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王长波，高岩 著

图书标签:

• 计算机图形学
• 3D图形学
• 图形渲染
• OpenGL
• DirectX
• 计算机视觉
• 游戏开发
• 可视化
• 建模
• 动画

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111313113

版次：1

商品编码：10350590

品牌：机工出版

包装：平装

开本：16开

出版时间：2010-09-01

用纸：胶版纸

页数：253

内容简介

本书重点介绍三维计算机图形学的基本概念、算法与编程实现，以及3D图形开发技术的最新进展。主要内容包括：计算机图形学概述、基本图形生成算法、3D图形数学基础、图形变换、三维场景的绘制基础、真实感图形光照处理、纹理映射技术、场景组织与管理技术、游戏特效绘制技术、地形绘制技术、阴影绘制技术、碰撞检测技术、计算机动画技术、GPU硬件加速技术等。
本书理论结合实际，图文并茂，注重培养学生的编程实现能力，可作为高等院校本科生或研究生计算机图形学课程的教材，也可供从事计算机图形学、游戏动画开发等工作的研究人员参考。封底无防伪标均为盗版
版权所有，侵权必究
本书法律顾问北京市展达律师事务所

目录

前言
教学建议
第1章计算机图形学
1?1计算机图形学概述
1?2计算机图形学的发展历史
1?3计算机图形学的应用领域
1?3?1计算机辅助设计 （CAD/CAM）
1?3?2科学计算可视化
1?3?3图形化的用户界面
1?3?4电脑游戏
1?3?5动画特效
1?3?6地理信息系统
1?3?7虚拟现实系统
1?3?8计算机艺术
1?4计算机图形设备与图形系统
1?4?1计算机图形设备
1?4?2计算机图形系统
1?5计算机图形的最新发展动向
本章小结
习题
第2章基本图形生成算法
2?1图形光栅化的原理
2?2直线的光栅化算法
2?2?1逐点比较法
2?2?2数值微分法
2?2?3中点Bresenham算法
2?3圆的光栅化算法
2?3?1简单方程法产生圆弧
2?3?2Bresenham算法产生圆弧
2?4其他图形的光栅化算法
2?5基本图元的代码实现
2?5?1基本图元的C语言实现
2?5?2基本图元的MFC实现
2?6多边形填充
2?7宽图元
2?7?1复制像素画宽图元
2?7?2移动画笔画宽图元
本章小结
习题
第3章3D图形中的数学基础
3?1坐标系
3?2向量
3?2?1向量的基本概念
3?2?2向量的基本运算
3?2?3向量的代码实现
3?3矩阵
3?3?1矩阵的基本概念
3?3?2矩阵的基本运算
3?3?3Direct3D中的矩阵
3?4空间几何的运算
3?4?1几何形体的表达
3?4?2几何体之间的空间关系
本章小结
习题
第4章图形变换
4?1二维及三维图形几何变换
4?1?1二维图形几何变换
4?1?2三维图形几何变换
4?2投影与投影变换
4?2?1平行投影
4?2?2透视投影
4?3图形变换的实现
4?3?1Direct3D中的矩阵
4?3?2Direct3D中的矩阵变换
4?4编程实例
本章小结
习题
第5章三维场景绘制基础
5?1三维场景绘制流水线
5?1?1世界变换
5?1?2观察空间变换
5?1?3背面拣选
5?1?4光照
5?1?5裁剪
5?1?6投影
5?1?7视口变换
5?1?8光栅化
5?2Direct3D的绘制流程
5?2?1创建场景
5?2?2绘制场景
5?2?3Direct3D绘制流水线
本章小结
习题
第6章真实感图形光照处理
6?13D图形的颜色原理
6?1?1颜色的光学性质
6?1?2CIE色度图
6?1?3颜色空间模型
6?2光照明模型
6?2?1简单光照明模型
6?2?2基于简单光照明模型的多边形绘制
6?2?3整体光照明模型和光线跟踪算法
6?3光照的Direct3D编程实现
6?3?1Direct3D颜色定义
6?3?2光源
