tsarevfs

По вашим ссылкам уже есть отличные статьи
Немного про математику
https://habr.com/en/post/131931/
Лучшее что попадалось на русском про низкий уровень 3D графики и математику https://habr.com/en/post/248153/
Про OpenGL
https://habr.com/en/post/310790/

Именно про 2D что-то придумать сложнее. Часто это или те-же 3D способы визуализации, но в одной плоскости(https://habr.com/en/post/204782/), или игра со спрайтами, которые нарисовал художник (https://habr.com/en/post/261987/) . Или canvas c рисованием примитивами типа линий, кругов и прямоугольников для всяких графиков, схем.
Еще есть всякая геометрическая или научная визуализация в духе такого:
https://twitter.com/lisyarus/status/1202295648986583046
https://twitter.com/SamIAre
Короче в 2D важнее что ты рисуешь, а не как ты это делаешь.

https://habr.com/en/post/328284/

https://stellarium.org/ru/
У него есть API, через которое наверняка можно достать какие-то данные.

Compute shaders про расчеты. Но они могут не везде поддерживаться.
Я бы рекомендовал искать решения похожих на вашу задач на gpu.
А так можете посмотреть как работать с offscreen рендерингом. Расчет простой математики не будет сильно отличаться от типичных задач отрисовки. Обычно рисуют прямоугольник на весь "экран", и считают в фрагментном шейдере.

Нужно добавить освещение. Тогда поверхности под разным углом к свету будут визуально отличаться.

https://myogre.wordpress.com/2011/10/17/man2/
Посмотрите секцию "Создание источников света".

Ну, как вариант, gamedev. Тут и моделирование, и геометрия пригодится и психология не помешает.