3D計算機圖形學基礎

《3D計算機圖形學基礎》是2020年清華大學出版社出版的圖書，作者史蒂文·J.戈特勒（Steven J. Gortler）。

基本介紹

• 中文名：3D計算機圖形學基礎
• 作者：史蒂文·J.戈特勒（Steven J. Gortler）
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2020年
• 定價：59 元 
• ISBN：9787302561057 

內容簡介

《3D計算機圖形學基礎婚估探》共分為23章和兩個附錄，首先講解了將幾何點映射到圖像像素的過程，及其相故鑽炒關基本概念和重要算法，包括變換和坐標系、旋轉和插值、相機模型和光柵化、圖像像素處理等基礎知識。接著介紹一些高級主題，包括高真實感渲染、幾何建模、動畫等內容。最後的附錄給出了OpenGL編程及仿射函式的相關內容。本書的特色在於詳細介紹圖形學中重要概念的數學原理，強調基本算法與編程的結合及其內在聯繫，並提供OpenGL代碼示例和習題，燥刪是一本覆蓋面廣且基礎性強的優秀教材。 本書可作為計算機科學、數學、物理等相關專業本科生和研究生的教材或參考書，也可作為計算機圖形技術人員的參考資料

目錄

第一篇入門

第1章簡介3

1.1OpenGL3

習題7

第2章線性變換8

2.1幾何數據類型8

2.2向量、坐標向量與基9

2.3線性變換和3×3矩陣10

2.3.1單位矩陣和逆矩陣11

2.3.2矩陣的基礎變換12

2.4其他結構12

2.5旋轉13

2.6縮放15

習題15

第3章仿射變換16

3.1點和坐標奔局束局系16

3.2仿射檔殼體雅變換和4×4矩陣17

3.3點的線性變換18

3.4點的平移19

3.5綜合20

3.6法向量20◆3D計算機圖形學基礎目錄習題22

第4章進階23

4.1坐標系的重要性23

4.1.1使用輔助坐標系變換24

4.2多重變換25

習題26

第5章坐標系28

5.1世界坐標系、對象坐標系和眼坐標系28

5.2移動坐標系30

5.2.1移動對象30

5.2.2移動眼睛31

5.2.3觀察31

5.3縮放坐標系32

5.4層次結構32

習題36

第6章3D世界37

6.1坐標和矩陣37

6.2繪製形狀38

6.3頂點著色器42

6.4後續43

6.5利用矩陣放置和移動45

習題46

第二篇旋轉和插值

第7章四元數51

7.1插值51

7.1.1周期52

7.1.2不變性52

7.2表示形式54

7.3運算55

7.4冪56

7.4.1球面線性插值和線性插值56

7.4.2冪插值和球面線性插值的等價性證明(選讀)58

7.5四元數編程59

7.6結合平移59

7.6.1RBT插值60

7.6.2RBT編程60

習題62

第8章軌跡球和弧球63

8．1互動63

8．2性質64

8．3實現65

習題65

第9章平滑插值66

9．1三次Bezier函式67

9．1．1函式性質68

9．1．2推廣68

9．2CatmullRom樣條69

9．3四元數樣條函式70

9．4其他樣條70

9．5空間曲線71

習題72

第三篇相機和光柵化

0章投影77

10．1針孔相機77

10．2相機數學模型79

10．3變換相機79

10．3．1縮放相機80

10．3．2移位相機83

10．3．3其他85

10．4環境85

習題85

1章深度87

11．1可見性87

11．1．1可見性計算的其他用途88

11．23D投影變換基本數學模型88

11．2．1投影變換的共線性(選讀)89

11．3遠近關係90

11．4編程92

習題93

2章從頂點到像素94

12．1裁剪94

12．1．1選擇坐標系96

12．1．2更新變數97

12．2背面剔除97

12．3視口98

12．3．1紋理視口99

12．4光柵化100

習題101

3章可變變數102

13．1引出紋理拼接異常問題102

13．2有理線性插值103

習題105

第四篇像素連主墓等相關問題

4章材料109

14．1基本假設109

14．2漫反射111

14．3反光112

14．4各向異性114

習題116

5章紋理映射117

15．1基本紋理118

15．2法線映射119

15．3環境立方體設婆鍵貼圖119

15．4投影紋理映射121

15．5多通道123

15．5．1反射映射124

15．5．2陰影映射125

習題126

6章採樣127

16．1兩種模型127

16．2引出走樣問題128

16．3解決方法129

16．3．1實際情況132

