3D计算机图形学基础

图书标准信息

• 作者 [美]史蒂文·J.戈特勒(Steven J. Gortler)著 夏时洪 高林 译
• 出版社 清华大学出版社
• 出版时间 2020-10
• 版次 1
• ISBN 9787302561057
• 定价 59.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 219页
• 字数 312千字

【内容简介】

《3D计算机图形学基础》共分为23章和两个附录，首先讲解了将几何点映射到图像像素的过程，及其相关基本概念和重要算法，包括变换和坐标系、旋转和插值、相机模型和光栅化、图像像素处理等基础知识。接着介绍一些高级主题，包括高真实感渲染、几何建模、动画等内容。*后的附录给出了OpenGL编程及仿射函数的相关内容。本书的特色在于详细介绍图形学中重要概念的数学原理，强调基本算法与编程的结合及其内在联系，并提供OpenGL代码示例和习题，是一本覆盖面广且基础性强的优秀教材。 本书可作为计算机科学、数学、物理等相关专业本科生和研究生的教材或参考书，也可作为计算机图形技术人员的参考资料。

【作者简介】

史蒂文•戈特勒（Steven J. Gortler）单位：哈佛大学 职务、职称：教授  性别：男

年龄：54 在ACM SIGGRAPH\TOG，IEEE PAMI，CVPR等会议和期刊上发表论文60余篇；获得约瑟夫•列文森纪念教学奖提名、SIGGRAPH最佳新学者奖、斯隆奖、美国国家科学基金会杰出青年教授奖等奖励。

夏时洪 单位：中国科学院计算技术研究所 职务、职称：岗位教授 性别：男 年龄：46 博士（2002），美国Carnegie Mellon University计算机学院机器人研究所Visiting Scholar（2007），博士生导师（2009），中国科学院计算技术研究所研究员（2011），中国科协第292次青年科学家论坛“复杂系统仿真方法和应用”执行主席（2015），中国科学院大学岗位教授（2015），中国人民解放军总医院客座教授（2017）。中国计算机学会CAD/CG专委会委员，中国计算机学会虚拟现实与可视化技术专委委员。

高林 单位：中国科学院计算技术研究所 职务、职称：副研究员 性别：男 年龄：31 在ACM SIGGRAPH\TOG，IEEE TVCG，CVPR等会议和期刊上发表论文20余篇；入选中国科协青年人才托举工程，中科院青促会，获得计算机学会技术发明一等奖，仿真学会科技进步一等奖，计算所卓越之星奖等奖励。

