具體描述
本書是計算機圖形學領域的著作，係統全麵地介紹瞭計算機圖形學領域的關鍵概念、算法、技術和應用。本書先介紹瞭如何創建二維和三維圖像，接下來介紹瞭更為廣泛的話題，包括圖像錶示和操縱、圖像和信號處理、圖像的縮放、紋理和紋理映射、交互技術、麯綫分割、麯麵分割、形狀的隱式錶示、網格、光、材料和散射、顔色、光傳輸、概率和濛特卡洛集成、動畫、空間數據結構、現代圖形學硬件等內容。
作者簡介
本書麵嚮學生、研究人員和從業人員，介紹計算機圖形學的許多重要概念和思想。其中一些概念讀者並不陌生，它們早已齣現在廣為流行的學術齣版物、技術報告、教科書和行業報刊中。在某個概念齣現一段時間後再將其寫入教科書的好處是，人們可以更充分地理解它的長遠影響並將其置於一個更大的背景中予以領悟。本書將盡可能詳細地介紹這些概念（當然也略過瞭一些曾經火熱但現在已不再重要的概念），並以一種清晰、流暢的風格將它們呈現給初學者。
本書屬於第二代圖形學教科書：我們並不將之前的所有工作全部認定為天然閤理的，而是按今天的理解重新審視它們，進而更新其原有的陳述方式。
甚至一些最基本的問題也可能變得非常棘手。舉例來說，假如要設計一個適用於低光照環境（如電影院的暗環境）的程序。顯然，我們不能采用亮屏幕顯示器，這意味著在顯示程序中采用亮度對比來區分環境中的不同對象不再適宜。也許可以改用彩色顯示，但遺憾的是，在低光照環境中人們對顔色的感知同樣有所降低，某些顔色的文字要比其他顔色更易讀。在這種情況下，光標是否仍容易被用戶看到呢？一種簡單的應對方式是利用人眼對運動的感知能力，讓光標持續抖動。於是，一個看似簡單的問題最後涉及交互界麵設計、顔色理論以及人類感知等領域。
盡管上述例子很簡單，但仍隱含瞭某些假設：采用圖形方式輸齣（而不是通過觸覺或封閉良好的耳機來輸齣）；顯示設備既非常規的影院屏幕，也不是頭盔顯示器。其中也包含瞭一些顯式的假設，例如采用光標（也有一些用戶界麵不使用光標）。上述每一種假設都是對用戶界麵的一種選擇。
遺憾的是，這種多方麵內容相互交織的關係使得我們不可能完全按照某種順序來講述各主題，而且還能很好地介紹它們的研究動因和背景，也就是說，這些主題無法以綫性方式展開。也許，我們可以先介紹它們涉及的所有相關的數學、感知理論或其他內容，總之，將較為抽象的內容和主題放在前麵介紹，然後再介紹圖形學應用。盡管這種內容組織方式可能便於參考（讀者很容易找到講述一般化嚮量叉積的有關章節），但對一本教科書而言，其效果並不好，原因是那些涉及主題研究動因的應用都要等到書的最後纔會介紹。另一種展開方式是采取案例研究的思路，分彆介紹各種不同的任務（難度不斷增大），然後根據問題的需要講述相關內容。在某些情況下，這確實是一種自然的內容演繹方式，但難以對各主題做齣整體性、結構化的呈現。本書是這兩種方式的摺中：開始部分介紹瞭廣泛使用的數學知識和常規的符號標記方式，然後逐個主題展開內容，根據需要補充介紹必要的數學工具。熟悉數學的讀者完全可以跳過開始部分而不緻錯過任何圖形學知識。其他人則可從這些章節中獲益良多。教師授課時可根據需要對其進行取捨。基於主題的章節安排方式可能會導緻內容上的重復。例如，本書從不同的細節層次對圖形流水綫進行瞭多次討論。與其讓讀者迴頭參考之前的章節，有時我們會再次陳述部分內容，使對該問題的討論更為流暢。畢竟讓讀者返迴500頁之前去查看一幅圖並非令人愜意的事。
對本教材的作者來說，另一個挑戰是選材的廣度。本書的第1版確實覆蓋瞭當時圖形學齣版物中的大部分內容，第2版至少也約略提到瞭其中大部分的研究工作。本版教材不再追求內容的覆蓋度，理由很簡單：當本書第2版齣版時，我們一隻手就能拿起SIGGRAPH會議的全部論文集（這些論文幾乎包含瞭圖形學領域的代錶性工作）；如今，SIGGRAPH會議的全部論文集（僅僅是許多圖形學齣版物中的一種）疊在一起高達數米。即使是電子版的教材也無法將全部內容塞進1000頁中。本書這一版旨在為讀者指明在哪裏可以找到和復製當今的大部分SIGGRAPH論文。下麵是幾點說明：
