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出版者:人民邮电出版社

作者:David H. Eberly

出品人:

页数:1013

译者:

出版时间:2009-2

价格:138.00元

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isbn号码:9787115195531

丛书系列:

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《图形渲染管线解构与实践》 引言 在蓬勃发展的数字娱乐和计算机图形学领域，理解并掌握图形渲染的底层机制是至关重要的。从逼真的游戏世界到精密的科学可视化，再到引人入胜的电影特效，这一切的视觉奇观都离不开高效且强大的图形渲染技术。《图形渲染管线解构与实践》正是为响应这一需求而生，它并非一本泛泛而谈的理论书籍，而是深入剖析现代图形渲染管线的核心组成部分，并结合实际操作，带领读者一步步构建和优化自己的渲染系统。本书旨在为有志于深入理解图形学前沿、构建高性能渲染器的开发者、研究人员以及计算机图形学专业的学生提供一份详尽的路线图。 本书核心内容概述 本书将以一种系统化、循序渐进的方式，详细讲解图形渲染管线的每一个阶段。我们不会仅仅停留在API（如DirectX、Vulkan、OpenGL）的调用层面，而是深入到GPU（图形处理器）内部的运作原理，让读者真正理解“为什么”以及“如何”实现特定的渲染效果。 第一部分：基础理论与数学准备 在正式进入渲染管线之前，扎实的基础知识是必不可少的。这部分内容将为后续的学习奠定坚实的理论基石。 1. 向量与矩阵的图形学应用： 我们将回顾并深入探讨向量和矩阵在三维空间变换中的关键作用，包括平移、旋转、缩放、投影等。理解这些基本数学工具如何被用来操作和定位三维模型，是后续所有变换操作理解的前提。 2. 坐标空间详解： 详细阐述从局部空间（模型空间）、世界空间、观察空间（视图空间）、裁剪空间到屏幕空间（视口空间）的每一种坐标空间的定义、转换方式及其在渲染管线中的意义。特别会关注齐次坐标在投影和透视变换中的重要性。 3. 光照模型基础： 介绍几种经典的光照模型，如漫反射（Lambertian）、镜面反射（Phong）、环境光（Ambient）以及更复杂的基于物理的渲染（PBR）的基础概念。虽然PBR会作为独立章节深入讲解，但在此之前，理解这些基础光照原理是必要的。 4. 三角形网格与数据结构： 讲解三维场景中最基本的可视化单元——三角形网格的表示方式，以及顶点（Vertex）、法线（Normal）、纹理坐标（UV）等属性的意义。同时，会简要介绍一些常用的三维模型数据加载和存储格式。 第二部分：现代图形渲染管线的核心阶段 这一部分是本书的核心，我们将逐一剖析现代GPU渲染管线的关键阶段，并结合实际代码示例进行演示。 1. 顶点处理（Vertex Processing）： 顶点着色器（Vertex Shader）： 深入讲解顶点着色器的职责，包括坐标变换、法线变换、计算光照的中间结果等。我们将通过GLSL（OpenGL Shading Language）或HLSL（High-Level Shading Language）编写示例，演示如何实现模型变换、视图变换以及投影变换。 几何着色器（Geometry Shader）： 讲解几何着色器的作用，如何根据输入的图元（如点、线、三角形）生成新的图元，以及其在诸如实例化、动态添加顶点等场景下的应用。 曲面细分着色器（Tessellation Shaders）： 详细介绍曲面细分着色器的功能，包括外壳着色器（Hull Shader）和域着色器（Domain Shader），以及如何利用它们实现 LOD（Level of Detail）、动态细分等高级效果，从而生成更平滑、细节更丰富的几何体。 2. 光栅化（Rasterization）： 三角形遍历与像素覆盖： 详细解释光栅化器如何将三维空间的三角形投影到二维屏幕空间，并确定哪些屏幕像素被三角形覆盖。讲解边缘函数（Edge Function）和重心坐标（Barycentric Coordinates）的计算原理。 面剔除（Face Culling）： 讲解背面剔除（Backface Culling）和正面剔除（Frontface Culling）的原理与应用，以及它们在优化渲染性能中的作用。 深度测试（Depth Testing）： 详细阐述深度缓冲区（Depth Buffer）的工作原理，以及深度测试如何确保物体之间正确的遮挡关系，实现“近大远小”和“近实远虚”的效果。 3. 像素处理（Pixel Processing）： 片段着色器（Fragment Shader）： 这是实现最终颜色输出的关键。我们将深入讲解片段着色器如何处理插值后的顶点属性（如颜色、法线、纹理坐标），计算每个像素的最终颜色。 纹理映射（Texture Mapping）： 详细讲解不同类型的纹理映射，包括二维纹理、三维纹理、立方体纹理（Cubemap）等。重点介绍纹理过滤（Filtering，如线性过滤、各向异性过滤）和纹理寻址模式（Addressing Modes），以及如何使用纹理来增强物体表面的细节和真实感。 