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出版者:PC USER電腦人

作者:黃錦熹

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:20050106

价格:NT$ 420

装帧:

isbn号码:9789867329103

丛书系列:

图书标签:

• DirectX
• 多媒體程式開發
• 遊戲開發
• 图形编程
• Windows编程
• C++
• DirectShow
• Direct3D
• 多媒體應用
• 程式設計

《精通计算机图形学：从基础到前沿的全面解析》 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且极具实践性的计算机图形学知识体系，涵盖了从核心理论到最新技术应用的各个层面。我们专注于构建扎实的数学和算法基础，同时紧密结合行业前沿的渲染技术和开发实践，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何做”。 第一部分：图形学基石与数学基础 本部分是构建整个图形学大厦的坚实地基。我们从计算机图形学的历史、基本概念和应用领域入手，为后续深入学习打下宏观认知基础。 核心数学工具： 深入剖析在图形学中至关重要的数学分支。包括线性代数的复习与深化，重点讲解向量空间、矩阵运算（特别是变换矩阵的构建与复合）、四元数（用于高效和稳定的旋转表示）及其在3D空间中的应用。同时，详细阐述解析几何，包括曲线、曲面的参数化表示（如贝塞尔曲线、B样条）及其在建模中的作用。 几何变换与投影： 详细讲解如何使用齐次坐标系实现平移、旋转、缩放等仿射变换。重点剖析透视投影和正交投影的原理、推导过程以及如何将其应用于将3D世界坐标映射到2D屏幕坐标（视口变换）。 第二部分：光栅化渲染流水线 本部分聚焦于目前实时图形渲染中最主流的技术——光栅化。我们将完整、细致地拆解现代GPU的工作流程。 图形管线概览： 介绍固定功能管线与可编程管线的演变，并侧重于现代基于着色器的管线结构。 几何处理阶段： 深入讲解顶点着色器（Vertex Shader）的功能、编程模型和常用技术，如法线计算、纹理坐标生成以及骨骼动画中的蒙皮（Skinning）过程。 光栅化与片段处理： 详述如何将三角形转换为屏幕上的像素（片段）。重点讲解深度测试（Z-Buffering）、模板测试、剪裁操作。深入探讨片段着色器（Fragment Shader） 的核心任务——颜色计算，包括纹理采样、插值和基础光照模型的应用。 第三部分：光照、着色与材质模型 计算机图形学的精髓在于“光”与“材质”的交互。本部分将提供丰富的理论模型和实践技巧，使场景看起来真实可信。 经典光照模型： 详尽解析Phong模型和Blinn-Phong模型的数学表达，理解环境光、漫反射光和镜面反射光的贡献。 高级材质描述： 从基础的Lambertian表面过渡到现代基于物理的渲染（PBR）的核心思想。详细介绍基于物理的渲染（PBR） 的两大主流实现——金属度/粗糙度（Metallic/Roughness） 和菲涅尔方程（Fresnel Equations） 在PBR中的应用。 纹理映射技术： 不仅覆盖基础的2D纹理映射，还深入讲解环境贴图（Cube Map）、法线贴图（Normal Mapping）、高度贴图（Height Mapping）及其对表面细节的惊人提升效果。 第四部分：高级渲染技术与性能优化 本部分侧重于提升视觉效果的复杂技术和确保渲染性能的优化策略。 阴影技术： 剖析实现实时阴影的关键技术。详细讲解阴影贴图（Shadow Mapping） 的工作原理、局限性（如走样和精度问题）及其在不同采样策略下的应用。简要介绍更先进的软阴影技术。 抗锯齿（Anti-Aliasing）： 从早期的超采样（SSAA）到实时应用广泛的快速近似抗锯齿（FXAA）和形态学抗锯齿（MLAA），再到基于时间信息的时间性抗锯齿（TAA） 的原理和实现细节。 后期处理效果（Post-Processing）： 讲解如何利用全屏四边形和像素级处理来实现复杂的视觉效果，包括景深（Depth of Field）、运动模糊（Motion Blur）、屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）以及色彩校正（Tone Mapping）。 第五部分：现代渲染架构与并行计算 理解现代图形硬件的工作方式是高效开发的关键。 GPU架构与并行化： 概述现代GPU的SIMT（单指令、多线程、多数据）架构，解释线程束（Warp/Wavefront）的概念，以及如何设计着色器以最大化并行吞吐量。 可编程管线进阶： 深入探讨计算着色器（Compute Shader）在非图形任务（如粒子系统、物理模拟、后处理计算）中的应用，展示GPU作为通用并行处理器的强大能力。 光线追踪基础（Ray Tracing）： 介绍光线追踪的基本原理，如何追踪光线与场景的交点，以及加速结构（如BVH, Bounding Volume Hierarchy）的构建与遍历。探讨实时光线追踪（如DXR/Vulkan RT）在现代图形开发中的定位与挑战。 目标读者 本书适合有一定编程基础（C/C++或脚本语言）的读者，包括计算机科学专业的学生、希望深入理解实时图形渲染引擎原理的软件工程师、游戏开发者，以及任何对创建逼真三维视觉效果充满热情的爱好者。通过本书的学习，读者将能够独立理解、实现并优化高性能的3D图形渲染系统。

