《3D圖形系統設計與實現》是清華大學出版社出版的圖書，作者是[美]喬納斯·戈麥斯。
基本介紹
- 中文名：3D圖形系統設計與實現
- 作者：喬納斯·戈麥斯、 [美]路易斯·維霍、[美]馬里奧·科斯塔·蘇薩
- 出版社：清華大學出版社
- 出版時間：2020年1月1日
- 定價：119 元
- ISBN：9787302544470
內容簡介,目錄,
內容簡介
本書詳細闡述了與3D圖形系統設計與實現相關的基本解決方案，主要包括對象和圖形設備、互動式圖形界面、幾何體、顏色、數字圖像、3D場景描述、三維幾何體模型、建模技術、層次結構和體系結構對象、視見相機轉換、視見的表面剪裁、光柵化、可見表面計算、局部光照模型、全局光照、貼圖技術、著色機制，以及三維圖形系統等內容。此外，本書還提供了相應的示例，以幫助讀者進一步理解相關方案的實現過程。本書適合作為高等院校計算機及相關專業的教材和教學參考書，也可作為相關開發人員的自學教材和參考手冊。
目錄
第1章 概述 1
1.1 計算機圖形學 1
1.2 套用領域和應用程式 1
1.3 研究方法 2
1.4 系統架構 2
1.5 實現和擴展 3
1.6 實現範例 3
1.7 圖形標準 4
1.8 高級應用程式和後續發展 4
1.9 本書內容 5
1.10 補充材料 6
第2章 對象和圖形設備 7
2.1 圖形對象 7
2.1.1 圖形對象的描述 8
2.1.2 圖形對象的離散化和重構 8
2.2 圖形設備和表達 10
2.2.1 向量設備 10
2.2.2 光柵化（矩陣）設備 10
2.3 圖形設備分類 11
2.3.1 概念 12
2.3.2 分類 12
2.4 圖形工作站 13
2.4.1 視窗系統 13
2.4.2 視圖轉換 14
2.5 GP圖形包 15
2.5.1 GP特徵 15
2.5.2 GP中的顏色屬性 16
2.5.3 GP中對象的數據結構 17
2.5.4 控制例程 18
2.5.5 視見例程 19
2.5.6 繪製例程 21
2.5.7 圖形輸入和互動例程 22
2.6 補充材料 24
2.7 本章練習 25
第3章 互動式圖形界面 27
3.1 創建互動式程式 27
3.2 互動基礎 27
3.2.1 圖形反饋 28
3.2.2 邏輯輸入元素 28
3.2.3 概覽 28
3.3 界面機制 29
3.3.1 非互動式 29
3.3.2 事件驅動 29
3.3.3 回調模型 30
3.3.4 包含多個視圖的回調 31
3.4 界面對象 32
3.4.1 多視口 32
3.4.2 基於視圖的回調 36
3.5 工具箱 40
3.5.1 基本元素 40
3.5.2 tk包 41
3.5.3 示例 46
3.6 多邊形直線編輯器 47
3.7 回顧 54
3.8 補充材料 55
3.9 本章練習 56
第4章 幾何體 57
4.1 計算機圖形學中的幾何體 57
4.1.1 套用和功能 57
4.1.2 計算內容 57
4.1.3 方案匯總 57
4.2 歐幾里得空間 58
4.2.1 定義 58
4.2.2 元素和操作 58
4.2.3 度量屬性 60
4.2.4 坐標和基 61
4.3 歐幾里得空間中的轉換 62
4.3.1 線性轉換 62
4.3.2 等距 63
4.3.3 仿射轉換 63
4.4 投影空間 63
4.4.1 投影空間模型 64
4.4.2 標準化和齊次坐標 64
4.4.3 齊次表達 65
4.5 3中的投影轉換 66
4.6 幾何體對象的轉換 73
4.6.1 轉換操作修正 73
4.6.2 轉換點和方向 73
4.6.3 轉換射線 74
4.6.4 切平面上的轉換 76
4.6.5 轉換的雙重解釋 76
4.7 補充材料 77
4.7.1 小結 77
4.7.2 程式設計層 78
4.8 本章練習 78
第5章 顏色 81
5.1 顏色的基本知識 81
5.1.1 顏色的波長模型 81
5.1.2 物理顏色系統 82
5.1.3 色彩的心理學研究 82
5.1.4 顏色計算 84
5.2 設備顏色系統 85
5.2.1 顏色的處理 85
5.2.2 RGB-CMY轉換 85
5.3 顏色規範系統 87
5.3.1 亮度：色度分解 87
5.3.2 顏色選擇的HSV系統 88
5.4 離散化顏色實體 92
5.5 補充材料 93
