Computer Graphics, 3rd Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Addison Wesley

作者:James Foley

出品人:

页数:1264

译者:

出版时间:2013-3-25

价格:USD 99.99

装帧:Hardcover

isbn号码:9780321399526

丛书系列:

图书标签:

• 计算机图形学
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计算机图形学：原理与实践 本书全面深入地探讨了计算机图形学的核心理论、算法和应用，旨在为读者提供一个坚实而全面的知识体系，以应对从基础概念到前沿技术的所有挑战。 本版教材在继承经典理论框架的同时，紧密结合了现代图形学领域的发展，尤其关注了实时渲染、可编程管线以及基于物理的渲染（PBR）等关键技术。全书结构清晰，逻辑严谨，内容覆盖面广，既适合作为高等院校计算机科学、信息技术、数字媒体艺术等专业本科生和研究生的核心教材，也是图形学领域专业人士提升技能、拓宽视野的参考手册。 --- 第一部分：图形学基础与几何表示 本部分奠定整个学科的理论基石，详细介绍计算机如何理解和表示三维世界中的几何信息。 1. 图形学概述与历史回顾： 介绍了计算机图形学的定义、发展历程、应用领域（如游戏、电影制作、科学可视化、虚拟现实）以及当前面临的主要挑战。明确了人眼视觉感知与计算机图像生成之间的桥梁作用。 2. 几何表示方法： 深入探讨了曲线和曲面的数学描述。 参数曲线与曲面： 详细讲解了贝塞尔（Bézier）曲线、B样条（B-Spline）和NURBS（非均匀有理B样条）的数学定义、控制点操作、局部性、凸性以及在CAD/CAM中的应用。着重分析了样条函数的基函数及其性质。 细分曲面技术： 介绍了Loop、Catmull-Clark等算法，用于从简单的多边形网格生成光滑的表面，是现代建模和动画的基础。 多边形网格（Polygon Meshes）： 探讨了网格的拓扑结构、数据存储格式（如邻接表、半边数据结构）以及网格编辑的基本操作，如顶点、边、面的增删与修改。 3. 坐标系统与几何变换： 这是所有图形处理的核心。 齐次坐标（Homogeneous Coordinates）： 详细阐述了齐次坐标如何统一表示平移、旋转、缩放等仿射变换，并介绍了如何使用4x4矩阵进行计算。 二维与三维变换： 详尽讲解了平移、旋转（欧拉角与四元数表示及其万向节死锁问题）、缩放、剪切等基本变换的数学推导和矩阵实现。 视图变换与投影： 区分了正交投影和透视投影的原理和矩阵构建过程。重点分析了视景体（View Frustum）的定义、裁剪过程以及如何将三维场景映射到二维规范化设备坐标（NDC）空间。 --- 第二部分：光栅化与实时渲染管线 本部分是现代实时图形学（如GPU编程）的基础，聚焦于如何高效地将几何信息转换为屏幕上的像素颜色。 4. 光栅化算法： 讲解如何将连续的几何图元转换为离散的像素集合。 扫描转换（Scan Conversion）： 详细描述了直线（DDA、中点算法）、圆（中点算法）和多边形（边函数法、扫描线填充算法）的精确光栅化技术。 三角形光栅化： 深入研究了更高效的三角形遍历算法，包括利用重心坐标（Barycentric Coordinates）进行插值，以确定像素的深度、法线、纹理坐标等属性。 5. 深度测试与可见性（Z-Buffering）： 阐述了深度缓冲区的原理、初始化、写入与比较操作，以及解决深度排序问题的挑战和优化方法。 6. 纹理映射与过滤： 纹理是赋予物体表面的细节和真实感的关键。 纹理坐标与采样： 解释了二维纹理如何映射到三维表面上，以及如何处理纹理的重复和平铺问题。 纹理过滤技术： 详细对比了最近邻插值（Nearest Neighbor）、双线性插值（Bilinear Filtering）和三线性插值（Trilinear Filtering）的原理、优缺点及其在抗锯齿中的作用。 高级纹理技术： 引入了各向异性过滤（Anisotropic Filtering）以处理斜向采样的伪影，并讲解了 Mipmap 技术的原理与优势。 7. 填充与抗锯齿技术： 探讨了渲染中的信息损失和如何平滑边缘。 超级采样（SSAA）与子像素技术： 介绍了通过提高采样率来消除锯齿的原理。 多重采样抗锯齿（MSAA）： 重点分析了MSAA如何将颜色采样与深度/模板采样分离，以提高性能。 --- 第三部分：真实感图形：光照、着色与渲染方程 本部分深入到物理学和高级数学在图形学中的应用，目标是模拟真实世界的光照行为，实现高度逼真的图像。 8. 颜色理论与光照模型： 构建了颜色感知的数学基础，并介绍了早期到中期的光照模型。 颜色空间： 讨论了RGB、HSV等常用颜色模型，以及人眼对亮度和色度的敏感度。 局部光照模型（如Phong模型）： 详细解析了环境光、漫反射（Lambertian）和镜面反射（Specular Highlight）这三个组成部分的数学公式，以及法线的重要性。 经验性模型： 介绍了辐射度学（Radiometry）和光度学（Photometry）的基本概念，为后续的基于物理的渲染（PBR）做铺垫。 9. 着色技术： 讨论了光照计算发生的位置和方式。 平面着色、光滑着色（Gouraud Shading）与Phong着色： 对比了这三种着色技术在处理光照不连续性和高光细节方面的性能差异。 纹理的融合： 如何将纹理颜色与光照计算结果结合。 10. 渲染方程与全局光照（Global Illumination）： 这是实现照片级真实感的核心。 渲染方程的推导： 严格定义了包含间接光照（如漫反射、焦散）的积分方程，并解释了反射、透射、吸收等光学现象。 蒙特卡洛积分与路径追踪（Path Tracing）： 详细讲解了如何使用随机抽样方法求解复杂的渲染方程。重点分析了重要性采样（Importance Sampling）在减少噪声和提高收敛速度中的关键作用。 辐射度（Radiosity）： 讨论了处理纯漫反射场景的有限元方法，虽然在实时性上不如路径追踪，但在特定静态场景中有其优势。 加速结构： 介绍了如何使用空间划分结构，如包围盒层次结构（BVH）和Kd树，来加速光线求交测试，这是高效路径追踪的必备技术。 11. 阴影与高级效果： 扩展到更复杂的视觉现象。 阴影技术： 介绍了阴影体积（Shadow Volumes）和阴影贴图（Shadow Maps）的原理、优缺点及在深度冲突下的解决方案。 体积渲染： 探讨了如何渲染雾、烟、云等非实体介质，涉及参与式介质（Participating Media）的吸收、散射模型。 --- 第四部分：现代图形硬件与可编程管线 本部分关注现代GPU架构下的编程模型，是当前图形开发人员必须掌握的技能。 12. 图形处理单元（GPU）架构： 介绍了GPU的SIMT（单指令多线程）并行架构，与CPU的冯·诺依曼架构的区别。 13. 可编程渲染管线： 详细解析了基于OpenGL/DirectX的现代图形流水线。 顶点着色器（Vertex Shader）： 讲解了其输入、输出以及在模型空间、世界空间、观察空间和裁剪空间中的坐标变换过程。 片段着色器（Fragment Shader）： 阐述了其在像素级别对颜色、光照、纹理进行最终计算的角色。 几何着色器（Geometry Shader）与计算着色器（Compute Shader）： 探讨了它们在动态增加几何体和通用并行计算中的应用潜力。 14. 延迟渲染（Deferred Shading）与前向渲染（Forward Rendering）： 对比了两种主流的复杂场景光照处理策略，分析了它们在处理大量动态光源时的性能权衡。 15. 后期处理（Post-Processing）： 讨论了渲染完成后在屏幕空间进行的各种效果增强。 运动模糊（Motion Blur）、景深（Depth of Field）： 如何通过屏幕空间采样技术实现这些效果。 屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）： 一种快速近似全局光照效果的技术及其在现代引擎中的应用。 --- 第五部分：动画与交互 最后一部分涵盖了如何在静态图像的基础上引入时间维度和用户交互。 16. 计算机动画基础： 介绍动画的时间控制、插值技术，以及关键帧动画的制作流程。 17. 骨骼动画与蒙皮（Skeletal Animation and Skinning）： 详细解析了如何通过骨骼层次结构驱动三维网格形变，包括线性插值蒙皮和更平滑的绑定技术。 18. 刚体动力学基础： 简要介绍了模拟物体间物理碰撞检测（碰撞几何体表示）和响应（积分求解）的基本方法，为交互模拟提供基础。 本书通过大量的数学公式推导、清晰的算法步骤描述和丰富的插图示例，确保读者不仅了解“如何做”，更深入理解背后的“为什么”，从而具备构建和优化复杂图形系统的能力。