16．3．2反走樣線132

16．4Alpha132

16．4．1與連續合成的比較(選讀)134

16．4．2非預乘134

16．4．3摳圖135

16．4．4實際套用135

習題136

7章重建137

17．1常量137

17．2雙線性138

17．3基函式139

17．3．1邊緣保留140

習題141

8章重採樣142

18．1理想重採樣142

18．2放大143

18．3mip映射144

第五篇高 級 主 題

9章顏色149

19．1簡單生物物理模型149

19．1．1色彩空間圖152

19．2數學模型153

19．2．1技術細節155

19．3顏色匹配156

19．4基157

19．4．1色域158

19．4．2特定基159

19．5模擬反射161

19．5．1白平衡161

19．6自適應161

19．7非線性顏色162

19．7．1距離感知162

19．7．2伽馬校正163

19．7．3量化164

19．7．4伽馬校正與計算機圖形學164

習題165

第20章光線跟蹤166

20．1循環排序166

20．2相交167

20．2．1平面167

20．2．2三角形168

20．2．3球體169

20．2．4預排除169

20．3二次光線169

20．3．1更多套用170

習題170

第21章光(高階)172

21．1單位172

21．1．1輻射通量172

21．1．2輻照度173

21．1．3輻射率174

21．2反射176

21．2．1BRDF177

21．2．2鏡面與折射178

21．3光照模擬179

21．3．1直接點光源179

21．3．2直接面光源180

21．3．3二次反射180

21．3．4拓展182

21．3．5渲染方程(選讀)183

21．4感光元件184

21．5積分算法186

21．6其他光學效應186

習題187

第22章幾何建模基礎188

22．1三角形集合188

22．2格線189

22．3隱式曲面190

22．4體素191

22．5參數面片191

22．6細分曲面192

22．6．1CatmullClark193

習題195

第23章動畫196

23．1插值196

23．1．1關鍵幀196

23．1．2蒙皮196

23．2仿真197

23．2．1顆粒198

23．2．2剛體198

23．2．3布料199

23．2．4可變形材料200

23．2．5火和水200

23．3人體運動201

習題202

附錄AHello World 2D203

A．1APIs203

A．2主程式204

A．2．1initGlutState204

A．2．2glewInit205

A．2．3initGL205

A．2．4initShaders206

A．2．5initVBO206

A．2．6Display208

A．2．7頂點著色器209

A．2．8片元著色器209

A．3添加接口210

A．4添加紋理212

A．5展望214

習題214

附錄B仿射函式216

B．12D仿射216

B．23D仿射217

B．3反向推導217

B．4正向推導217

B．5雙向推導218

習題219

參考文獻220

作者簡介

史蒂文•戈特勒（Steven J. Gortler）單位：哈佛大學 職務、職稱：教授 性別：男

年齡：54 在ACM SIGGRAPH\TOG，IEEE PAMI，CVPR等會議和期刊上發表論文60餘篇；獲得約瑟夫•列文森紀念教學獎提名、SIGGRAPH最佳新學者獎、斯隆獎、美國國家科學基金會傑出青年教授獎等獎勵。

夏時洪 單位：中國科學院計算技術研究所 職務、職稱：崗位教授 性別：男 年齡：46 博士（2002），美國Carnegie Mellon University計算機學院機器人研究所Visiting Scholar（2007），博士生導師（2009），中國科學院計算技術研究所研究員（2011），中國科協第292次青年科學家論壇“複雜系統仿真方法和套用”執行主席（2015），中國科學院大學崗位教授（2015），中國人民解放軍總醫院客座教授（2017）。中國計算機學會CAD/CG專委會委員，中國計算機學會虛擬現實與可視化技術專委委員。

高林 單位：中國科學院計算技術研究所 職務、職稱：副研究員 性別：男 年齡：31 在ACM SIGGRAPH\TOG，IEEE TVCG，CVPR等會議和期刊上發表論文20餘篇；入選中國科協青年人才托舉工程，中科院青促會，獲得計算機學會技術發明一等獎，仿真學會科技進步一等獎，計算所卓越之星獎等獎勵。

