Radiosity and Realistic Image Synthesis pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Morgan Kaufmann

作者:Michael F. Cohen

出品人:

页数:381

译者:

出版时间:1993-11-17

价格:GBP 43.99

装帧:Hardcover

isbn号码:9780121782702

丛书系列:

图书标签:

• 计算机科学
• 计算机图形学
• 图形学
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• Computer Graphics
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• Global Illumination
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• Visualization
• Rendering Techniques
• Computer Vision

计算机图形学核心概念与前沿技术：光线追踪、全局照明与材质建模 本书全面深入地探讨了计算机图形学领域中，尤其是在真实感图像合成方面最关键的技术基础、核心算法与前沿发展。它不仅面向有志于深入理解图像生成底层机制的研究人员和资深开发者，也为致力于开发下一代渲染引擎的工程师提供了详尽的理论指导和实践参考。 本书结构清晰，内容由基础理论向高阶应用逐步深入，旨在构建一个坚实的图形学知识体系。全书共分为六大部分，涵盖了从经典渲染方程的推导到现代实时渲染流水线的优化策略。 --- 第一部分：渲染的数学基础与光度学原理 (Fundamentals of Rendering and Photometry) 本部分是理解所有高级渲染技术的基石。我们首先回顾了必要的线性代数、微积分以及概率论知识在图形学中的应用，为后续的物理建模打下基础。重点章节详细阐述了光度学（Radiometry）的基本概念，包括光通量、辐照度、辐射度等物理量及其单位，强调了如何将客观的物理测量转化为计算机可处理的数值模型。 核心内容包括对辐射传输方程（Radiative Transfer Equation）的严谨推导，解释了该方程在描述光线如何在复杂场景中与表面相互作用方面的重要性。我们深入剖析了斯托克斯定理（Stokes' Theorem）和高斯定理（Gauss' Theorem）在简化积分形式中的作用，为后续的数值求解方法奠定了理论基础。本部分还详细讨论了不同坐标系（如世界坐标系、摄像机坐标系、物体局部坐标系）之间的转换，以及透视投影的几何学原理。 第二部分：表面描述与几何建模 (Surface Description and Geometric Modeling) 真实感图像的生成依赖于精确的场景几何描述。本部分专注于如何用数学语言高效且灵活地表示三维物体。 首先，我们对多边形网格（Polygonal Meshes）进行了详尽的分析，包括其存储结构（如半边数据结构Half-Edge Data Structure）、拓扑属性的维护以及常见的网格简化（Simplification）与细分（Subdivision）算法。我们探讨了如何评估和优化网格质量，例如曲率计算和法向量的平滑处理。 其次，本书着重介绍了参数化曲面在复杂几何建模中的应用。贝塞尔曲面（Bézier Surfaces）、B样条（B-Splines）和NURBS（Non-Uniform Rational B-Splines）被系统地介绍，并提供了它们在实际建模软件中应用的数学原理。特别地，我们详细阐述了如何计算这些高级曲面上的法向量和切向量，这对于后续的纹理映射和光照计算至关重要。 此外，本部分还涵盖了隐式曲面（Implicit Surfaces）和体素（Voxel）表示方法，并对比了它们在处理拓扑变化和渲染体积密度方面的优劣。 第三部分：材质与双向反射分布函数 (BRDFs and Material Modeling) 材质是决定物体外观的关键要素。本部分的核心是双向反射分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function, BRDF）。 我们从物理意义出发，深入分析了各种经典和现代的BRDF模型。这包括对朗伯模型（Lambertian）、冯·菲斯模型（Phong Model）的局限性进行批判性分析，进而详细阐述了基于物理的渲染（Physically Based Rendering, PBR）的核心——微下面模型（Microfacet Models）。本书重点讲解了Cook-Torrance、GGX等关键的法线分布函数（Normal Distribution Functions, NDFs），以及几何衰减函数（Geometry Attenuation Functions）的推导过程。 此外，我们还探讨了更复杂的材料现象，如次表面散射（Subsurface Scattering, SSS），提供了如何利用扩散深度模型（Diffusion Depth Models）或蒙特卡洛方法来模拟光线在半透明物体内部的多次散射过程。对于各向异性（Anisotropy）材料，如拉丝金属，本书也提供了相应的数学描述和实现细节。 第四部分：光线追踪算法与加速结构 (Ray Tracing Algorithms and Acceleration Structures) 光线追踪是实现精确全局照明的基石。本部分从算法效率和几何遍历的角度，详细介绍了光线追踪的实现机制。 首先，我们对基本的光线-几何体交点测试进行了详尽的分析，包括光线与平面、三角形、球体以及NURBS曲面的精确求交方法。 随后，本书将重点放在加速结构（Acceleration Structures）的设计与实现上。我们详细对比了空间划分方法（如BSP树、Octree）和对象划分方法（如包围盒层次结构Bounding Volume Hierarchy, BVH）。BVH的构建算法是本部分的重中之重，我们深入探讨了SAH（Surface Area Heuristic，表面积启发式）的原理，并介绍了最优的BVH构建策略，包括其在并行化和动态场景更新中的挑战与解决方案。 此外，本部分还引入了光线追踪的现代变体，如路径追踪（Path Tracing）和双向路径追踪（Bidirectional Path Tracing），解释了它们如何有效地求解辐射传输方程。 第五部分：全局照明与高级采样技术 (Global Illumination and Advanced Sampling) 全局照明（Global Illumination, GI）的引入使得场景中的间接光照得以真实再现。本部分集中讨论了求解辐射传输方程的数值方法。 我们深入研究了蒙特卡洛积分在图形学中的应用，特别是其收敛速度和方差问题。核心章节围绕路径追踪的各种方差降低技术展开，包括：重要性采样（Importance Sampling）、多重重要性采样（Multiple Importance Sampling, MIS）的理论推导及其在结合BRDF和光源采样时的应用。我们展示了如何利用MIS策略有效地平衡不同采样源的贡献，以实现更快速、更平滑的收敛。 对于需要实时或近实时渲染的场景，我们探讨了光子映射（Photon Mapping）及其在处理焦斑（Caustics）方面的优势。同时，本书还前瞻性地介绍了基于探针（Probe-based）的GI技术，如屏幕空间反射（SSR）和屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）的物理基础，以及它们在现代实时渲染管线中的集成方式。 第六部分：时间采样与动态场景渲染 (Temporal Sampling and Dynamic Scene Rendering) 在数字内容创作（DCC）和实时应用中，处理动态场景和运动模糊是不可避免的挑战。本部分聚焦于时间维度上的采样和重建。 我们详细分析了运动模糊（Motion Blur）的数学模型，并解释了如何将时间轴上的积分转化为可采样的序列帧。书中介绍了基于前向和反向运动向量的采样与重投影技术。 此外，本书讨论了时间抗锯齿（Temporal Anti-Aliasing, TAA）的原理，解释了如何利用历史信息来稳定时间维度上的噪声，以及在处理快速运动或场景变化时TAA可能引入的伪影（Ghosting）。 最后，本部分还对体积渲染（Volume Rendering）进行了介绍，包括如何对烟雾、云层等半透明介质进行光线行进（Ray Marching）计算，并探讨了在动态变化介质中实现精确阴影和散射的方法。 --- 通过对上述六大模块的系统学习，读者将不仅掌握计算机图形学中“光如何作用于物体的物理规律”，更能理解当前行业领先的渲染器（如Arnold、V-Ray、Unreal Engine 5的Lumen系统）背后所依赖的尖端算法和数学模型。本书强调的是物理准确性、数学严谨性和算法效率的完美结合。