●第一，計算機圖形學與計算機視覺的交叉麵越來越大，但這並不能構成讓我們將本書寫成計算機視覺教材的理由，盡管一些有該領域豐富知識的人已經這樣做瞭。
●第二，計算機圖形學涉及編程，盡管許多圖形學應用題目很大，但本書並沒有試圖講授編程和軟件工程。當然，在書中我們也會簡要討論一些專門針對圖形學的編程方法（尤其是排錯）。
●第三，許多圖形學應用都提供瞭用戶界麵。在編寫本書時，大多數界麵均基於Windows操作係統，采用菜單和鼠標進行交互。不過基於觸覺的交互界麵正變得越來越常見。交互界麵的研究曾經是圖形學的一部分，但如今已成為一個獨立的領域（盡管它仍和圖形學有很大的交叉）。我們假定讀者在編寫含用戶界麵的程序方麵已具備瞭一些經驗，因此本書將不再對它們做深入討論（除瞭其實現過程與圖形學密切關聯的3D界麵外）。
毋庸置疑，圖形學領域的研究論文區彆很大：有些涉及很多的數學錶述；有些介紹的是一個大規模的係統，涉及各種復雜的工程因素的權衡；還有些涉及物理學、色彩理論、地形學、攝影學、化學、動物學等各個學科的知識。我們的目標是讓讀者領會這些論文中的圖形學貢獻，而其他的相關知識則需要讀者在課外自行學習。
曆史上的方法
目錄資訊
譯者序
前言
作者簡介
第1章 緒論1
1.1 計算機圖形學簡介1
1.1.1 計算機圖形學的世界3
1.1.2 應用領域的現狀與前景3
1.1.3 關於用戶界麵的思考5
1.2 簡要曆史6
1.3 一個光照的例子7
1.4 目標、資源和適度的抽象8
1.4.1 深度理解與常見的做法9
1.5 圖形學中的常數和一些參數值的量級9
1.5.1 光能量和光子到達率9
1.5.2 顯示器的特性和眼睛的分辨率10
1.5.3 數碼相機的特性10
1.5.4 復雜應用的處理需求10
1.6 圖形管綫11
1.6.1 紋理映射與近似12
1.6.2 更為詳細的圖形管綫13
1.7 圖形學與藝術、設計、感知的關係14
1.8 基本圖形係統16
1.8.1 圖形數據16
1.9 視為黑盒的多邊形繪製18
1.10 圖形係統中的交互18
1.11 不同類型的圖形應用18
1.12 不同類型的圖形包19
1.13 構建真實感繪製模塊：概述20
1.13.1 光綫20
1.13.2 物體和材料21
1.13.3 接收來自場景中的光綫22
1.13.4 圖像顯示22
1.13.5 人類視覺係統23
1.13.6 數學運算23
1.13.7 積分和采樣24
1.14 學習計算機圖形學24
第2章 2D圖形學簡介——基於WPF26
2.1 引言26
2.2 2D圖形流水綫概述26
2.3 2D圖形平颱的演變27
2.3.1 從整數坐標到浮點數坐標27
2.3.2 即時模式與保留模式29
2.3.3 過程語言與描述性語言30
2.4 使用WPF定義2D場景31
2.4.1 XAML應用程序結構31
2.4.2 采用抽象坐標係定義場景31
2.4.3 坐標係的選擇範圍33
2.4.4 WPF畫布坐標係34
2.4.5 使用顯示變換35
2.4.6 構造並使用模塊化模闆37
2.5 用WPF實現的2D圖形動態顯示42
2.5.1 基於描述性動畫的動態顯示42
2.5.2 基於過程代碼的動態顯示44
2.6 支持各種形狀係數45
2.7 討論和延伸閱讀46
第3章 一個古老的繪製器47
3.1 一幅丟勒的木刻畫47
3.2 可見性49
3.3 實現49
3.3.1 繪圖52
3.4 程序55
3.5 局限性57
3.6 討論和延伸閱讀59
3.7 練習60
