、树、草、云、烟、火等不规则的形体表示出来。与规则形体的造型技术不同，不规则形体的造型大多采用过程式模拟，即用一个简单的模型及少量的易于调节的参数来表示一大类物体，不断改变参数，递归调用这一模型一步一步地产生数据量很大的物体，因而这一技术也称为数据放大技术。国际上提出的基于分形理论的随机插值模型、基于文法的模型以及粒子系统模型等都是运用了这一技术的不规则形体造型方法，并已取得了良好的效果。
2.真实图形生成技术的发展 真实图形生成技术是指根据计算机中构造好的模型生成与现实世界一样的逼真图像。在现实世界中，往往有多个不同的光源，在光源照射下，根据物体表现的不同性质产生反射和折射、阴影和高光，并相互影响，构造出丰富多彩的世界。早期的真实图形生成技术用简单的局部光照模型模拟漫反射和镜面反射，而将许多没有考虑的因素用一个环境光来表示。20世纪80年代以后，陆续出现了以光线跟踪方法和辐射度方法为代表的全局光照模型，使得图像的逼真程度大为提高，但是却又带来了另一个问题，这就是计算时间很长。目前，在许多高档次的工作站上，已经配备了由硬件实现光线跟踪及辐射度方法的功能，从而大大提高了逼真图形的生成速度。
3.人机交互技术的发展 直至20世纪80年代初期，在设计计算机图形生成软件时，一直将如何节约硬件资源（计算时间和存储空间）作为重点，以提高程序本身的效率作为首要目标。随着计算机硬件价格的降低和软件功能的增强，提高用户的使用效率逐渐成为首要目标。为此，如何设计一个高质量的用户接口成为计算机图形软件的关键问题。
一个高质量的用户接口的设计目标应该是易于学习、易于使用、出错率低、易于回忆起如何重新使用这一系统并对用户有较强的吸引力。20世纪90年代中期以来，国际上出现了不少符合这一目标的人机交互技术。例如：屏幕上可以开一个窗口或者开多个窗口；从以键盘实现交互发展到以鼠标器实现交互；将菜单放在屏幕上而不是放在台板上；不仅有静态菜单而且有动态菜单；不但用字符串作为菜单而且用图标作为菜单；图标可以表示一个对象，也可以表示一个动作，从而使菜单的含义一目了然。
如何在三维空间实现人机交互一直是计算机图形技术的一个研究热点。近年来，虚拟环境技术的出现使三维人机交互技术有了重要进展。所谓虚拟环境是指完全由计算机产生的环境，但它具有与真实物体同样的外表、行为和交互方式。目前，典型的应用是用户头戴立体显示眼镜，头盔上装有一个敏感元件以反映头部的位置及方向，并相应改变所观察到的图像，手戴数据手套实现三维交互，并有一个麦克风用来发出声音命令。