3D计算机图形学 原书第3版PDF电子书下载

目录 1

出版者的话 1

专家指导委员会 1

译者序 1

前言 1

第1章 计算机图形学的数学基础 1

1.1 处理三维结构 1

1.1.1 计算机图形学中的三维仿射变换 1

1.1.2 改变坐标系的变换 6

1.2 结构变形变换 7

1.3 向量和计算机图形学 9

1.3.1 向量的加法 9

1.3.2 向量的长度 10

1.3.3 法向量和叉积 10

1.3.4 法向量和点积 11

1.3.5 与法向量反射相关的向量 12

1.4 光线和计算机图形学 13

1.4.2 相交——光线与球 14

1.4.1 光线几何——相交 14

1.4.3 相交——光线与凸多边形 15

1.4.4 相交——光线与包围盒 16

1.4.5 相交——光线与二次形 18

1.4.6 光线跟踪几何——反射和折射 18

1.5 图像平面中的插值性质 20

第2章 三维物体的表示和建模（1） 21

引言 21

2.1 三维物体的多边形表示 25

2.1.1 创建多边形物体 28

2.1.2 多边形物体的手工建模 29

2.1.3 多边形物体的自动产生 29

2.1.4 多边形物体的数学产生 30

2.1.5 程序化的多边形网格物体——分形物体 34

2.2 物体的构造实体几何表示 36

2.3 物体表示的空间细分技术 38

2.3.1 八叉树和多边形 40

2.3.2 BSP树 41

2.3.3 创建体素实体 42

2.4 用隐函数表示物体 43

2.5 场景管理和物体表示 44

2.6 总结 48

第3章 三维物体的表示和建模（2） 51

引言 51

3.1 Bezier曲线 53

3.1.1 连接Bezier曲线段 58

3.1.2 Bezier曲线性质总结 59

3.2.1 B样条曲线 60

3.2 B样条表示 60

3.2.2 均匀B样条 61

3.2.3 非均匀B样条 64

3.2.4 B样条曲线性质总结 70

3.3 有理曲线 70

3.3.1 有理Bezier曲线 70

3.3.2 NURBS 72

3.4 从曲线到表面 73

3.4.1 连续性和Bezier曲面片 76

3.4.2 一个Bezier曲面片物体——Utah茶壶 78

3.5 B样条表面的曲面片 79

3.6 建立曲面片表面 82

3.6.1 截面或线性轴设计实例 84

3.6.2 控制多面体设计——基本技术 87

3.6.3 用表面拟合来创建曲面片物体 90

3.7 从曲面片到物体 94

引言 97

4.1 绘制多边形网格——简单综述 97

第4章 表示和绘制 97

4.2 绘制参数化表面 98

4.2.1 直接由曲面片描述进行绘制 99

4.2.2 曲面片向多边形转换 100

4.2.3 物体空间细分 101

4.2.4 图像空间细分 106

4.3 绘制构造实体几何表示 108

4.4 绘制体素表示 110

4.5 绘制隐函数 110

5.1 绘图流程中的坐标空间 113

5.1.1 局部坐标系或建模坐标系 113

引言 113

第5章 绘图流程（1）：几何操作 113

5.1.2 世界坐标系 114

5.1.3 摄像机／眼睛／观察坐标系 114

5.2 在观察空间中进行的操作 116

5.2.1 消隐或背面清除 116

5.2.2 视见体 116

5.2.3 三维屏幕空间 118

5.2.4 视见体和深度 120

5.3 先进的观察系统（PHIGS和GKS） 123

5.3.1 PHIGS观察系统概述 124

5.3.2 观察方向参数 125

5.3.3 观察映射参数 126

5.3.4 观察平面的更详细讨论 127

5.3.5 实现一个PHIGS型观察系统 128

第6章 绘图流程（2）：绘制或算法过程 131

引言 131

6.1 在视见体上裁剪多边形 131

6.2 对像素明暗处理 134

6.2.1 局部反射模型 135

6.2.2 局部反射模型——实际问题 139

6.2.3 局部反射模型——关于光源的考虑 140

6.3 插值明暗处理技术 140

6.3.1 插值明暗处理技术——Gouraud明暗处理 140

6.3.2 插值明暗处理技术——Phong明暗处理 141

6.3.3 绘制程序的明暗处理选项 142

6.3.4 Gouraud明暗处理和Phong明暗处理的比较 143

6.4 光栅化 143

6.4.1 光栅化边 143

6.4.2 光栅化多边形 145