插值与计算： 强调重心坐标插值在片段着色器中的作用，确保颜色、法线、UV等属性在三角形表面上平滑过渡。 4. 帧缓冲区操作（Framebuffer Operations）： 颜色混合（Color Blending）： 详细讲解颜色混合的原理，以及如何实现透明效果、叠加效果等。介绍不同的混合函数（如加法混合、减法混合）。 模板测试（Stencil Testing）： 讲解模板缓冲区的用途，以及如何利用模板测试实现诸如轮廓描边、遮罩效果等。 抗锯齿（Anti-aliasing）： 介绍几种常见的抗锯齿技术，如多重采样抗锯齿（MSAA）、快速近似抗锯齿（FXAA）、顺序抗锯齿（TAA）等，并分析它们的工作原理和性能权衡。 第三部分：高级渲染技术与优化 在掌握了基本的渲染管线之后，本书将进一步探讨一些高级的渲染技术和性能优化策略。 1. 基于物理的渲染（Physically Based Rendering - PBR）： PBR核心概念： 详细讲解PBR的基本原理，包括能量守恒、微表面理论（Microfacet Theory）、金属度（Metallic）和粗糙度（Roughness）等参数的意义。 BRDF（Bidirectional Reflectance Distribution Function）： 深入理解不同的BRDF模型，以及它们如何模拟光线在不同材质表面的反射行为。 PBR着色器实现： 提供使用PBR模型实现逼真材质的着色器代码示例，以及相关纹理（如Albedo, Normal, Metallic, Roughness, AO, Emissive）的生成和使用方法。 2. 阴影渲染（Shadow Rendering）： 阴影贴图（Shadow Mapping）： 详细讲解阴影贴图的生成和采样过程，包括深度纹理、级联阴影贴图（Cascaded Shadow Maps）等优化技术。 其他阴影技术： 简要介绍其他阴影技术，如阴影体（Shadow Volumes）和屏幕空间阴影（Screen Space Shadows），并分析它们的优缺点。 3. 后期处理（Post-Processing）： 后期处理流程： 讲解后期处理是如何在渲染完场景后，对整个屏幕图像进行操作的。 常用后期处理效果： 详细实现并讲解一些常用的后期处理效果，如运动模糊（Motion Blur）、景深（Depth of Field）、屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）、泛光（Bloom）、色调映射（Tonemapping）等。 4. GPU优化技术： Draw Call优化： 讲解如何通过实例化（Instancing）、批处理（Batching）等技术减少CPU到GPU的Draw Call数量，提升渲染效率。 LOD（Level of Detail）： 详细介绍不同LOD策略的实现，以及如何根据距离动态切换模型细节。 遮挡剔除（Occlusion Culling）： 讲解各种遮挡剔除技术，如视锥体剔除（Frustum Culling）、硬件遮挡查询（Hardware Occlusion Queries）、蜂巢剔除（Hierarchical Z-Buffer Occlusion Culling - Hi-Z Culling）等。 着色器性能分析与优化： 提供分析和优化着色器性能的技巧，包括减少不必要的计算、利用GPU特性等。 第四部分：现代图形API的实践 本书将结合至少一种现代图形API（如Vulkan或DirectX 12）的实际应用，将理论知识转化为可执行的代码。 1. API介绍与核心概念： 简要介绍所选API的核心概念，如渲染管线接口、命令缓冲区、管线状态对象（PSO）、资源管理等。 2. 实际项目构建： 引导读者逐步构建一个简单的3D渲染器，包括窗口创建、设备初始化、资源加载、渲染循环、以及实现书中讲解的各种渲染技术。 3. 调试与性能分析工具： 介绍如何使用API自带的调试工具（如RenderDoc, PIX）和性能分析器来排查问题和优化性能。 目标读者 对计算机图形学有浓厚兴趣，希望深入理解渲染原理的程序员。 游戏开发者，特别是引擎开发、图形技术岗位的工程师。 从事VR/AR、可视化、CG动画等相关领域的开发者。 计算机图形学、软件工程等专业的学生和研究人员。 希望从“如何使用”升级到“如何实现”的图形开发者。 本书特色 理论与实践并重： 深入浅出的理论讲解与贴近实际的代码示例相结合，帮助读者融会贯通。 系统性强： 按照图形渲染管线的顺序进行讲解，层层递进，逻辑清晰。 内容前沿： 涵盖了现代图形渲染中最核心、最常用的技术，如PBR、高级阴影、后期处理等。 可操作性高： 提供的代码示例可直接运行，并鼓励读者在此基础上进行扩展和创新。 侧重底层原理： 专注于解释“为什么”这样工作，而不仅仅是“如何”调用API，培养读者独立解决问题的能力。 结语 《图形渲染管线解构与实践》将成为您通往高性能、高质量图形渲染世界的一把钥匙。通过本书的学习，您将不仅能够理解现有图形引擎的运作机制，更能具备独立设计和实现先进渲染技术的能力，为您的项目赋予更加生动、逼真的视觉生命。