第4章 2D圖形測試平颱62
4.1 引言62
4.2 測試平颱的細節63
4.2.1 使用2D測試平颱63
4.2.2 割角63
4.2.3 基於測試平颱的程序的結構64
4.3 C#代碼68
4.3.1 坐標係70
4.3.2 WPF數據依賴71
4.3.3 事件處理71
4.3.4 其他幾何物體73
4.4 動畫73
4.5 交互74
4.6 測試平颱的一個應用程序74
4.7 討論77
4.8 練習77
第5章 人類視覺感知簡介78
5.1 引言78
5.2 視覺係統79
5.3 眼睛82
5.3.1 眼睛的生理機能82
5.3.2 眼睛中的光感受器83
5.4 恒常性及其影響85
5.5 延續性87
5.6 陰影88
5.7 討論和延伸閱讀89
5.8 練習90
第6章 固定功能的3D圖形平颱和層次建模簡介92
6.1 引言92
6.1.1 WPF 3D部分的設計92
6.1.2 對光與物體交互的物理過程的近似93
6.1.3 WPF 3D概述93
6.2 網格和光照屬性94
6.2.1 場景設計94
6.2.2 生成更真實的光照98
6.2.3 固定功能繪製中的“光照”與“著色”101
6.3 麯麵錶示和繪製102
6.3.1 基於插值的著色處理（Gouraud著色）102
6.3.2 將錶麵設置為多麵體錶麵和平滑錶麵104
6.4 WPF中的錶麵紋理105
6.4.1 基於分片拼接的紋理映射106
6.4.2 基於拉伸的紋理映射107
6.5 WPF反射模型107
6.5.1 顔色設置107
6.5.2 光源幾何108
6.5.3 反射率108
6.6 基於場景圖進行層次建模112
6.6.1 模塊化建模的動因112
6.6.2 自頂嚮下的部件層次結構設計113
6.6.3 自下而上的構建和組閤114
6.6.4 構件的重用118
6.7 討論120
第7章 2D和3D空間中的基礎數學與幾何121
7.1 引言121
7.2 記號121
7.3 集閤121
7.4 函數122
7.4.1 反正切函數123
7.5 坐標124
7.6 坐標運算124
7.6.1 嚮量126
7.6.2 如何理解嚮量127
7.6.3 嚮量長度127
7.6.4 嚮量運算127
7.6.5 矩陣乘法130
7.6.6 其他類型的嚮量131
7.6.7 隱式直綫132
7.6.8 平麵直綫的隱式描述133
7.6.9 能否采用y=mx+b134
7.7 直綫求交134
7.7.1 參數化參數化直綫求交134
7.7.2 參數化隱式直綫求交135
7.8 更一般的求交計算135
7.8.1 光綫平麵求交136
7.8.2 光綫球求交137
7.9 三角形138
7.9.1 重心坐標138
7.9.2 空間三角形139
7.9.3 半平麵和三角形140
7.10 多邊形141
7.10.1 內/外測試141
7.10.2 非簡單多邊形的內部143
7.10.3 平麵多邊形的符號麵積：分而治之143
7.10.4 空間多邊形的法嚮量144
7.10.5 更一般多邊形的符號麵積145
7.10.6 傾斜原理145
7.10.7 重心坐標的模擬146
7.11 討論147
7.12
· · · · · · (收起)
讀後感
用戶評價
這本書的價值，不僅在於它所包含的知識點有多麼新穎或全麵，更在於它構建瞭一種嚴謹的、麵嚮未來的技術思維框架。我很少看到有一本書能將經典算法的曆史沿革與最新的硬件加速技術（比如GPU的並行計算架構）結閤得如此自然流暢。作者似乎非常清楚，圖形學領域日新月異，但底層不變的物理和數學原理纔是永恒的錨點。因此，它在介紹完光柵化管綫後，會立即跳轉到現代GPU的SIMD（單指令多數據）執行模型，解釋為什麼特定的計算模式在現代硬件上效率更高。這種前瞻性的視角，讓讀者在學習基礎的同時，也具備瞭理解未來技術發展方嚮的能力。閱讀這本書的過程，更像是一次對計算視覺領域核心思想的深度洗禮，讓人感覺自己的知識體係得到瞭全麵且堅實的重構。
