计算机图形学各个领域的目标或许不同，但最终的形式都是渲染(即绘制)在二维的显示设备上的图像。下面是一个简单（可能并不完全）的分类：
计算机图形学-领域及分支：
1 绘制1.1 真实感绘制(非实时)1.1.1 光线追踪(Ray-tracing)1.1.2 全局光照(Global Illumination)......1.2 实时绘制1.2.1 Shading(BRDF, Programmable Shading等)1.2.2 纹理(Texture Synthesis, 反走样, 采样等)1.2.3 阴影和环境光照(Ambient Occlusion, Shadow Volume等)1.2.4 基于图像的算法(HDR, Depth of Field, Motion Blur等)1.2.5 光照算法(PRT, 球面谐波(Spherical Harmonic)等)......
2 建模2.1 曲面/曲线(Bézier曲线, B样条(B-Spline), 细分曲面(Subdivision Surface/Tessellation))2.2 网格(Mesh)及形变(Morphing)2.3 模型修复及重建(计算机视觉交叉方向)......
3 物理模拟3.1 刚体碰撞模拟3.2 流体模拟(烟 火 水)3.3 柔体模拟(布料 头发 皮肤 橡胶等)......
4 动画4.1 关键帧技术(keyframe)4.2 基于物理的动画(Human motion capture, character animation等)......
5 科学计算可视化5.1 标量场可视化(Isosurface和体绘制 Raycasting等)5.2 矢量场可视化(Flow visualization等)5.3 信息可视化(如Social-Network Link Graph等)......
6 延展和相关领域6.1 图形硬件和GPU Computing(利用GPU进行普适的并行计算)6.2 计算摄影学Computational Photography(图像处理和图形学的结合)6.3 计算机视觉Computer Vision(是计算机图形学的逆向学科 如何从二维图像和视频中提取三维空间信息和内容理解)6.4 大规模数据分析(大规模数据的可视化及物理模拟 如天气 洋流 社交网络信息等)6.5 游戏引擎(是实时绘制+建模+物理模拟+动画的集合体)6.6 电影动画及特效(是真实感绘制+建模+物理模拟+动画+计算机视觉等的集合体)6.7 编译器及编程模型(GPU Shading Language语言设计及并行编程模型)......
参考资料：[
1] Real-Time Rendering, Third Edition
[2] Physical-based Rendering, Second Edition
[2] The Visualization Hand Book
这个分类一定还不够完全，欢迎各位同仁指出不完备之处。不过提问者可以通过上面的表大概了解图形学的研究内容。至于未来的发展趋势，我个人从事的图形硬件和并行计算我认为是一个很有前景的方向。另外几乎在每个我所列出的领域内都有迷人而艰难的未解决的问题。在图灵奖历次获奖者中，和计算机图形学唯一相关的就是图形学之父Ivan Sutherland。所以说，计算机图形学是一个相当年轻的学科，会有很光明的发展前途。我会在下面列出一些曾经帮助过我的参考资料和一些领域的教授页面/软件资源以 1)供提问者进一步获取信息 2)展示图形学的迷人之处：
[1] 一篇极好的介绍球面谐波的教程：http://www.cs.columbia.edu/~cs4162/slides/spherical-harmonic-lighting.pdf
[2] Gatech教授Karen Liu 主要研究动画技术：http://www.cc.gatech.edu/~karenliu/Home.html
[3] TAMU教授Jin-xiang Chai 动画技术：http://faculty.cs.tamu.edu/jchai/
[4] Cornell教授Doug L. James 物理模拟：http://www.cs.cornell.edu/~djames/
[5] Stanford教授Ron Fedkiw 物理模拟：http://physbam.stanford.edu/~fedkiw/
[6] 物理模拟的一篇Siggraph课程：http://www.matthiasmueller.info/realtimephysics/
[7] 微软的Hugues Hoppe 模型+纹理：http://research.microsoft.com/en-us/um/people/hoppe/
[8] Caltech应用几何实验室：http://www.geometry.caltech.edu/geo.html
[9] 浙江大学GAPS实验室：http://www.gaps-zju.org/
[10] 清华大学胡事民教授实验室： http://cg.cs.tsinghua.edu.cn/
[11] 中科院深先所陈宝权教授： http://web.siat.ac.cn/~baoquan/
[12] UC Davis教授John Owens(我的导师:-)，GPU Computing：http://www.ece.ucdavis.edu/~jowens/
[13] GPU Gems 1/2/3: http://developer.nvidia.com/content/gpu-gems-part-i-natural-effects
http://developer.nvidia.com/node/17
http://developer.nvidia.com/content/gpu-gems-3
[14] Pixar的Renderman页面： https://renderman.pixar.com/
[15] 国内最好的开源游戏引擎(作者是MSRA的龚敏敏)： http://www.klayge.org/
[16] 最适宜学习引擎结构的游戏引擎OGRE： http://www.ogre3d.org/
[17] 个人认为最好的开源的基于物理的真实感绘制引擎LuxRender: http://www.luxrender.net/en_GB/index
[18] 图形学界最无私的奉献者Ke-sen Huang的主页，包含历次重要图形学会议所有可公开下载论文及资料链接 向他致敬：http://kesen.realtimerendering.com/
另外，上面提到的三本教材也值得一读。希望提问者能享受图形学的学习，尽快找到研究方向并作出好的成果。个人认为在拥有数据挖掘背景的前提下，提问者可以尝试在大规模数据分析和可视化或计算机视觉领域寻找感兴趣的方向，我个人有如下推荐：[1] 社交网络分析 http://en.wikipedia.org/wiki/Social_network_analysis
[2] 基于海量网络照片的三维模型重建http://www.cs.cornell.edu/~snavely/courses/phototour_im2gps/index.html
http://phototour.cs.washington.edu/
photosynth是微软的一个项目，看看埃菲尔铁塔的例子：http://photosynth.net/view.aspx?cid=be06fae6-bda7-4e91-aea3-d214fb4508e7
[3] 胡事民老师的一个非常聪明的项目，Sketch2photo：http://cg.cs.tsinghua.edu.cn/montage/main.htm