6?3?3材
6?3?4Direct3D顶点颜色
本章小结
习题
第7章纹理映射技术
7?1纹理映射的基本原理
7?1?1纹理的基本概念
7?1?2纹理映射的概念
7?1?3纹理映射中的几何关系
7?2纹理映射的实现过程
7?2?1纹理映射的OpenGL实现
7?2?2纹理映射的Direct3D实现
7?3高级纹理映射技术
7?3?1纹理的优化处理技术
7?3?2多重纹理映射
7?3?3凹凸纹理
7?3?4环境映射技术
本章小结
习题
第8章场景组织与管理技术
8?13D场景组织方式
8?1?1场景图
8?1?2基于绘制状态的场景管理
8?2优化场景绘制的几何剖分技术
8?2?1四叉树
8?2?2八叉树
8?2?3BSP树
8?3三维场景的快速可见性判断
8?3?1入口技术
8?3?2遮挡剔除
8?3?3潜在可见集方法
8?4LOD加速绘制技术
8?4?1LOD技术分类
8?4?2LOD的主要简化方法分类
8?4?3典型LOD的简化方法
本章小结
习题
第9章游戏特效绘制技术
9?1广告牌技术
9?2粒子系统技术
9?2?1粒子的属性
9?2?2粒子系统的创建
9?3精灵动画技术
9?5烟、雾、火特效技术
9?5?1粒子系统
9?5?2分形几何
9?5?3过程纹理
9?5?4细胞自动机
9?5?5基于物理的方法
9?6眩光特效技术
9?6?1太阳及镜头光晕的绘制
9?6?2光晕淡入淡出效果
9?6?3可见性判断
本章小结
习题
第10章地形绘制技术
10?1地形绘制的基本理论
10?1?1地形生成
10?1?2地表纹理
10?1?3地形光照
10?1?4地形的雾化效果
10?2简单地形的绘制方法
10?2?1生成地形高度数据
10?2?2创建地形网格
10?2?3添加纹理
10?2?4计算阴影
10?2?5添加雾化效果
10?3高级地形绘制技术
10?3?1地形LOD技术简介
10?3?2基于GeoMipmapping的地形LOD技术
本章小结
习题
第11章阴影绘制技术
11?1阴影的基本原理
11?2平面阴影技术
11?2?1投影矩阵
11?2?2模板缓存
11?2?3绘制过程
11?3复杂阴影实现技术
11?3?1阴影图算法
11?3?2阴影体算法
本章小结
习题
第12章碰撞检测技术
12?1碰撞检测的基本原理
12?1?1概念
12?1?2碰撞检测问题描述
12?1?3碰撞检测算法分类
12?2高级碰撞检测技术
12?2?1基于图像空间的碰撞检测算法
12?2?2基于一般表示模型的碰撞检测算法
12?2?3面向可变形体的碰撞检测算法
12?3基本碰撞检测算法实现
12?3?1使用边界框测试碰撞
12?3?2使用边界球测试碰撞
12?4示例程序
12?4?1边界框碰撞
12?4?2边界球碰撞
本章小结
习题
第13章计算机动画技术
13?1计算机动画概述
13?2计算机三维动画过程
13?3关键帧动画
13?4过程动画
13?4?1三维纹理映射与过程纹理
13?4?2L系统
13?4?3傅里叶合成技术
13?5变形动画
13?6基于物理模型的动画
13?6?1刚体动力学模拟
13?6?2弹性变形体模拟
13?6?3流体模拟
13?7人体和关节动画
13?7?1人体骨架模型
13?7?2运动学方法
13?7?3动力学方法
13?7?4基于运动捕获的方法
本章小结
习题
第14章GPU硬件加速技术
14?1GPU硬件加速的原理
14?2GPU与CPU比较
14?3HLSL着色器
14?3?1HLSL简介
14?3?2HLSL的数据类型
14?3?3编写HLSL着色器代码
14?3?4在Direct3D程序中加载
14?3?5HLSL的Effect框架
14?3?6基于HLSL的光照效果程序
14?4GLSL着色器
14?4?1GLSL数据类型
14?4?2GLSL的输入输出
14?4?3顶点着色器与片段着色器操作
14?4?4GLSL光照示例程序
本章小结
习题
附录A图形开发库Direct3D编程入门
附录BOpenGL简介
参考文献