评分作為一名長期與三維建模軟件打交道的從業者，我深知“參數化”和“可控性”在現代設計流程中的核心地位。這本書在講解幾何建模部分時，展現齣瞭超越傳統教科書的洞察力。它不僅僅是介紹瞭如何使用樣條麯綫或細分麯麵來構建物體，更重要的是，它探討瞭如何通過數學函數來定義和控製這些幾何體的拓撲結構和局部形變。有一章專門論述瞭如何利用微分幾何的概念來優化網格的均勻性，這對於需要進行高精度數字雕刻或物理模擬的工程師來說，簡直是醍醐灌頂。它教會你如何“思考”幾何體的本質，而不是簡單地“操作”軟件的工具。這種深層次的理解，使得我迴頭再看自己過去的作品時，能立刻發現可以通過更優雅的數學方法來改進結構，極大地提升瞭工作效率和最終産品的質量。
评分坦白說，我對這類技術書籍的期待值通常不高，總覺得它們要麼過於理論化讓人望而生畏，要麼為瞭追求普及而犧牲瞭細節的嚴謹性。然而，這本書在這方麵做到瞭一個精妙的平衡。我特彆欣賞它在介紹高級渲染技術時所采取的“剖析”手法。比如在討論全局光照算法時，它並沒有直接拋齣復雜的代碼實現，而是先從物理學的角度，細緻地剖析瞭光綫在真實世界中的傳播特性——反射、摺射、散射的物理機製，然後纔過渡到濛特卡洛積分、輻射度（Radiosity）等計算模型。這種由“現象”到“原理”再到“算法”的遞進式講解，讓原本高不可攀的渲染技術變得可以被理解、被掌握。我甚至能想象到，一個有誌於從事實時渲染或電影特效的開發者，可以將這本書作為核心參考手冊，因為它提供瞭堅實的理論基石，避免瞭僅僅停留在API調用的膚淺層麵。
评分這本書的排版和閱讀體驗簡直是業界楷模。在如今充斥著大量低質量電子文檔的時代，紙質書的質感尤為重要。這本書的用紙厚度和墨水質量都達到瞭專業水準，色彩還原度非常高，這對於一本涉及視覺和色彩的書籍來說至關重要。我尤其關注那些涉及到顔色空間轉換和紋理映射的插圖部分，很多其他書籍中的圖示往往模糊不清，導緻讀者難以分辨細微的顔色差異或細節結構。但在這裏，即便是最復雜的法綫貼圖或環境遮蔽的示意圖，都清晰銳利，細節畢現。此外，書中的代碼示例部分也處理得非常到位，字體選擇恰當，行間距閤理，使得即使需要對照查閱代碼邏輯時，眼睛也不會感到疲勞。這種對細節的極緻追求，體現瞭齣版方和作者對專業讀者的尊重。
评分這本書的裝幀設計著實讓人眼前一亮，那種沉穩又不失現代感的封麵處理，仿佛預示著內容的深度與廣度。初次翻閱時，我最直觀的感受是它的邏輯脈絡構建得異常清晰，作者似乎非常擅長將復雜的理論用一種近乎藝術性的方式組織起來。它不像某些教材那樣堆砌公式和晦澀的術語，而是通過一係列精心挑選的案例和圖示，將抽象的幾何變換、光照模型乃至渲染流水綫，一步步地呈現在讀者麵前。特彆是它對底層數學原理的闡述，不是簡單地羅列，而是深入剖析瞭為什麼需要這些數學工具，以及它們在圖形生成過程中扮演的核心角色。我記得其中關於Bézier麯綫和NURBS麯麵的章節，作者沒有止步於定義，而是詳細講解瞭它們在工業設計和動畫製作中的實際應用場景，這種理論與實踐的緊密結閤，極大地提升瞭我的學習興趣和理解深度。光是閱讀這些章節，就能感受到作者在教學設計上花費的心思，它成功地架設起瞭一座從純數學到視覺藝術的堅實橋梁。
评分坐等慣例評價翻譯太爛的齣現
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评分坐等慣例評價翻譯太爛的齣現
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