5.5.1 資料連結 93
5.5.2 回顧 94
5.6 本章練習 94
第6章 數字圖像 95
6.1 基礎知識 95
6.1.1 圖像的離散和連續模型 95
6.1.2 圖像的量化 96
6.1.3 矩陣表達 97
6.2 圖像的表現格式 97
6.2.1 數據結構 97
6.2.2 訪問圖像矩陣 99
6.3 圖像編碼 100
6.3.1 PPM格式 100
6.3.2 直接編碼 100
6.4 補充材料 102
6.4.1 修正 102
6.4.2 圖像格式 103
6.5 本章練習 103
第7章 3D場景描述 105
7.1 三維場景 105
7.1.1 三維場景的元素 105
7.1.2 三維場景表達 106
7.1.3 場景描述語言 106
7.2 語言概念 107
7.2.1 表達式語言 107
7.2.2 表達式中的語法和語義 108
7.2.3 程式的編譯和解釋 109
7.2.4 語言開發工具 110
7.3 擴展語言 110
7.3.1 語法分析器 110
7.3.2 詞法分析器 112
7.3.3 符號分析器 115
7.3.4 參數和值 117
7.3.5 節點和表達式 119
7.3.6 輔助函式 121
7.4 子語言和應用程式 123
7.4.1 基於擴展語言的接口 123
7.4.2 實現語義 124
7.4.3 生成解釋器 125
7.5 補充材料 125
7.5.1 修正 125
7.5.2 擴展 126
7.5.3 相關信息 126
7.6 本章練習 127
第8章 三維幾何體模型 129
8.1 建模基礎知識 129
8.1.1 模型和幾何體描述 129
8.1.2 表達模式 131
8.2 幾何圖元 132
8.2.1 圖元對象定義 133
8.2.2 泛型接口 134
8.2.3 圖元示例 138
8.3 表面和多邊形格線的近似計算 147
8.3.1 近似方法 147
8.3.2 分段式線性近似方法 147
8.4 多邊形表面 147
8.4.1 n邊多邊形 148
8.4.2 三角形 150
8.4.3 三角形列表 154
8.5 補充材料 156
8.6 本章練習 157
第9章 建模技術 159
9.1 建模系統的基礎知識 159
9.1.1 用戶界面 159
9.1.2 模型操作 160
9.1.3 建模技術 160
9.1.4 系統架構 160
9.2 構造模型 161
9.2.1 CSG結構 162
9.2.2 簡單的CSG表達式語言 164
9.2.3 三維場景描述語言中的CSG表達 166
9.2.4 三維場景描述語言中的CSG對象的解釋 167
9.3 生成式建模技術 168
9.3.1 生成式模型的多邊形近似表達 169
9.3.2 生成式模型的類型 171
9.3.3 旋轉曲面 172
9.4 補充材料 172
9.5 本章練習 173
第10章 層次結構和體系結構對象 175
10.1 幾何連結 175
10.1.1 層次結構 175
10.1.2 幾何轉換 176
10.1.3 仿射不變性 177
10.2 層次結構和轉換 178
10.2.1 棧操作 178
10.2.2 轉換 180
10.3 對象分組 183
10.3.1 層次結構描述 183
10.3.2 對象 183
10.3.3 分組和對象列表 185
10.3.4 對象轉換 187
10.3.5 收集列表中的對象 188
10.3.6 參數化連結 189
10.4 動畫 191
10.4.1 動畫時鐘 191
10.4.2 過程式動畫的構建 193
10.4.3 動畫的執行過程 193
10.5 補充材料 195
10.6 本章練習 196
第11章 視見相機轉換 199
11.1 視見處理過程 199
11.1.1 視見操作和參考空間 199
11.1.2 虛擬相機和視見參數 200
11.1.3 定義視見參數 202
11.2 視見轉換 205
11.2.1 相機轉換 206
11.2.2 剪裁轉換 208
11.2.3 透視轉換 209
11.2.4 設備轉換 212
11.2.5 轉換序列 213
11.3 視見規範 214
11.3.1 初始化 214
11.3.2 相機 215
11.3.3 透視 216
11.3.4 設備 217