前言/序言

《光影的诗篇：从像素到现实的视觉构建》 引言 我们生活在一个日益视觉化的时代，从触手可及的智能手机屏幕，到浩瀚无垠的数字世界，视觉信息无处不在，并以惊人的速度重塑着我们的认知和互动方式。当我们凝视电影中栩栩如生的人物，沉浸于游戏世界里的壮丽风景，或是审视医学影像中的精微结构时，我们都在无形中被一股强大的力量所引导——那是构建了这一切视觉奇观的底层逻辑与技术。这本书，正是为了揭开这层面纱，带领读者深入探究那些将二维像素转化为三维幻象，最终在我们的感官中烙下深刻印记的奥秘。 我们不在此书中探讨“3D计算机图形学”这一具体学科的定义、历史沿革、核心算法或数学原理。本书的关注点在于，当我们站在观众的角度，如何理解和欣赏我们所见到的每一个像素的跃动，每一束光影的变幻，以及每一个三维模型的塑造。它并非一本技术手册，而是关于“看见”的艺术与科学的交织，关于如何从最基础的点、线、面出发，最终构建出足以乱真的视觉体验。 第一章：从微观到宏观的感知边界 在踏入本书的探索之旅前，我们首先需要理解“视觉”本身是如何被构建和解读的。我们所看到的，并非直接反映于眼前的物理世界，而是经过大脑一系列复杂的加工和诠释。这种感知过程，从最基础的光线接收，到大脑对形状、颜色、深度、运动的识别，构成了一个精密的神经网络。 本书将从“感知”的视角切入，而非“技术”的视角。我们将一同思考： 像素的魔力： 每个屏幕上的微小发光点，如何通过色彩的组合与排列，在我们眼中形成连续的图像？这种离散的单元如何跳脱出其物理限制，勾勒出连续的光滑曲面或细腻的纹理？我们将审视像素作为基本构件，如何承载着图像的全部信息，并讨论其在不同分辨率和显示技术下的表现差异。 色彩的语言： 色彩不仅仅是视觉的装饰，更是情感、信息和意境的载体。本书将探讨人类对色彩的感知机制，不同色彩组合所引发的情感联想，以及色彩在视觉叙事中的作用。从暖色调的温馨到冷色调的疏离，色彩如何影响我们对场景的解读和情绪的体验。 形状的辨识： 我们如何区分一个球体和一个立方体？大脑如何从二维投影中推断出三维物体的真实形状？我们将探讨视觉线索，例如轮廓、阴影、高光以及物体之间的遮挡关系，如何帮助我们构建对物体形态的理解。 空间的错觉： 远近、大小、深度的感知，是构建我们三维世界认知的基础。书中将分析一些视觉上的错觉，揭示大脑在理解空间关系时所依赖的线索，以及这些线索是如何被巧妙地应用于视觉表现中，以欺骗我们的眼睛，创造出令人惊叹的空间感。 第二章：光影的舞蹈——渲染的艺术 光线，是构成我们视觉世界的最基本元素。它赋予物体形态，塑造空间氛围，传递情感信息。而“光影”，则是光线与物体相互作用所产生的视觉现象，也是艺术家和设计师手中最强大的工具之一。本书将深入探究光影在视觉构建中的核心地位，以及它如何被“翻译”成屏幕上的数字信号。 