【目录】

第一篇入门

第1章简介3

1.1OpenGL3

习题7

第2章线性变换8

2.1几何数据类型8

2.2向量、坐标向量与基9

2.3线性变换和3×3矩阵10

2.3.1单位矩阵和逆矩阵11

2.3.2矩阵的基础变换12

2.4其他结构12

2.5旋转13

2.6缩放15

习题15

第3章仿射变换16

3.1点和坐标系16

3.2仿射变换和4×4矩阵17

3.3点的线性变换18

3.4点的平移19

3.5综合20

3.6法向量20◆3D计算机图形学基础目录习题22

第4章进阶23

4.1坐标系的重要性23

4.1.1使用辅助坐标系变换24

4.2多重变换25

习题26

第5章坐标系28

5.1世界坐标系、对象坐标系和眼坐标系28

5.2移动坐标系30

5.2.1移动对象30

5.2.2移动眼睛31

5.2.3观察31

5.3缩放坐标系32

5.4层次结构32

习题36

第6章3D世界37

6.1坐标和矩阵37

6.2绘制形状38

6.3顶点着色器42

6.4后续43

6.5利用矩阵放置和移动45

习题46

第二篇旋转和插值

第7章四元数51

7.1插值51

7.1.1周期52

7.1.2不变性52

7.2表示形式54

7.3运算55

7.4幂56

7.4.1球面线性插值和线性插值56

7.4.2幂插值和球面线性插值的等价性证明(选读)58

7.5四元数编程59

7.6结合平移59

7.6.1RBT插值60

7.6.2RBT编程60

习题62

第8章轨迹球和弧球63

8.1交互63

8.2性质64

8.3实现65

习题65

第9章平滑插值66

9.1三次Bezier函数67

9.1.1函数性质68

9.1.2推广68

9.2CatmullRom样条69

9.3四元数样条函数70

9.4其他样条70

9.5空间曲线71

习题72

第三篇相机和光栅化

第10章投影77

10.1针孔相机77

10.2相机数学模型79

10.3变换相机79

10.3.1缩放相机80

10.3.2移位相机83

10.3.3其他85

10.4环境85

习题85

第11章深度87

11.1可见性87

11.1.1可见性计算的其他用途88

11.23D投影变换基本数学模型88

11.2.1投影变换的共线性(选读)89

11.3远近关系90

11.4编程92

习题93

第12章从顶点到像素94

12.1裁剪94

12.1.1选择坐标系96

12.1.2更新变量97

12.2背面剔除97

12.3视口98

12.3.1纹理视口99

12.4光栅化100

习题101

第13章可变变量102

13.1引出纹理拼接异常问题102

13.2有理线性插值103

习题105

第四篇像素等相关问题

第14章材料109

14.1基本假设109

14.2漫反射111

14.3反光112

14.4各向异性114

习题116

第15章纹理映射117

15.1基本纹理118

15.2法线映射119

15.3环境立方体贴图119

15.4投影纹理映射121

15.5多通道123

15.5.1反射映射124

15.5.2阴影映射125

习题126

第16章采样127

16.1两种模型127

16.2引出走样问题128

16.3解决方法129

16.3.1实际情况132

16.3.2反走样线132

16.4Alpha132

16.4.1与连续合成的比较(选读)134

16.4.2非预乘134

16.4.3抠图135

16.4.4实际应用135

习题136

第17章重建137

17.1常量137

17.2双线性138

17.3基函数139

17.3.1边缘保留140

习题141

第18章重采样142

18.1理想重采样142

18.2放大143

18.3mip映射144

第五篇高 级 主 题

第19章颜色149

19.1简单生物物理模型149

19.1.1色彩空间图152

19.2数学模型153

19.2.1技术细节155

19.3颜色匹配156

19.4基157

19.4.1色域158

19.4.2特定基159

19.5模拟反射161

19.5.1白平衡161

19.6自适应161

19.7非线性颜色162

19.7.1距离感知162

19.7.2伽马校正163

19.7.3量化164

19.7.4伽马校正与计算机图形学164

习题165

第20章光线跟踪166

20.1循环排序166

20.2相交167

20.2.1平面167

20.2.2三角形168

20.2.3球体169

20.2.4预排除169

20.3二次光线169

20.3.1更多应用170

习题170

第21章光(高阶)172

21.1单位172

21.1.1辐射通量172

21.1.2辐照度173

21.1.3辐射率174

21.2反射176

21.2.1BRDF177

21.2.2镜面与折射178

21.3光照模拟179

21.3.1直接点光源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(选读)183

21.4感光元件184

21.5积分算法186

21.6其他光学效应186

习题187

第22章几何建模基础188

22.1三角形集合188

22.2网格189

22.3隐式曲面190

22.4体素191

22.5参数面片191

22.6细分曲面192

22.6.1CatmullClark193

习题195

第23章动画196

23.1插值196

23.1.1关键帧196

23.1.2蒙皮196

23.2仿真197

23.2.1颗粒198

23.2.2刚体198

23.2.3布料199

23.2.4可变形材料200

23.2.5火和水200

23.3人体运动201

习题202

附录AHello World 2D203

A.1APIs203

A.2主程序204

A.2.1initGlutState204

A.2.2glewInit205

A.2.3initGL205

A.2.4initShaders206

A.2.5initVBO206

A.2.6Display208

A.2.7顶点着色器209

A.2.8片元着色器209

A.3添加接口210

A.4添加纹理212

A.5展望214

习题214

附录B仿射函数216

B.12D仿射216

B.23D仿射217

B.3反向推导217

B.4正向推导217

B.5双向推导218

习题219

参考文献220