6.5 绘制的顺序 146

6.6 隐藏面消除 147

6.6.1 Z缓冲器算法 148

6.6.2 Z缓冲器和CSG表示 148

6.6.3 Z缓冲器与合成 149

6.6.4 Z缓冲器和绘制 150

6.6.5 扫描线z缓冲器 151

6.6.6 跨跃式隐藏面消除 151

6.6.7 一个跨跃式扫描线算法 151

6.6.8 z缓冲器和复杂场景 153

6.6.9 Z缓冲器总结 154

6.6.10 BSP树和隐藏面消除 155

6.7 多路绘制和累加缓冲器 157

第7章 模拟光线——物体相交：局部反射模型 161

引言 161

7.1 来自完全表面的反射 162

7.2 来自不完全表面的反射 163

7.3 双向反射分布函数 163

7.4 漫反射分量和镜面反射分量 165

7.6 基于物理的镜面反射 166

7.5 完全漫反射——经验型散布镜面反射 166

7.6.1 建模表面的微观几何 167

7.6.2 阴影和屏蔽效果 167

7.6.3 观察几何学 169

7.6.4 Fresnel项 169

7.7 预计算BRDF 171

7.8 基于物理的漫反射分量 172

第8章 映射技术 175

引言 175

8.1.1 用双线性插值进行反向映射 179

8.1 二维纹理映射到多边形网格物体 179

8.1.2 用中间表面进行反向映射 180

8.2 二维纹理域到双三次参数曲面片物体 182

8.3 广告牌 184

8.4 凹凸映射 184

8.4.1 用于凹凸映射的多路技术 186

8.4.2 用于凹凸映射的预计算技术 187

8.5 光线图 187

8.6 环境映射或反射映射 189

8.6.1 立方体映射 190

8.6.2 球映射 192

8.6.3 环境映射：比较点 193

8.6.4 表面性质和环境映射 193

8.7 三维纹理域技术 194

8.7.1 三维噪声 195

8.7.2 模拟扰动 196

8.7.3 三维纹理和动画 197

8.7.4 三维光线图 198

8.8 反走样和纹理映射 199

8.9 纹理映射中的交互式技术 201

第9章 几何阴影 205

引言 205

9.1 计算机图形学中阴影的性质 205

9.2 地平面上的简单阴影 207

9.3 阴影算法 207

9.3.1 阴影算法：投影多边形／扫描线 207

9.3.2 阴影算法：阴影体 209

9.3.4 阴影算法：阴影Z缓冲器 211

9.3.3 阴影算法：从光源变换导出阴影多边形 211

第10章 全局照明 215

引言 215

10.1 全局照明模型 216

10.1.1 绘制方程 216

10.1.2 辐射光亮度、辐照度和辐射光亮度方程 217

10.1.3 路径的标注 219

10.2 全局照明算法的发展 221

10.3 已建立的算法——光线跟踪和辐射度 221

10.3.1 Whitted光线跟踪方法 221

10.3.2 辐射度方法 223

10.4 全局照明中的蒙特卡罗技术 225

10.5 路径跟踪 228

10.6 分布式光线跟踪 229

10.7 二路光线跟踪 232

10.8 依赖于观察／独立于观察和多路方法 234

10.9 存储照明 236

10.10 光线体 238

10.11 粒子跟踪和密度估计 238

引言 241

第11章 辐射度方法 241

11.1 辐射度理论 242

11.2 形状因子的确定 243

11.3 Gauss-Seidel方法 247

11.4 观察部分解——渐进式细化 248

11.5 辐射度方法存在的问题 250

11.6 辐射度图像中的人工痕迹 251

11.6.1 半立方体人工痕迹 251

11.6.2 重建人工痕迹 253

11.6.3 网格化人工痕迹 254

11.7 网格化策略 255

11.7.1 自适应或后网格化 256

11.7.2 预网格化 260

第12章 光线跟踪策略 271

引言——Whitted光线跟踪 271

12.1 基本算法 272

12.1.1 跟踪光线——初始的考虑 272

12.1.2 照明模型分量 272

12.1.3 阴影 273

12.1.4 隐藏面消除 274

12.2 用递归方法实现光线跟踪 275

12.3 七条光线的旅程——一个光线跟踪研究 277

12.4 光线跟踪多边形物体——多边形交点处的法向插值 279

12.5 光线跟踪方法的效率问题 280

12.5.1 自适应深度控制 280