本章将不会涉及具体的渲染方程或算法，而是着重于“光影效果”的感知和表现： 光源的形态与特性： 不同类型的光源——例如点光源、聚光灯、面光源，以及自然光和人造光——它们所产生的阴影、高光和整体照度有何不同？我们将分析不同光源设置对场景氛围和物体质感的影响。 阴影的意义： 阴影不仅仅是物体的“投影”，它还提供了关于物体形状、方向、与地面关系的宝贵信息。我们将探讨不同类型的阴影——硬阴影、软阴影，以及它们如何影响我们对物体真实感和空间深度的判断。 高光的魔力： 物体表面的高光，揭示了其材质的特性，以及光线照射的角度。光滑的金属表面会产生锐利的高光，而粗糙的表面则呈现出漫射的、柔和的高光。我们将分析高光如何为物体注入“生命力”，使其看起来不再是扁平的图像，而是拥有体积和质感的实体。 色彩的互动： 光线与物体表面的色彩发生相互作用，产生散射、反射和吸收。这些复杂的色彩互动，最终构成了我们眼中丰富多彩的世界。本书将探讨不同色彩的物体在光线照射下会如何影响周围环境的色彩，以及这种“色彩渗透”如何增强场景的真实感。 环境光与间接照明： 除了直接的光源，环境中的漫反射光线同样至关重要。它能够柔化阴影，填补细节，让整个场景更加自然。我们将审视环境光和间接照明如何为图像增添层次感和深度，使其从“曝光过度”的单调走向“富有层次”的丰富。 第三章：模型的语言——形状的塑形 在光影描绘出场景的骨架之后，形体则是填充其血肉的灵魂。无论是宏伟的建筑、精密机械，还是生动的人物，它们都需要一个清晰、准确的三维“模型”作为基础。本书将从“形状”的形成与表达出发，探讨“模型”是如何被构思和呈现的。 本章将避免讨论建模软件的操作细节或几何学原理，而是聚焦于“模型”的视觉呈现与感知： 从基本体到复杂体： 任何复杂的形状，都可以被分解为最基本的几何单元，如点、线、面、球体、立方体等。我们将思考，如何从这些最基础的元素出发，通过组合、变形和细化，最终构建出令人信服的复杂形体。 曲面的魅力： 现实世界中，大部分物体并非由尖锐的棱角构成，而是拥有流畅、自然的曲面。本书将探讨曲面在视觉表现中的重要性，以及它们如何为物体带来柔和、动感和生命力。 拓扑结构的影响： 物体的“拓扑结构”，即其基本连接关系，决定了它的整体形态。例如，一个环形和一个球体，虽然表面光滑，但其拓扑结构是截然不同的。我们将审视拓扑结构如何在视觉上影响我们对物体整体性的理解。 比例与对称： 比例和对称是构成和谐、美观形体的基本原则。我们将分析不同文化、不同风格下的形体比例标准，以及对称和非对称设计如何传达不同的视觉感受。 细节的力量： 即使是最精美的模型，也需要细节的点缀来增添真实感。从衣物的褶皱，到机械的螺丝，再到皮肤的纹理，这些细节的巧妙运用，能够极大地提升模型的表现力。 第四章：运动的叙事——动态视觉的魔幻 静态的图像固然迷人，但当画面开始流动，当物体在空间中穿梭，我们便进入了一个全新的维度——动态视觉。