评分☆☆☆☆☆

讲了很多图形学的东西，虽然书名叫3D游戏引擎，其实只写了渲染引擎部分的内容。 推另外一本书。 game Engine Architecture,概述的讲了游戏引擎的组成。 http://book.douban.com/subject/3745143/ 另外一本稍微简单的入门级的是 3D Game Engine Programming http://book.douba...  

评分☆☆☆☆☆

中文翻译版错误太多, 部分总结如下 P19, Q = A(P) 是数据点之间的映射转换 P26, 公式 2.49 后面部分错误, 看英文版 P37, 公式 2.70 两向量间有等号 继续... 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111  

评分☆☆☆☆☆

这本书的作者是双料博士,数学和计算机的.所以这本书数学味太重了.很难读.前面的引擎设计的还可以.设计的有的地方还是有斟酌的空间,后面附有大量的数学工具.还是比较实用的.  

评分☆☆☆☆☆

我对此书有书评，在我的博客上 http://blog.sina.com.cn/s/blog_7ef6556e0100u5c7.html 下面是部分摘录： 作者组织章节的方式，如果从章节的题目来看，很多对3D引擎没有经验的读者相信开始都一头雾水，因为似乎毫无章法。我想事实上也如此，David虽然组织相关的章节介绍整个...  

评分☆☆☆☆☆

本来很激动，终于翻译了，结果看了50页，至少10个错误，很多都是公式错误。无语啊。。。太不上心了 本来买过一本 3D图形的，就是韩国人写的，那个翻译的不错，但是这个真的很糟糕 这个系列的质量难道是参差不齐的？ 本来很激动，终于翻译了，结果看了50页，至少10个错误，很...  