12.5.2 第一次碰撞加速 281

12.5.3 具有简单形状的限定物体 281

12.5.4 二次数据结构 283

12.5.5 光线空间细分 287

12.6 利用光线的连贯性 288

12.7 一个历史话题——彩虹的光学问题 291

第13章 体绘制 293

引言 293

13.1 体绘制和体数据的可视化 295

13.2 “半透明胶质”选项 298

13.2.1 体素分类 299

13.2.2 变换到观察方向 299

13.2.3 沿着光线合成像素 300

13.3 半透明胶质和表面 301

13.4 体绘制算法中关于结构的考虑 304

13.4.1 光线投射（未经变换的数据） 305

13.4.2 光线投射（变换后的数据） 306

13.4.3 体素投影方法 307

13.5 体绘制过程中的透视投影 309

13.6 三维纹理和体绘制 309

第14章 反走样理论及实践 311

引言 311

14.1 走样和采样 311

14.2 锯齿形边 315

14.3 计算机图形学中的采样与真实采样之间的比较 316

14.4 采样和重建 317

14.5 一个简单的比较 318

14.6 预过滤方法 319

14.7 超采样或后过滤 320

14.8 非均匀采样——一些理论概念 322

14.9 图像的傅里叶变换 326

第15章 颜色和计算机图形学 333

引言 333

15.1 计算机成像中的颜色集 334

15.2 颜色和三维空间 335

15.2.1 RGB空间 337

15.2.2 HSV单六面体模型 338

15.2.3 YIQ空间 340

15.3 颜色、信息和感知空间 340

15.3.1 CIE XYZ空间 341

15.3.2 CIE xyY空间 344

15.4 绘制和颜色空间 346

15.5.2 关于监视器的考虑——不同的监视器和相同的颜色 347

15.5 关于监视器的考虑 347

15.5.1 RGB监视器和其他监视器的考虑 347

15.5.3 关于监视器的考虑——颜色显示范围的映射 349

15.5.4 关于监视器的考虑——y校正 350

第16章 基于图像的绘制和照片建模 353

引言 353

16.1 以前绘制的图像的复用——二维技术 353

16.1.1 平面“冒名顶替者”或小画面 354

16.1.2 计算平面小画面的有效性 355

16.2.1 优先绘制 356

16.2 改变绘制的资源 356

16.2.2 图像分层 357

16.3 运用深度信息 359

16.3.1 三维扭曲 359

16.3.2 分层深度图像 363

16.4 观察插值 365

16.5 四维技术——照明绘图或光线场绘制方法 368

16.6 照片建模和IBR 370

16.6.2 合成全景图 373

16.6.1 利用照片全景图进行基于图像的绘制 373

16.6.3 基于图像绘制的照片建模 374

第17章 计算机动画 377

引言 377

17.1 计算机动画技术的分类和描述 379

17.2 刚体动画 380

17.2.1 插值或关键帧 380

17.2.2 明确的脚本 382

17.2.3 旋转的插值 384

17.2.4 用四元方法表示旋转 386

17.2.5 对四元式插值 388

17.2.6 作为动画物体的摄像机 392

17.3 连接结构和层次化运动 392

17.4 计算机动画中的动力学 400

17.4.1 刚体的基本理论——粒子 401

17.4.2 力的性质 402

17.4.3 刚体——有翼展的物质 403

17.4.4 在计算机动画中运用动力学 405

17.4.5 模拟成块物质的动力学 406

17.4.6 空间-间限制 409

17.5.1 非限制性阶段／限制性阶段算法 411

17.5 碰撞检测 411

17.5.2 用OBB进行非限制性阶段的碰撞检测 412

17.5.3 限制性阶段：凸多面体对——准确的碰撞检测 414

17.5.4 单阶段算法——物体的层次结构 415

17.6 碰撞响应 417

17.7 粒子动画 419

17.8 行为动画 421

17.9 总结 423

18.1 局部反射模型 425

第18章 比较图像研究 425

引言 425

18.2 纹理映射和阴影映射 426

18.3 Whitted光线跟踪 427

18.4 辐射度方法 428

18.5 RADIANCE 429

18.6 总结 430

参考文献 431

索引 439