运动，是生命力的体现，也是叙事最直接、最有效的手段。本书将探索，如何在屏幕上“制造”出逼真的运动，以及这些运动如何服务于视觉的表达。 本章将不涉及物理引擎或动画曲线的细节，而是关注“运动”本身给观众带来的感知体验： 时间与空间的交织： 动态视觉，是将时间维度引入到三维空间之中。我们将思考，运动如何改变我们对物体形状、速度、轨迹的感知，以及时间流逝带来的叙事张力。 运动的规律与节奏： 现实世界中的运动，往往遵循着一定的物理规律和内在节奏。例如，抛物线的轨迹，惯性的作用，以及生物体的自然动作。我们将分析这些“运动规律”如何被捕捉和模仿，以营造逼真的视觉效果。 速度与加速度的感知： 运动的速度和加速度，能够直接影响我们的情绪和判断。快速的移动带来紧张刺激，而缓慢的动作则可能营造出宁静或沉思的氛围。我们将探讨如何通过画面表现来传达不同的运动速度感。 形变与变形的艺术： 物体的形变，如布料的飘动，肌肉的律动，甚至流体的动态，都充满了视觉上的吸引力。本书将审视形变如何为物体注入生命，使其看起来更加真实和富有表现力。 多视角下的运动： 同一个动作，在不同的视角下会呈现出截然不同的效果。我们将分析不同镜头语言如何捕捉和呈现运动，以及运动在镜头切换中如何构建故事的连贯性。 第五章：沉浸的体验——虚实之间的边界 当我们能够“看见”物体，能够“感受”光影，能够“理解”运动，那么下一步便是“沉浸”。本书的最后一章，将探讨如何将以上所有元素融会贯通，创造出令人“身临其境”的视觉体验。 本章将不涉及VR/AR的硬件技术，而是聚焦于“沉浸感”的心理和视觉要素： 细节的真实性： 无论是场景的纹理，物体的材质，还是微小的动态，细节的真实性是构建沉浸感的基础。我们将反思，那些看似不起眼的细节，如何共同作用，将观众从旁观者拉入到故事之中。 叙事的力量： 视觉的最终目的是传递信息和情感。一个引人入胜的故事，能够让观众全身心地投入其中，对每一个视觉元素都产生深刻的连接。我们将探讨视觉元素如何共同服务于叙事，从而提升整体的沉浸感。 感官的协调： 尽管本书侧重于视觉，但我们也会触及到，视觉信息如何与其他感官信息（如声音）相互协同，共同作用于我们的感知体验。 超越屏幕的想象： 最终，真正的沉浸感，源于观众内心世界的激活。本书旨在启发读者，从“看见”的表象，深入到“理解”与“感受”的层面，让每一次视觉的体验，都成为一次深刻的连接和想象的飞跃。 结语 《光影的诗篇：从像素到现实的视觉构建》是一次关于“观看”的探索，是一场关于“理解”的旅程。我们期望通过本书，读者能够对屏幕上呈现的每一个精彩画面，拥有更深层次的欣赏和理解。它不是一本教会你如何“制造”视觉的指南，而是一本帮助你“看见”得更清楚，“感受”得更深刻的书。愿你我在光影交织的世界里，发现更多属于视觉的诗篇。