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这本书简直把我对计算机图形学的认知提升到了一个全新的高度！我一直以来对如何让屏幕上的图像看起来“真实”充满了好奇，而《Radiosity and Realistic Image Synthesis》就像一把钥匙，为我打开了一扇通往物理真实光照模拟的大门。在阅读之前，我最多也就停留在纹理映射和简单的光照模型层面，总觉得画面总有那么一点“飘”，缺乏那种厚重感和沉浸感。这本书深入浅出地介绍了辐射度（Radiosity）算法，它不仅仅是计算光照，更是模拟了光线在物体表面之间的多次弹射和散射，这简直太神奇了！我之前一直觉得，要实现逼真的图像，无非就是加更多的光、更精细的材质，但这本书告诉我，理解光的物理行为才是关键。它详细地解释了离散辐射度方程的推导过程，以及各种求解方法，虽然有些数学公式确实需要花点时间去理解，但一旦豁然开朗，那种成就感是无与伦比的。作者还结合了大量的实例和精美的渲染图，让我能直观地感受到不同算法和参数对最终图像效果的影响。尤其是关于全局光照（Global Illumination）的讨论，让我明白了为什么有些场景下，即使没有直接光源照射，物体边缘依然会泛着柔和的光晕。这本书不只是理论的堆砌，更包含了大量的实践指导，让我对如何创作出令人惊叹的3D场景有了更清晰的蓝图。

