数字绘图的光照与渲染技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:Jeremy Birn

出品人:

页数:324

译者:杜静芬

出版时间:2008-8

价格:68.00元

装帧:

isbn号码:9787302180159

丛书系列:

图书标签:

• 渲染
• CG
• 渲染与光照技术
• 3D
• 计算机图形学
• 设计
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• 数字绘图
• 光照
• 渲染
• 计算机图形学
• 三维建模
• 视觉效果
• 技术原理
• 图像处理
• 材质
• 算法

《数字绘图的光照与渲染技术》 书名： 数字绘图的光照与渲染技术 内容简介： 本书旨在深入探讨数字绘图中至关重要的光照与渲染技术，为数字艺术家、3D建模师、动画师以及对视觉特效感兴趣的读者提供一套系统、详实的理论框架和实践指导。我们不满足于停留在表面的操作技巧，而是力求剖析其背后的科学原理和数学模型，帮助读者构建对光影互动、材质表现和最终图像生成过程的深刻理解。 第一部分：光照的基石——理解光与影的本质 在数字世界中，光线是塑造场景立体感、氛围和真实感的灵魂。本部分将带领读者从物理学的角度出发，重新审视光的行为。我们将详细介绍： 光的传播模型： 从简单的直线传播到复杂的散射、折射、反射，我们将探讨不同光线行为在数字环境中的模拟方式。理解不同表面的反射特性，如镜面反射、漫反射、次表面散射等，是真实感渲染的起点。例如，我们会深入解析“菲涅尔效应”的原理，解释为何在不同观察角度下，物体边缘的光泽度会发生显著变化，以及如何在渲染引擎中精确模拟这一现象。 光源的分类与特性： 我们将全面介绍各类数字光源，包括点光源、聚光灯、平行光、区域光以及环境光。每个光源都有其独特的特性，例如平行光模拟太阳光，其方向性极强；区域光则能产生更柔和的阴影和更自然的边缘衰减，这对于表现窗户透进来的柔和光线至关重要。我们将讨论如何通过调整光源的强度、颜色、衰减曲线以及投影类型来精确控制场景的明暗关系和整体色调。 阴影的生成与表现： 阴影不仅仅是黑暗的区域，更是区分物体位置、形态和空间关系的关键。我们将详细阐述阴影的计算方法，包括硬阴影、软阴影以及接触阴影。软阴影的生成是体现真实感的重要环节，它需要考虑光源的大小和距离，通过“阴影贴图”（Shadow Mapping）等技术，结合“百分比接近过滤”（Percentage Closer Filtering, PCF）或“指数阴影映射”（Exponential Shadow Mapping, ESM）等方法，来模拟出边缘过渡自然的柔和阴影，避免出现锯齿状的生硬边缘。 全局光照（Global Illumination, GI）的理论： 这是实现逼真渲染的终极目标之一。本书将深入讲解全局光照的核心思想，即光线在场景中会发生多次反射和散射，最终影响到整个场景的亮度与颜色。我们将介绍全局光照的不同技术，如光子映射（Photon Mapping）、辐射度（Radiosity）、基于探针的全局光照（Probe-based GI）以及最新的实时全局光照技术（如光线追踪GI）。例如，在介绍光子映射时，我们会详细解析其“发射光子”和“收集光子”的两个阶段，以及如何通过“光子图”（Photon Map）来加速间接光照的计算，模拟出墙壁对房间内部照明的微妙影响。 色彩理论在光照中的应用： 光的颜色不仅影响场景的氛围，也与物体的材质紧密相关。我们将回顾色彩的基本原理，并讨论如何通过调整光源的色温、使用滤光片等方式来营造特定的情绪和艺术风格。白炽灯的暖黄光、日光灯的冷白光，以及不同环境下光的色彩变化，都将在本书中得到详尽的阐述。 第二部分：材质的语言——探索表面与纹理的奥秘 材质是赋予数字物体生命力的关键。一个物体是否光滑、粗糙、透明、金属，都取决于其材质的特性。本部分将带领读者深入理解材质的构成要素及其在渲染中的表现。 PBR（Physically Based Rendering）材质模型： 本书将重点介绍基于物理的渲染（PBR）材质模型，这是当前3D图形领域最主流、最有效的真实感材质表现方法。我们将详细讲解PBR的核心参数，如基础颜色（Base Color）、金属度（Metallic）、粗糙度（Roughness）、高光（Specular）和法线贴图（Normal Map）等。我们会解析这些参数如何模拟真实世界中不同材质的光泽度、反射率和微观表面结构。例如，讲解“粗糙度”时，我们会展示不同数值下，镜面反射的高光从锐利聚焦到模糊扩散的变化，以及它如何影响到金属与非金属表面的感知差异。 纹理映射（Texture Mapping）技术： 纹理是赋予物体表面细节和真实感的“皮肤”。