评分☆☆☆☆☆

这是一本引人入胜的读物，它不仅仅是一本技术指南，更像是一次探索视觉奇迹的旅程。作者以极其生动和富有洞察力的笔触，将那些原本可能令人望而生畏的3D计算机图形学概念，一一展现在我们眼前。我尤其欣赏书中对基础原理的细致阐述，从光栅化到光线追踪，再到复杂的着色模型，每一个环节都被拆解得清晰明了，仿佛有一位经验丰富的向导，带着我们穿越由数学和算法构筑的抽象世界。书中穿插的大量精美插图和示意图，更是起到了画龙点睛的作用，它们不仅仅是装饰，更是理解抽象概念的桥梁，让枯燥的理论瞬间变得生动起来。读着读着，我仿佛能亲手“塑造”虚拟世界，感受光影在模型上跳跃的魔力。对于任何对数字艺术、游戏开发、动画制作，甚至是虚拟现实技术感兴趣的朋友，这本书都绝对是开启你想象力大门的绝佳钥匙。它鼓励你去思考，去创造，去打破界限，去用代码和算法构建属于你自己的数字宇宙。

评分☆☆☆☆☆

这本书带来的最大价值在于它能够激发读者的探索欲和创造力。作者在文中反复强调了理论与实践相结合的重要性，并通过大量案例分析，展示了如何将书中所学的知识应用到实际项目中。我特别喜欢书中那些关于性能优化和算法选择的讨论，它们让我意识到，在追求视觉效果的同时，效率也是至关重要的。作者并没有回避技术上的挑战，而是鼓励读者去思考如何设计出更高效、更优雅的解决方案。读完这本书，我感觉自己不再仅仅是一个被动的观察者，而是有能力去主动创造和设计。它提供了一个坚实的基础，让我们可以自信地踏入3D计算机图形学的广阔天地，去探索、去实验、去实现那些曾经只能在脑海中构想的奇妙世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我惊喜的是它对于高级图形技术的阐述。作者并没有止步于基础概念，而是大胆地触及了诸如曲面细分、粒子系统以及高级动画技术等前沿领域。这些内容对于我来说，原本是非常遥不可及的，但作者凭借其出色的教学能力，将复杂的算法和数学模型变得易于理解。我尤其对书中关于粒子系统的讲解感到兴奋，想象着如何用成千上万个微小的点来模拟烟雾、火焰甚至雨滴，这其中的创造力是无穷的。同时，书中对动画原理的探讨，也让我理解了如何让静态的模型“活”起来，赋予它们生命和情感。这本书让我意识到，3D计算机图形学不仅仅是关于如何“画”东西，更是关于如何“创造”运动、生命和无限的可能性。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我打开了一个全新的视角，让我意识到我们每天接触到的精彩数字画面背后，隐藏着多么庞大而精密的计算体系。作者在介绍渲染管线时，那种对细节的执着令人钦佩。从顶点处理到像素着色，每一个阶段都仿佛经历了一场精心编排的舞蹈。我尤其对书中关于材质和纹理的论述印象深刻，那些描述表面细节、光泽度、反射率的理论，让我明白了为何不同的物体在光线下会呈现出如此丰富多样的视觉效果。书中还探讨了全局光照和后期处理技术，这些内容直接触及了创造逼真视觉体验的核心。我仿佛看到了书中文字所描绘的光线如何在虚拟场景中反弹、散射，最终汇聚成我们肉眼所见的画面，这种感觉非常奇妙。对于渴望深入了解视觉渲染技术的朋友来说，这本书无疑是一本宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

我发现自己对书中关于几何变换和视角投影的部分非常着迷。作者并非简单地罗列公式，而是深入浅出地解释了这些数学原理是如何影响我们最终在屏幕上看到的图像的。旋转、缩放、平移，这些看似简单的操作，在书中被赋予了深刻的意义，让我理解了为何二维的屏幕能够展现出三维世界的深度和空间感。特别是对相机模型和视锥体的讲解，我感觉自己仿佛站在一个虚拟相机的后面，亲手调整焦距和视角，捕捉着眼前的一切。书中对矩阵运算在三维空间中的应用也进行了详尽的说明，虽然这部分有些挑战性，但作者的讲解方式非常循序渐进，结合了大量的实际例子，让我最终能够理解这些抽象的数学工具如何服务于图形的生成。读完这部分，我对那些逼真的3D场景背后所付出的精妙设计和数学智慧有了更深的敬意。

评分☆☆☆☆☆

这书讲的都是一些理论没有经验没一点基础的看了就是天书！

评分☆☆☆☆☆

内容可以，书有点皱，应该是仓库里放了很久

评分☆☆☆☆☆

大学没好好学图形学，拿这个做工程补补吧，价格很便宜。送货飞快！

评分☆☆☆☆☆

京东送东西就是快啊！产品也好

评分☆☆☆☆☆

内容可以 拿到手的时候书是折的 这个包装啊 无语

评分☆☆☆☆☆

同时间下单的2本书，这一本多等了三天，并且到手的时候边角有磨破

评分☆☆☆☆☆

好评

评分☆☆☆☆☆

京东送东西就是快啊！产品也好

评分☆☆☆☆☆

书送的很及时，挺不错的