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这本书的封面设计着实吸引眼球，那种深邃的蓝色调，配上闪烁着科技感的线条，立刻让人联想到图形处理和高速计算的画面。我最初翻开这本书，是抱着寻找一些前沿图形学理论入门的心态。然而，内容展开后，我发现它更像是一本实战手册，而非纯粹的学术论述。作者对底层API的讲解深入浅出，特别是关于资源管理和渲染管线的剖析，简直是教科书级别的梳理。比如，在讲解如何优化大量的顶点数据上传时，书中展示了多种内存布局策略及其对GPU性能的实际影响，这种详尽到位的分析，对于那些想把帧率压榨到极致的开发者来说，无疑是如获至宝。书中对不同API版本的特性差异也做了详细对比，指出在特定硬件架构下，采用哪种调用方式能获得最佳的跨平台兼容性与性能平衡点。我特别欣赏作者在代码示例中对调试技巧的穿插，那些看似不起眼的注释，实则蕴含着长期开发经验的结晶，避免了许多初学者容易陷入的性能陷阱和资源泄漏的困扰。整体来看，这本书的架构逻辑清晰，章节衔接自然，即便面对复杂的渲染技术，也能通过层层递进的方式，引导读者逐步掌握核心概念，是技术深度和实用性完美结合的典范。

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我购买这本书的主要目的是想了解现代图形API在并行计算和异步处理方面的最新进展。这本书在讲解多线程渲染提交和命令列表的录制与重放机制时，展现了极高的水准。作者没有仅仅停留在API函数调用的层面，而是深入剖析了背后的驱动层级优化策略。比如，它详细比较了不同平台下，CPU如何将渲染指令高效地卸载给GPU，并探讨了延迟着色（Deferred Shading）管线中，如何通过合理的资源绑定策略来减少CPU开销。书中对于内存屏障（Memory Barriers）的论述尤其精彩，作者用非常直观的方式解释了在现代GPU流水线上，不同操作之间的依赖关系必须被严格同步，并给出了在不同渲染阶段使用最轻量级同步机制的实践建议。这部分内容极大地拓宽了我对性能瓶颈的认知，让我意识到过去只关注顶点和像素处理速度的局限性。这本书的价值在于，它教会的不仅是“怎么做”，更是“为什么这么做才最快”，这种对底层机制的深刻洞察，是很多市面上只介绍表面特性的书籍无法比拟的。

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说实话，我期待的是一本能让我立刻上手做出炫酷效果的速成指南，毕竟在这个迭代速度极快的行业里，时间成本是极其宝贵的。遗憾的是，这本书的开篇部分显得有些过于“学院派”了，花了相当大的篇幅去阐述一些基础的数学原理和计算机图形学的基础概念，比如投影变换的几何意义、光栅化的基本流程等。虽然这些知识点是构建一切3D应用的基础，但对于我这种已经掌握了基础概念，更关心如何调用最新特性的工程师来说，阅读起来略显冗长和重复。我尝试直接跳到中间关于高级着色器编程的部分，结果发现，由于对前置概念的理解不够扎实，很多高级节点的含义和参数的意义还是感到一知半解。这本书的叙事节奏偏慢，更像是一位经验丰富的老教授在课堂上娓娓道来，优点是严谨扎实，缺点是对于追求效率的读者来说，可能需要极大的耐心去“过滤”掉那些自己已经熟悉的内容，才能找到真正有价值的“干货”。它更适合作为教材或深度参考资料，而非快速上手的工具书。

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这本书最大的亮点在于它对跨平台策略的讨论，这在当前多样的硬件生态中显得尤为重要。作者并没有偏袒任何一家厂商的特定技术栈，而是着重于如何构建一套既能利用最新硬件加速特性，又能在主流设备上稳定运行的架构。书中关于抽象层设计的章节，提供了一套行之有效的方法论，教你如何设计接口，以便于未来升级到下一代图形API时，只需修改适配层，而核心的渲染逻辑可以保持不变。我特别喜欢其中对资源序列化和加载流程的分析，它涵盖了从文件格式的选择到运行时内存映射的完整生命周期。书中甚至提到了针对移动端和桌面端在功耗预算下的不同纹理压缩策略，这显示了作者考虑问题的全面性，不仅仅局限于高配PC的极限性能。这本书提供了一种构建“健壮”而非“极致”图形应用的心态，强调了软件工程的原则在图形开发中的长期价值。对于希望构建可维护、可扩展项目的团队负责人来说，这本书的架构思想比具体的代码实现更为宝贵。

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这本书的排版和插图质量让人略感失望。虽然内容本身非常专业，但作为一本面向开发者的参考书，视觉信息的传递效率至关重要。我发现书中的很多关键流程图，比如整个渲染管线的状态转换图示，线条过于密集，细节被挤压在一起，看久了眼睛非常累，而且很多变量和状态的标注字体太小，在光线不佳的环境下阅读体验直线下降。更糟糕的是，部分代码示例的格式似乎没有经过充分的校对，存在缩进混乱和一些不必要的换行，这在学习编程语言时，是极易引入误解的。我花费了不少时间去重新格式化那些例子，才能确保它们在我的开发环境中可以无误地运行。如果能像一些顶级的技术书籍那样，采用更清晰的配色方案来区分不同类型的数据流或者管线阶段，这本书的实用价值会大大提升。目前看来，它更像是一份高质量的学术论文集结，而不是一个为提高开发效率而精心设计的工具箱。

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