7.4.2冪插值和球面線性插值的等價性證明(選讀)58

7.5四元數編程59

7.6結合平移59

7.6.1RBT插值60

7.6.2RBT編程60

習題62

第8章軌跡球和弧球63

8．1互動63

8．2性質64

8．3實現65

習題65

第9章平滑插值66

9．1三次Bezier函式67

9．1．1函式性質68

9．1．2推廣68

9．2CatmullRom樣條69

9．3四元數樣條函式70

9．4其他樣條70

9．5空間曲線71

習題72

第三篇相機和光柵化

0章投影77

10．1針孔相機77

10．2相機數學模型79

10．3變換相機79

10．3．1縮放相機80

10．3．2移位相機83

10．3．3其他85

10．4環境85

習題85

1章深度87

11．1可見性87

11．1．1可見性計算的其他用途88

11．23D投影變換基本數學模型88

11．2．1投影變換的共線性(選讀)89

11．3遠近關係90

11．4編程92

習題93

2章從頂點到像素94

12．1裁剪94

12．1．1選擇坐標系96

12．1．2更新變數97

12．2背面剔除97

12．3視口98

12．3．1紋理視口99

12．4光柵化100

習題101

3章可變變數102

13．1引出紋理拼接異常問題102

13．2有理線性插值103

習題105

第四篇像素等相關問題

4章材料109

14．1基本假設109

14．2漫反射111

14．3反光112

14．4各向異性114

習題116

5章紋理映射117

15．1基本紋理118

15．2法線映射119

15．3環境立方體貼圖119

15．4投影紋理映射121

15．5多通道123

15．5．1反射映射124

15．5．2陰影映射125

習題126

6章採樣127

16．1兩種模型127

16．2引出走樣問題128

16．3解決方法129

16．3．1實際情況132

16．3．2反走樣線132

16．4Alpha132

16．4．1與連續合成的比較(選讀)134

16．4．2非預乘134

16．4．3摳圖135

16．4．4實際套用135

習題136

7章重建137

17．1常量137

17．2雙線性138

17．3基函式139

17．3．1邊緣保留140

習題141

8章重採樣142

18．1理想重採樣142

18．2放大143

18．3mip映射144

第五篇高 級 主 題

9章顏色149

19．1簡單生物物理模型149

19．1．1色彩空間圖152

19．2數學模型153

19．2．1技術細節155

19．3顏色匹配156

19．4基157

19．4．1色域158

19．4．2特定基159

19．5模擬反射161

19．5．1白平衡161

19．6自適應161

19．7非線性顏色162

19．7．1距離感知162

19．7．2伽馬校正163

19．7．3量化164

19．7．4伽馬校正與計算機圖形學164

習題165

第20章光線跟蹤166

20．1循環排序166

20．2相交167

20．2．1平面167

20．2．2三角形168

20．2．3球體169

20．2．4預排除169

20．3二次光線169

20．3．1更多套用170

習題170

第21章光(高階)172

21．1單位172

21．1．1輻射通量172

21．1．2輻照度173

21．1．3輻射率174

21．2反射176

21．2．1BRDF177

21．2．2鏡面與折射178

21．3光照模擬179

21．3．1直接點光源179

21．3．2直接面光源180

21．3．3二次反射180

21．3．4拓展182

21．3．5渲染方程(選讀)183

21．4感光元件184

21．5積分算法186

21．6其他光學效應186

習題187

第22章幾何建模基礎188

22．1三角形集合188

22．2格線189

22．3隱式曲面190

22．4體素191

22．5參數面片191

22．6細分曲面192

22．6．1CatmullClark193

習題195

第23章動畫196

23．1插值196

23．1．1關鍵幀196

23．1．2蒙皮196

23．2仿真197

23．2．1顆粒198

23．2．2剛體198

23．2．3布料199

23．2．4可變形材料200

23．2．5火和水200

23．3人體運動201

習題202

附錄AHello World 2D203

A．1APIs203

A．2主程式204

A．2．1initGlutState204

A．2．2glewInit205

A．2．3initGL205

A．2．4initShaders206

A．2．5initVBO206

A．2．6Display208

A．2．7頂點著色器209

A．2．8片元著色器209

A．3添加接口210

A．4添加紋理212

A．5展望214

習題214

附錄B仿射函式216

B．12D仿射216

B．23D仿射217

B．3反向推導217

B．4正向推導217

B．5雙向推導218

習題219

參考文獻220

作者簡介

史蒂文•戈特勒（Steven J. Gortler）單位：哈佛大學 職務、職稱：教授 性別：男

年齡：54 在ACM SIGGRAPH\TOG，IEEE PAMI，CVPR等會議和期刊上發表論文60餘篇；獲得約瑟夫•列文森紀念教學獎提名、SIGGRAPH最佳新學者獎、斯隆獎、美國國家科學基金會傑出青年教授獎等獎勵。

夏時洪 單位：中國科學院計算技術研究所 職務、職稱：崗位教授 性別：男 年齡：46 博士（2002），美國Carnegie Mellon University計算機學院機器人研究所Visiting Scholar（2007），博士生導師（2009），中國科學院計算技術研究所研究員（2011），中國科協第292次青年科學家論壇“複雜系統仿真方法和套用”執行主席（2015），中國科學院大學崗位教授（2015），中國人民解放軍總醫院客座教授（2017）。中國計算機學會CAD/CG專委會委員，中國計算機學會虛擬現實與可視化技術專委委員。

高林 單位：中國科學院計算技術研究所 職務、職稱：副研究員 性別：男 年齡：31 在ACM SIGGRAPH\TOG，IEEE TVCG，CVPR等會議和期刊上發表論文20餘篇；入選中國科協青年人才托舉工程，中科院青促會，獲得計算機學會技術發明一等獎，仿真學會科技進步一等獎，計算所卓越之星獎等獎勵。