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出版者:机械工业出版社

作者:贺炜

出品人:

页数:232

译者:

出版时间:2002-4-1

价格:15.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787111101239

丛书系列:

图书标签:

• 计算机绘图
• 图形学
• 计算机图形学
• 算法
• 渲染
• OpenGL
• DirectX
• 可视化
• 图像处理
• CAD

漫游于光影的国度：数字时代的视觉叙事与工程实践 《光影的构建：现代渲染技术与三维空间重塑》 引言：从二维平面到沉浸式三维世界 我们生活在一个被视觉信息主导的时代。从电影特效的奇幻景象，到工业设计中逼真的产品原型，再到虚拟现实（VR）和增强现实（AR）带来的全新交互体验，这一切的基石都建立在对三维空间的精确捕捉、建模和光影的模拟之上。然而，将一个抽象的数学模型转化为肉眼可见、具有真实感的光影效果，绝非易事。它横跨了数学、物理学、计算机科学和艺术设计的交叉地带，是人类智慧与计算能力的完美结合。 本书《光影的构建：现代渲染技术与三维空间重塑》，并非一本关于基础线条绘制或传统图形学的入门读物。它是一部深度聚焦于如何“欺骗”人眼，精确模拟真实世界光照行为的工程实践与理论探索之作。 我们将目光聚焦于二十一世纪以来，驱动视觉效果革命的核心技术——高级渲染方程的求解、实时光线追踪的实现，以及高效的几何数据结构优化。 第一部分：光线与几何的严密对话——渲染理论的深化 本书首先将读者带入渲染理论的深层结构。我们不再停留在简单的扫描线算法或基础的仿射变换，而是深入探讨基于物理的渲染（Physically Based Rendering, PBR） 的核心哲学。PBR 不仅关注“看起来像什么”，更关注“光线是如何作用的”。 1. 高级辐射度量学与BRDF的精妙：我们将详尽解析微上面理论（Microfacet Theory），这是理解表面散射的关键。从经典的 Phong、Blinn-Phong 模型，到现代电影工业广泛采用的 Cook-Torrance、GGX 模型，本书会逐一剖析其背后的数学推导，特别是各项异性（Anisotropy）的处理方法。读者将学会如何根据材料的微观结构来定制精确的双向反射分布函数（BRDF），实现金属、塑料、皮肤等不同材质的精确表现。 2. 渲染方程的数学结构与求解路径：本书的核心挑战之一在于对渲染方程（Rendering Equation） 的深刻理解与实践。我们不仅会重温其积分形式，更会重点解析如何将这个看似不可解的积分转化为可计算的离散问题。我们将系统梳理蒙特卡洛积分方法的变种，包括路径追踪（Path Tracing） 的核心算法、重要性采样（Importance Sampling）的艺术，以及如何利用多次重要性采样（MIS）来平衡不同采样策略带来的方差，从而显著减少噪点并加快收敛速度。 3. 全局光照的实现：从光子到辐照度：全局光照（Global Illumination, GI）是区分真实感与非真实感的关键。本书将详细介绍如何超越直接光照的限制。我们不仅会介绍经典的辐射度（Radiosity）方法，更会着重讲解光子映射（Photon Mapping） 的两阶段渲染流程，包括光子场景的构建、近邻搜索的优化，以及如何通过光子缓冲（Photon Buffer）实现高效的间接漫反射和焦散（Caustics）效果。 第二部分：实时计算的疆界——现代GPU架构与光线追踪加速 在现代应用中，延迟（Latency）是不可容忍的。本书的第二部分将舞台转向了高性能计算，探索如何将这些耗时的全局光照计算压缩到毫秒级别，以实现实时交互。 1. GPU并行计算范式（GPGPU）：我们将深入探讨通用计算图形处理器（GPGPU） 的架构特性，包括线程束（Warp）调度、内存层次结构（共享内存、全局内存）对渲染性能的影响。读者将学习如何使用现代着色语言（如HLSL/GLSL的高级特性）来优化光线与几何体的求交测试。 2. 加速结构：空间划分的艺术：实时渲染的瓶颈往往在于几何体数量的爆炸性增长。本书将详细对比和分析各种空间划分数据结构的优劣。重点解析包围盒层次结构（BVH） 的构建算法（如SAH准则），以及如何在GPU上实现动态BVH的快速遍历和更新，这对实现可形变的实时场景至关重要。 3. 混合渲染与硬件加速光追：随着新一代图形硬件的普及，本书将聚焦于混合渲染（Hybrid Rendering） 策略。我们将解析硬件级光线追踪核心（如NVIDIA RTX或AMD RDNA架构）的工作原理，如何有效地将光栅化（Rasterization）与光线追踪（Ray Tracing）的优势结合，例如，使用光栅化进行直接照明和遮挡查询，而将光线追踪留给复杂的反射、折射和软阴影计算，从而在保证性能的同时实现前所未有的真实感。 第三部分：从数据到感知——高级建模与用户体验 优秀的渲染不仅依赖于物理模型的准确性，还依赖于输入数据的质量以及对人类视觉系统的理解。 1. 程序化纹理与细节生成：本书探讨了超越传统UV贴图的技术。我们将介绍噪声函数（Noise Functions） 的应用，如Perlin噪声、Worley噪声在生成自然地貌、木材纹理和复杂表面细节中的应用，以及如何利用分形几何来描述自然界中常见的复杂结构。 2. 感知一致性与色彩管理：最终的图像必须通过人眼感知。本书将详细阐述色彩空间的重要性，从XYZ到sRGB的转换，以及高动态范围（HDR） 数据的处理。重点解析色调映射（Tone Mapping） 算法（如ACES或Reinhard算法），确保渲染出的高亮度信息在标准显示设备上仍能保持视觉层次和细节。 3. 体积渲染与大气效应：对于烟雾、云层和水下光照，传统的表面反射模型已不足以描述。本书将介绍体积渲染（Volume Rendering） 的基础，包括单次散射模型、多重散射的近似方法，以及如何利用相函数（Phase Function） 来模拟光线在介质中被粒子散射的方向性，重现逼真的丁达尔效应（Tyndall Effect）和体积雾景。 结语：面向未来的视觉计算 《光影的构建》旨在为读者提供一套完整、深入且面向实践的知识体系，帮助专业人士和高级爱好者理解当前视觉计算领域的最前沿技术。它强调理论的严谨性与工程实现的紧密结合，鼓励读者不仅要“知道如何使用”现有的渲染器，更要能“构建和优化”自己的渲染管线。掌握这些技术，意味着你将有能力重塑光影，构建出任何可以想象的三维世界。

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