评分☆☆☆☆☆

我必须说，这本书在探讨交互设计与引擎逻辑的耦合性这一点上，展现了远超技术范围的洞察力。它不仅仅关注于如何让画面动起来，更聚焦于如何让“动”符合玩家的心理预期。在关于输入系统和事件分发的那几章，作者详细阐述了如何构建一个灵活的、可扩展的状态机模型，来优雅地处理复杂的多输入源和优先级冲突。它深入讨论了“延迟”在不同情境下的感知差异，例如，物理反馈的延迟和动画过渡的延迟，它们对玩家“手感”的影响是截然不同的。这本书的价值在于，它强迫你跳出纯粹的编程思维，进入到一个混合的领域——工程学、心理学乃至一点点艺术性的交汇点。对于那些追求极致用户体验的团队来说，这本书提供的视角是无价的，它教会你如何用引擎代码去“雕刻”玩家的感知。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让人耳目一新，它似乎完美地捕捉到了现代游戏开发中那些最核心、也最容易被忽略的底层逻辑。我一直觉得，市面上很多教程都急于展示如何使用某个框架或引擎的炫酷功能，但很少有书籍能沉下心来，把“引擎”这个概念本身拆解得如此透彻。这本书的深度和广度都超乎我的预期，尤其是在图形渲染管线的那几个章节，作者没有停留于表面的数学公式，而是深入探讨了现代GPU架构下，如何优化数据流和状态切换，这对于任何想从“使用者”跃升为“构建者”的开发者来说，都是金矿。它不是那种读完就能让你立刻做出一个商业级游戏的速成手册，更像是一本详尽的蓝图，指导你理解构成一个虚拟世界背后的那些看不见的骨架和肌肉是如何运作的。我特别欣赏它在跨平台兼容性问题上的处理方式，那种前瞻性的设计思路，让人在构思自己的项目时，就能规避很多未来的陷阱。读完这些章节，我感觉自己对“性能瓶颈”的理解都上升到了一个全新的维度。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，我原以为这是一本面向初学者的入门读物，但很快发现我错了，这是一本写给资深工程师的“内参”。书中对面向对象范式在大型复杂系统中的局限性进行了尖锐的批评，并引出了一系列关于组合优先于继承的设计哲学。尤其是在介绍场景图（Scene Graph）的构建与遍历优化时，作者提出了一种结合了数据导向设计（DOD）思想的混合结构，这在主流引擎设计中并不常见。它没有回避那些设计上的权衡和妥协，反而将其作为深入探讨的起点，比如，为了极致的渲染效率，我们愿意牺牲多少代码的可读性和维护性？作者的态度是坦诚且务实的，他展示了在资源极其有限的背景下，如何做出最“正确”的技术决策。这本书的阅读过程，与其说是学习知识，不如说是一次与一位经验丰富的大师进行的高强度思维碰撞，它极大地拓宽了我对软件架构复杂性的理解和驾驭能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书在处理资源管理和内存布局方面的内容，简直就是为我这种常年与内存泄漏和加载时间搏斗的人士量身定做的救星。它没有采用那种传统的、将所有优化技巧堆砌在一起的方式，而是通过一个贯穿始终的、虚构的小型项目案例，将“为什么”和“如何做”紧密结合。我特别喜欢它在处理异步加载机制时，对I/O调度器与CPU核心分配的精细权衡的描述。那种对系统底层交互的细致入微的剖析，让我第一次真正理解了为什么在某些特定硬件组合上，一个看似简单的纹理加载都会引发难以察觉的卡顿。作者对于数据对齐和缓存友好性的讲解，不是停留在理论层面，而是通过图示和对比代码，展示了微观层面的差异如何累积成宏观的性能鸿沟。读完后，我立刻着手重构了我当前项目中的资源管道，效果立竿见影，那种踏实感是看其他优化指南无法比拟的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事风格简直像是在进行一场精心编排的哲学思辨，而不是枯燥的技术手册。它不是那种硬邦邦地罗列API和代码片段的读物，而是充满了对“虚拟性”与“交互性”的深刻反思。作者似乎有一种魔力，能把看似冷冰冰的算法和数据结构，赋予了生动的逻辑生命。例如，在讲解物理模拟的那部分，它没有直接给出牛顿定律的公式应用，而是先探讨了确定性与随机性在模拟真实感中的张力，让人不禁停下来思考：我们到底在模拟“什么”，以及“为什么”要这样模拟。这种从宏观理念到微观实现的完美过渡，使得阅读体验极其流畅且引人入胜。它更像是邀请你加入一场关于构建世界的深度对话，而不是给你一份待办清单。我发现，很多我以往凭感觉写下的代码，现在都有了坚实的理论依据支撑，这才是真正意义上的“内功修炼”。

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不建议入门的时候看这本书，建议已经有能力搞出来一个玩具的情况下再去读这本，对于加深细节的理解很有帮助

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较早的引擎设计著作，经过了时间考验，值得一看

评分☆☆☆☆☆

较早的引擎设计著作，经过了时间考验，值得一看

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打好扎实基础

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不建议入门的时候看这本书，建议已经有能力搞出来一个玩具的情况下再去读这本，对于加深细节的理解很有帮助