11.3.5 定義三維場景描述語言中的視見機制 218
11.4 補充材料 218
11.5 本章練習 219
第12章 視見的表面剪裁 221
12.1 剪裁操作的基本知識 221
12.1.1 空間剪裁 221
12.1.2 剪裁和視見 221
12.2 剪裁簡單情形 222
12.2.1 簡單拒絕 222
12.2.2 簡單接受 223
12.2.3 包含相反方向的面元 223
12.3 兩步剪裁 224
12.4 序列剪裁 228
12.5 補充材料 232
12.6 本章練習 233
第13章 光柵化 235
13.1 光柵化基礎知識 235
13.2 光柵化方法的分類 236
13.3 漸增式方法 236
13.3.1 內在型漸增式光柵化 236
13.3.2 外在型漸增式光柵化 240
13.4 基於細分的光柵化 240
13.4.1 內在型細分 241
13.4.2 外在型細分 242
13.5 補充材料 244
13.6 本章練習 244
第14章 可見表面計算 247
14.1 基礎知識 247
14.1.1 場景屬性和一致性 247
14.1.2 表達和坐標系 248
14.1.3 分類 248
14.2 Z-緩衝區 249
14.3 光線跟蹤 251
14.3.1 與三維場景對象的交點 251
14.3.2 與CSG模型間的交點 252
14.4 Painter算法 254
14.4.1 近似Z-排序 254
14.4.2 完全Z-排序 255
14.5 其他可見性方法 256
14.5.1 空間細分 256
14.5.2 遞歸細分 257
14.6 補充材料 258
14.7 本章練習 259
第15章 局部光照模型 261
15.1 基礎知識 261
15.1.1 光照 261
15.1.2 光線傳播 262
15.1.3 表面和材質 262
15.1.4 局部光照模型 263
15.2 光源 265
15.2.1 光線傳輸 265
15.2.2 光源的表達 267
15.3 局部光照 268
15.3.1 光照上下文 269
15.3.2 光照函式 269
15.4 材質 271
15.4.1 描述材質 271
15.4.2 材質類型 271
15.5 語言規範 272
15.6 補充材料 273
15.7 本章練習 274
第16章 全局光照 275
16.1 光照模型 275
16.1.1 傳輸過程 276
16.1.2 邊界條件 276
16.1.3 輻射度方程 277
16.1.4 數值近似 278
16.1.5 光照計算方法 279
16.2 光線跟蹤方法 279
16.3 輻射度方法 285
16.4 補充材料 293
16.5 本章練習 293
第17章 貼圖技術 295
17.1 基礎知識 295
17.1.1 貼圖的概念 295
17.1.2 貼圖類型 296
17.1.3 貼圖套用 296
17.2 紋理函式 297
17.2.1 表達方式 297
17.2.2 圖像定義 297
17.2.3 過程式定義 299
17.3 紋理貼圖 300
17.4 凹凸貼圖 302
17.5 反射貼圖 304
17.6 光源貼圖 306
17.7 補充材料 308
第18章 著色機制 309
18.1 著色函式採樣和重構 309
18.2 採樣方法 309
18.3 基本的重構方法 310
18.3.1 Bouknight著色 310
18.3.2 Gouraud方法 310
18.3.3 Phong方法 312
18.4 紋理屬性的重構 313
18.4.1 插值和投影轉換 313
18.4.2 紋理的有理線性插值 315
18.5 圖像化 317
18.6 補充材料 318
第19章 三維圖形系統 321
19.1 系統A 321
19.1.1 生成模型 321
19.1.2 基於Z-緩衝區的渲染機制 323
19.2 系統B 325
19.2.1 CSG建模機制 325
19.2.2 基於光線跟蹤的渲染機制 326
19.3 系統C 329
19.3.1 基於圖元層次結構的建模 329
19.3.2 基於Painter方法的渲染機制 329
19.4 項目 332
19.4.1 渲染圖像的程式 333
19.4.2 建模系統 333
19.4.3 渲染系統 335
參考文獻 337
