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☆☆☆☆☆

出版者:Morgan Kaufmann

作者:Rick Parent

出品人:

页数:544

译者:

出版时间:2009-09-16

价格:USD 69.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780123750785

丛书系列:

图书标签:

• Computer
• CG
• Animation
• 计算机动画
• 动画制作
• 3D动画
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• 动画技术
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• 动画软件
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• 游戏开发

《数字影像的奥秘：从二维到三维的视觉革命》 内容简介 本书深入剖析了数字影像技术从概念萌芽到如今成为主流视觉传达手段的完整发展脉络与核心技术体系。我们聚焦于如何利用数学模型、算法设计以及先进的渲染技术，将抽象的数据转化为栩栩如生的视觉体验。这不是一本关于软件操作的手册，而是一部解析“光影如何被计算”的理论与实践的综合指南。 第一部分：视觉基础与数学建模 本部分奠定了理解数字影像的理论基石。首先，我们将回顾人眼视觉生理学和心理学的基础知识，解析我们感知色彩、深度和运动的机制。在此基础上，我们详细探讨了计算机图形学的核心数学工具——线性代数、几何学和微积分在三维空间中的应用。 坐标系与变换： 剖析了从世界坐标系到摄像机坐标系，再到屏幕坐标系的精确转换过程。重点讲解了齐次坐标、矩阵乘法在平移、旋转、缩放等几何变换中的关键作用，以及如何通过这些变换实现对场景对象的精确控制。 光栅化原理： 深入研究如何将连续的几何信息离散化，并投影到屏幕像素阵列上。讲解了扫描转换算法（如Bresenham算法）在直线和圆绘制中的效率优化，以及多边形填充的扫描线算法。 着色基础： 介绍了如何模拟光与物质的相互作用。我们首先从基础的局部光照模型（如Phong模型、Lambertian反射）入手，解释了环境光、漫反射光和镜面反射光的数学表达方式，为后续的高级渲染技术打下基础。 第二部分：三维几何的构建与表达 数字世界中的实体是如何被精确定义的？本部分致力于阐述三维模型的创建、存储和处理技术。 几何表示方法： 全面比较了参数曲面（如Bézier曲线和NURBS）与多边形网格在表达复杂曲面时的优劣。重点讲解了NURBS在工业设计和高精度建模中的核心地位，以及如何通过控制点和权值来精细调整曲面形状。 网格处理技术： 详细讨论了三角网格的拓扑结构和属性存储。涵盖了网格简化（Mesh Decimation）、细分（Subdivision Surfaces）技术，这些技术对于平衡模型细节与渲染效率至关重要。特别是对Catmull-Clark细分方案的数学推导进行了细致解析。 层次结构与场景管理： 探讨了如何使用场景图（Scene Graphs）来组织复杂的虚拟环境。解释了实例（Instancing）和场景划分结构（如BSP树、八叉树、包围盒层次结构BVH）在加速场景遍历和碰撞检测中的效率提升机制。 第三部分：高级渲染技术——模拟真实世界 这是本书的核心部分，专注于如何通过算法模拟真实世界中复杂的光线行为，以达到照片级的视觉效果。 光线追踪（Ray Tracing）的原理与演进： 详细介绍了经典光线追踪算法的流程，包括射线与几何体的交点计算。重点分析了如何通过递归追踪反射光、折射光和阴影，实现精确的全局光照效果的初步模拟。 全局光照（Global Illumination）： 深入探讨了超越直接光照的间接光照计算。详细介绍了辐射度方法（Radiosity Method）处理漫反射表面的能量交换，以及路径追踪（Path Tracing）作为蒙特卡洛方法在处理复杂光照场景中的强大能力。我们解析了重要性采样（Importance Sampling）和苏联灯（Russian Roulette）等优化手段，以降低渲染噪声并提高收敛速度。 纹理、材质与表面细节： 讲解了如何通过纹理贴图（如漫反射、法线、凹凸贴图）增加模型的视觉复杂度。深入分析了PBR（基于物理的渲染）工作流，解释了金属度（Metallic）和粗糙度（Roughness）参数如何精确控制光线的反射特性，以确保材质在不同光照环境下的一致性。 第四部分：动态世界的构建——时间与运动 数字影像的另一重要维度是时间。本部分关注如何将静态模型转化为具有生命力的动态序列。 骨骼绑定与形变： 讲解了角色动画的基础——骨骼系统（Skeletons）的创建和层级关系。详细阐述了蒙皮（Skinning）技术，特别是双线性插值和基于四元数的平滑过渡，以确保角色形变时关节处的自然弯曲。 关键帧动画与插值： 探讨了如何通过设定关键帧来定义运动轨迹。分析了不同插值曲线（如线性、三次样条、Hermite曲线）对运动流畅度和风格化的影响。 运动捕获数据的处理： 讨论了从真实世界数据中获取运动信息后，如何进行数据清洗、重定位（Retargeting）和编辑，使其适应不同的数字角色模型。 第五部分：实时渲染与性能优化 在游戏和交互式应用中，帧率至关重要。本部分转向实时渲染管线，探讨如何在保证视觉质量的同时实现高效的实时反馈。 图形管线（Graphics Pipeline）： 详述了现代GPU的固定功能和可编程阶段。重点解析了顶点着色器（Vertex Shader）和像素/片段着色器（Fragment Shader）在流水线中的作用。 延迟渲染与前向渲染的对比： 比较了两种主流的渲染架构。深入分析了延迟渲染（Deferred Shading）如何通过G-Buffer优化处理大量动态光源的性能瓶颈，以及前向渲染在透明度处理上的优势。 屏幕空间技术： 讲解了一系列在渲染后期（Post-Processing）阶段实现的优化视觉效果，如屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）、屏幕空间反射（SSR）以及深度缓冲区的应用，这些技术极大地提升了实时场景的真实感，而无需进行昂贵的全局光照计算。 总结 本书旨在为读者提供一个全面、深入的数字影像技术蓝图。通过对底层数学原理和高级算法的细致剖析，读者将不再仅仅停留在“使用工具”的层面，而是能够理解“工具背后的原理”，从而有能力设计、优化和创新下一代的视觉计算系统。