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说实话，我拿到《Radiosity and Realistic Image Synthesis》这本书的时候，并没有抱太大的期待，以为又是那种枯燥乏味的学术理论书。但当我真正翻开它，并且开始沉浸其中之后，我简直被它所展现出的“魔力”所折服！这本书的独特之处在于，它不仅仅讲解了技术，更传递了一种“艺术”的理念。作者用一种非常诗意和富有洞察力的方式，描述了光线在空间中的舞蹈，以及它是如何塑造我们所看到的世界的。我之前总以为，逼真的图像就是靠堆砌大量的细节和贴图，但这本书让我明白，真正让画面“活”起来的，是光线本身的物理特性。书中对“漫反射”（Diffuse Reflection）和“镜面反射”（Specular Reflection）的区分，以及它们在不同材质上的表现，我之前只是模糊地知道，但这本书给了我一个系统而深入的理解。尤其是关于“能量守恒”（Energy Conservation）的讨论，让我看到了一个非常严谨和科学的视角。读这本书就像是在给我的眼睛做一次“SPA”，让我重新认识了光与影的奥秘，也让我对未来可能实现的极致视觉效果充满了无限的遐想。

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我是一名资深的CG艺术家，在行业内摸爬滚打了十几年，见证了各种渲染技术的兴衰更迭。最近我偶然翻阅了《Radiosity and Realistic Image Synthesis》这本书，说实话，起初我抱着一种“看看老技术长啥样”的心态，毕竟现在大家都在谈论基于物理的渲染（PBR）和实时光线追踪。然而，这本书所展现出的深刻洞察力，让我对“真实感”这个概念有了全新的认识。它不是在堆砌技术名词，而是从根本上剖析了光线与物质交互的本质。特别是关于“缓存”和“预计算”的思想，在当时绝对是革命性的。虽然现在我们有了GPU强大的计算能力，可以在实时环境中模拟复杂的全局光照，但这本书所介绍的离线渲染技术，尤其是如何通过预计算来捕捉和存储光照信息，依然有着极高的参考价值。它教会了我如何去思考光线的传播路径，以及如何在复杂的场景中有效地管理和利用这些信息。我特别喜欢书中关于“间接光照”（Indirect Illumination）和“焦散”（Caustics）的章节，它们让我理解了为什么在一些自然光环境下，物体的阴影会那么柔和，以及光线穿过透明物体时会产生的奇妙效果。这本书对于任何希望深入理解真实感图像合成背后的原理，而不仅仅是停留在工具层面使用的专业人士来说，都是一本不可多得的宝藏。

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我是一名3D动画的学生，在接触了《Radiosity and Realistic Image Synthesis》这本书之后，我感觉自己打开了一个全新的维度。之前我总是专注于如何建模、如何绑定、如何制作动画，而对于“渲染”这一块，我最多也就停留在基础的打光和材质设置上。这本书彻底改变了我的想法。它让我了解到，实现真正逼真的渲染，并不是靠“堆砌”效果，而是需要深刻理解光线的物理行为。书中关于“辐照度”（Irradiance）和“辐射度”（Radiance）的讲解，以及它们之间的关系，让我对光照的传递有了更清晰的认识。我特别喜欢书中关于“近似”（Approximation）和“迭代”（Iteration）的思想，它让我明白，很多时候我们不可能做到绝对精确的模拟，但可以通过巧妙的算法和迭代过程，无限地逼近真实。这本书的文字表达方式非常独特，它不是那种冷冰冰的技术手册，而是带着一种对科学探索的热情和对视觉艺术的追求。我感觉自己仿佛在与一位经验丰富的导师对话，他循循善诱地引导我一步步走向更深的理解。这本书让我明白，不仅仅是技术，更是对“真实”的理解和表达，才是图像合成的精髓所在。

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作为一名计算机科学专业的学生，我一直在寻找能够拓展我视野的专业书籍。《Radiosity and Realistic Image Synthesis》这本书恰恰满足了我的需求。它不仅仅是一本关于图形学的教材，更像是一次关于“如何让计算机‘看见’世界”的哲学探讨。在学习过程中，我被书中严谨的数学推导和清晰的逻辑结构深深吸引。作者花了大量篇幅来讲解辐射度方程的各个组成部分，包括发射率、反射率以及可见性函数等，这些概念对于理解光线如何在不同表面之间传递至关重要。我尤其 impressed 于书中对“离散化”过程的详细阐述，如何将连续的物理方程转化为计算机可以处理的离散模型，这中间的智慧和挑战让我受益匪浅。这本书也让我认识到，实现逼真的图像合成，需要将物理学、数学和计算机科学的知识融会贯通。虽然我可能不会在我的日常课程中直接应用到所有的辐射度算法，但书中介绍的思考方式和解决问题的思路，对于我今后在任何涉及到模拟和建模的领域，都将产生深远的影响。它教会了我如何去分析一个复杂的问题，并将其分解为可管理的部分，然后用严谨的方法去求解。

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