我们将深入介绍各种纹理类型，包括颜色贴图（Albedo Map）、法线贴图（Normal Map）、高光贴图（Specular Map）、粗糙度贴图（Roughness Map）、金属度贴图（Metallic Map）、高度图（Height Map）/置换贴图（Displacement Map）、环境光遮蔽贴图（Ambient Occlusion Map）以及透明贴图（Opacity Map）等。我们会详细解释每种贴图的作用，以及如何将它们组合使用来创造出极其逼真的表面效果。例如，我们会深入探讨法线贴图如何通过模拟微小的表面法线变化，在不增加几何体复杂度的前提下，赋予表面如凹凸不平的石墙、毛孔粗大的皮肤等细节。 着色器（Shader）的原理与应用： 着色器是控制材质如何与光线交互的“大脑”。我们将介绍不同类型的着色器，包括顶点着色器（Vertex Shader）和片段着色器（Fragment Shader）的基本工作原理。本书将重点讲解如何使用节点式着色器编辑器（如Unity的Shader Graph、Unreal Engine的Material Editor）来创建自定义材质，以及如何编写简单的着色器代码来实现更复杂的效果，例如次表面散射（Subsurface Scattering）模拟，用于表现如皮肤、蜡烛、玉石等半透明材质的光线穿透和散射效果。 卡通渲染（Toon Shading）与风格化渲染： 除了追求极致的真实感，我们也关注如何通过非真实感渲染（Non-Photorealistic Rendering, NPR）技术来创造独特的艺术风格。我们将探讨卡通渲染的核心原理，如边缘检测、颜色量化、自定义光照模型等，帮助读者掌握如何实现赛璐珞风格、漫画风格等视觉效果。 第三部分：渲染的魔术——从模型到图像的转化 当光照与材质的设定完成后，渲染引擎将扮演起最终的“魔术师”角色，将数字信息转化为我们肉眼可见的图像。本部分将聚焦于渲染过程中的关键技术和优化策略。 渲染管线（Rendering Pipeline）的解析： 我们将深入剖析现代渲染管线，从CPU端的场景准备到GPU端的绘制流程。理解“画家算法”（Painter's Algorithm）与“深度缓冲”（Z-buffering）等深度排序技术，以及“剔除”（Culling）等优化手段，能帮助我们更有效地管理场景数据，提高渲染效率。 光线追踪（Ray Tracing）与路径追踪（Path Tracing）： 作为实现逼真渲染的强大技术，本书将详尽阐述光线追踪的原理，包括如何模拟光线的反射、折射和散射。我们将重点介绍路径追踪，这是一种更为高级的全局光照模拟技术，它通过模拟光线在场景中的随机路径来生成极其逼真的间接光照和全局效果。我们会探讨其计算复杂度和优化方法，以及如何在硬件加速的支持下实现近乎实时的光线追踪效果。 栅格化（Rasterization）渲染与混合渲染： 传统上，栅格化是GPU中最常用的渲染技术。我们将分析其工作流程，包括顶点处理、光栅化、片段处理等。同时，我们也会探讨混合渲染（Hybrid Rendering）的概念，即结合栅格化和光线追踪的优势，在保证性能的同时，提升局部区域的光照和反射效果。 后期处理（Post-Processing）技术： 渲染完成的图像通常需要经过后期处理才能达到最佳的视觉效果。我们将介绍常用的后期处理技术，如色彩校正（Color Correction）、曝光（Exposure）、色调映射（Tone Mapping）、景深（Depth of Field）、运动模糊（Motion Blur）、辉光（Bloom）和抗锯齿（Anti-Aliasing）等。例如，在介绍色调映射时，我们会讲解它如何将超出显示器动态范围的渲染结果，压缩到可显示的范围内，同时保留图像的细节和对比度，使高光不过曝，暗部有层次。 渲染优化与性能调校： 无论是在游戏开发、动画制作还是视觉特效领域，渲染效率都至关重要。本书将提供一系列实用的渲染优化策略，包括 LOD（Level of Detail）技术、遮挡剔除（Occlusion Culling）、纹理压缩、渲染批次（Draw Call）优化等，帮助读者在保证视觉质量的同时，显著提升渲染速度。 总结： 《数字绘图的光照与渲染技术》不仅仅是一本操作手册，更是一扇通往数字视觉艺术背后科学与艺术融合之门。通过对光照本质、材质语言和渲染魔术的深入剖析，本书旨在赋能读者掌握创造令人惊叹的数字图像的关键技术，无论是追求极致的影视级效果，还是独特的艺术风格，都能在此找到系统性的解决方案和灵感源泉。本书适合所有希望在数字绘图领域精进技艺、深入理解光影奥秘的创作者。

评分☆☆☆☆☆

这本书并不只讲技术，它将技术结合理论和案例进行推讲。是典型的美国风格的教程类书籍。 没有多余的废话，或者炫耀技术的名词。只有朴实而又亲切的讲解，有思路的分析和介绍，有技术历史的解构。 总之，国内还没有那位作者有这样的耐性写出这样一本全面而又有深度内涵的技术...