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在阅读这本书的过程中，我最大的感受是它对“细节”的极致追求。从对每一个关键帧的精准把控，到对物理引擎模拟的细致考量，再到对后期合成中色彩校正的严谨要求，无不体现着作者在计算机动画领域的深厚功底和专业态度。它让我明白，一个看似流畅自然的动画动作，背后是无数个微小元素的精确协调。我尤其欣赏书中关于“角色表演”的章节，它不仅仅是机械的动作堆砌，而是如何赋予角色灵魂，如何通过细微的面部表情和肢体语言来传递情感。这让我意识到，好的动画师不仅需要掌握技术，更需要具备对人物心理和表演艺术的理解。这本书为我打开了一个全新的视角，让我能够以一种更专业、更挑剔的眼光去审视我所接触到的每一帧动画，去发现那些隐藏在技术之下的艺术匠心。

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这本书的封面设计就相当吸引人，我一眼就被那充满科技感和艺术感的插画所打动，仿佛窥见了数字世界背后那令人惊叹的创造力。翻开书页，我立刻被其精美的排版和清晰的图示所吸引。每一章节都仿佛一扇通往新领域的大门，引人入胜。虽然我本人并非计算机动画的专业人士，但书中深入浅出的讲解方式，将那些听起来高深莫测的技术术语，转化为我可以理解的概念，甚至激发了我进一步探索的兴趣。我特别喜欢其中对“叙事性”在动画中的重要性的探讨，这让我意识到，好的动画不仅仅是视觉上的盛宴，更是情感和故事的传递。书中穿插的案例分析，展示了不同风格和类型的动画作品是如何通过精湛的技术和创意来实现其艺术价值的，这一点对于我这样一个对艺术和技术交织领域充满好奇的读者来说，无疑是宝贵的财富。它不仅仅是一本技术手册，更是一本关于如何用数字语言讲好故事的指南，让我看到了技术如何赋能创意，创造出触动人心的作品。

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这是一本让我思考良多的书。它不仅仅是关于如何制作动画的“how-to”，更是在探讨“why”和“what”。我尤其欣赏书中关于“艺术与技术融合”的理念。书中反复强调，技术是工具，而最终的目标是为了更好地服务于艺术表达和故事讲述。这让我不再将计算机动画视为冰冷的技术产物，而是将其看作一种全新的艺术媒介。书中对“情感化设计”和“风格化表现”的讨论，对我产生了极大的启发。它让我认识到，即使是数字化的角色，也能够拥有鲜活的个性和独特的魅力，关键在于创作者如何运用技术去塑造和传递这些特质。那些关于如何通过光影、色彩、材质来烘托情绪的章节，我反复阅读了好几遍，并尝试将这些理念运用到我自己的其他创意项目中。这本书的价值，在于它打开了我的思维，让我看到了技术与艺术之间无限的可能性。

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我向来对那些能够将复杂主题拆解得井井有条的书籍情有独钟，而这本《Computer Animation Complete》恰恰就是这样一本典范之作。它的逻辑结构清晰得如同建筑蓝图，从宏观的概念阐述，到微观的技术细节剖析，每一步都衔接得天衣无缝。我特别留意了书中关于“动画管道”（animation pipeline）的描述，这让我第一次如此直观地理解了从概念到成品的完整流程。每一个环节，每一个工序，都被细致地描绘出来，仿佛亲身经历了一场动画的诞生之旅。书中对不同软件和工具的介绍，虽然我未必会全部使用，但能够了解它们各自的优势和适用场景，就已经非常有价值了。更重要的是，它让我对动画产业的运作模式有了更深的认识，理解了团队协作和跨部门沟通在动画制作中的重要性。这本书的实用性和信息量，对于任何想要深入了解这个领域的读者来说，都是一本不可多得的参考。

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坦白说，当我拿到这本书时，内心是带着一丝忐忑的，因为“计算机动画”这个词听起来就充满了复杂的算法和代码。然而，从第一页开始，我就被它的严谨和系统所折服。它并没有一上来就抛出大量的技术细节，而是从基础概念入手，循序渐进地构建起读者对整个动画制作流程的认知。特别是关于“运动规律”和“时间控制”的章节，让我对动画的“生命力”有了更深刻的理解，原来角色的一颦一笑，一举一动，背后都蕴含着如此精密的科学原理。书中对不同渲染技术的详尽介绍，也让我大开眼界，原来我们看到的逼真画面，是无数次计算和优化的结果。尽管我可能无法立即上手进行复杂的动画制作，但这本书无疑为我提供了一个坚实的理论基础，让我能够以一个更懂行的视角去欣赏和分析我所观看的动画作品。它教会了我如何“看懂”动画，而不仅仅是“看”。

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