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

我是一个偏向艺术创作而非纯粹工程技术的数字艺术家，原本担心这本书会过于偏重底层代码的实现而忽略了艺术表现力。然而，我的顾虑完全是多余的。作者在探讨高级渲染技术时，总能巧妙地将其与最终的视觉效果挂钩。比如，当讲到环境光遮蔽（AO）的不同实现方法时，书中不仅对比了它们的计算精度，还直观地展示了使用不同AO方法后，模型边缘细节和缝隙处光照衰减的艺术差异，哪个更“脏”，哪个更“干净”。这种艺术性的考量贯穿始终，使得这本书不仅是一本技术手册，更像是一本关于“如何用光来塑造形体和情绪”的美学指南。它让我意识到，对光影物理的深刻理解，才是真正解放艺术家创造力的钥匙，而不是束缚。

评分☆☆☆☆☆

读完前面几章，我最大的感受是作者的叙事风格非常“接地气”，完全没有学术论文那种拒人于千里之外的疏离感。举个例子，在讨论阴影渲染效果的真实性时，作者用了一个非常生动的比喻，将次表面散射（SSS）比作“光线在物体内部的无数次弹跳”，这个比喻瞬间打消了我对这个复杂现象的畏惧。更令人称赞的是，书中大量引用了业界顶尖工作室的实际案例作为佐证，比如某个场景中为实现特定氛围光效所做的光源优化调整，这些细节的披露，让书本内容瞬间从理论殿堂走入了工业流水线。我特别关注了关于实时渲染性能优化那一块的内容，作者没有泛泛而谈，而是深入剖析了不同硬件架构下（如GPU的并行处理特点）如何优化光照计算的开销，这对于正在从事游戏开发或实时可视化工作的同行来说，是极其宝贵的实战经验总结，避免了许多初学者在性能瓶颈上白白浪费时间。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就给人一种非常专业的视觉冲击力，配色沉稳大气，字体选择上也透露着一种对技术细节的敬畏感。我原本以为这类书籍大多会是干巴巴的理论堆砌，但翻开目录后才发现，作者显然是下了大功夫去平衡理论深度与实践操作的。特别是关于光线追踪算法的章节，它并没有止步于展示那些复杂的数学公式，而是通过大量的图示和具体的代码片段，将抽象的概念具象化了。我尤其欣赏作者在讲解全局光照（GI）实现时所采取的“模块化”讲解方式，从基础的采样策略到复杂的降噪技术，层层递进，逻辑清晰得让人仿佛可以沿着作者的思路亲手搭建一个渲染引擎。书中对物理渲染（PBR）流程的阐述也极其详尽，从BRDF模型的演变到纹理贴图的正确设置，每一个环节都给出了行业内的最佳实践建议，对于希望从底层理解渲染原理的读者来说，这简直就是一本宝典。它不仅仅是告诉你“怎么做”的教程，更是告诉你“为什么这么做”的理论基石。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图文配合达到了一个极高的水准，这是我近年来阅读技术书籍中少有的体验。通常技术书籍的插图往往是截图或者低分辨率的示意图，但这本书的插图几乎每一张都像是精心设计的艺术品，色彩饱和度、对比度和清晰度都无可挑剔。特别是那些关于异向性高光和菲涅尔效应的图解，那些微小的光斑和边缘光泽都被细腻地捕捉并清晰地标记出了其背后的数学原理，这极大地提高了理解效率。而且，书本在介绍新概念时，总会有一个“历史回顾”或“常见误区”的小板块，这种结构设计非常巧妙，它不仅纠正了许多网络教程中流传的错误观念，还让读者对该技术的演进脉络有了更宏观的认识。这种对细节的极致追求，体现了作者对知识传递的责任心和专业度。

评分☆☆☆☆☆

与其他渲染书籍相比，这本书的知识体系构建显得尤为完整和具有前瞻性。它没有停留在成熟技术的展示上，而是花了不少篇幅去探讨了诸如体积光（Volumetric Lighting）在复杂大气环境中的模拟挑战，以及未来渲染领域可能的发展方向，比如基于神经网络的去噪技术（AI Denoising）在光照计算中的应用潜力。这种对未来趋势的把握，让这本书的价值不仅仅停留在当前的项目应用层面，更具备了长远的指导意义。对于那些希望在自己的领域保持领先地位的专业人士而言，它提供了一个观察未来技术蓝图的窗口。阅读过程中，我感觉自己像是在与一位经验丰富、思维敏锐的资深专家进行深度对谈，他的知识储备深度和广度，都远超我的预期。

评分☆☆☆☆☆

这么牛的评分？！确实，我第一次看见CG渲染原理的全彩色西方著作。

评分☆☆☆☆☆

很不错~~

评分☆☆☆☆☆

书愿来自：高杉，第一次购书季

评分☆☆☆☆☆

这么牛的评分？！确实，我第一次看见CG渲染原理的全彩色西方著作。

评分☆☆☆☆☆

本来本讲渲染的时候怎么布光的书，但和电影、摄影等都有点关系，挺长知识的书~