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一位已经工作多年的图形学工程师，在重新翻阅《计算机图形学，第三版》时，从“知识的广度与深度”这个角度分享了他的感受。他表示，随着技术的飞速发展，一些具体的实现细节可能会过时，但这本书所构建的知识体系是极其稳定的，并且能够帮助他快速回忆和巩固那些早已学过但可能略有遗忘的底层原理。他特别强调了书中对核心概念的细致讲解，比如曲线和曲面的数学表示，以及它们在建模中的应用，这对于理解复杂的3D模型至关重要。他还提到，书中关于可见性问题（Visibility Problems）的章节，虽然在实时渲染中有更高效的解决方案，但对这些基础问题的深入探讨，仍然能够帮助开发者理解为什么某些技术会失效，以及如何从根本上解决问题。他认为，这本书的价值在于它提供了一个“全局视角”，让读者能够理解图形学技术是如何相互关联，并且是如何共同服务于最终的视觉呈现的。他觉得，即使是经验丰富的开发者，偶尔回顾一下这本书，也能从中获得新的启发，尤其是在处理一些疑难杂症或者需要优化性能时，这本书所提供的底层知识往往是解决问题的关键。

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一位游戏美术师在评价《计算机图形学，第三版》时，更多地是从实际工作流程和视觉表现的角度出发。她提到，虽然她不是技术开发者，但这本书对她理解美术资源是如何在引擎中渲染出来的非常有帮助。她对书中关于材质、光照和着色器模型的解释印象深刻，这让她能够更清晰地理解为什么某种材质在游戏中的表现与预期不符，或者如何通过调整参数来达到理想的视觉效果。她特别提到了书中关于PBR（基于物理的渲染）的介绍，认为这对于现代游戏美术的制作至关重要，书中对PBR流程的讲解，让她对金属度、粗糙度等概念有了更深入的理解，从而能够更有效地制作高质量的纹理贴图。此外，她还对书中关于相机模型、透视投影以及视图变换的讲解表示赞赏，认为这帮助她更好地理解如何在3D空间中进行构图和场景搭建，以达到更好的视觉冲击力。她认为，这本书虽然是技术性很强的书籍，但其内容对于美术师来说也同样具有很高的参考价值，能够帮助美术师与技术团队更有效地沟通，并且提升美术资源的表现力。

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一位非常有经验的图形学工程师在评价这本书时，从技术的前沿性和实用性两个角度进行了阐述。他首先指出，《计算机图形学，第三版》对于理解现代图形学技术的核心原理至关重要，尽管图形学领域日新月异，但书中所介绍的基础概念和核心算法仍然是理解一切新进展的基石。他特别提到了书中对GPU架构以及并行计算在图形学中的应用的讲解，认为这是这本书在第三版更新中一个非常具有前瞻性的地方，对于当前主流的实时渲染技术至关重要。他强调，这本书并没有仅仅停留在理论层面，而是通过大量实际应用的案例，展示了这些理论如何被转化为具体的图形效果。他举例说，书中关于纹理映射、着色模型以及后处理技术（如抗锯齿、景深等）的章节，都提供了非常实用的指导，能够帮助开发者快速掌握实现高质量视觉效果的关键技术。此外，他还对书中关于3D模型表示法和几何处理的内容给予了高度评价，认为这些基础知识对于进行复杂的3D建模、动画和物理模拟至关重要。他总结说，对于任何希望在游戏开发、影视特效、虚拟现实等领域深入发展的人来说，这本书都提供了一个坚实的技术基础，并且能够帮助他们理解当前行业的发展趋势。

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在决定购买《计算机图形学，第三版》之前，我阅读了不少关于这本书的评价，希望能从中获得一些直观的感受。其中有一位读者提到，这本书的内容非常扎实，无论是对于初学者还是有一定基础的从业者，都能从中找到自己的价值。他特别强调了书中在渲染技术方面的深入探讨，从基础的光栅化到更高级的全局光照算法，都有详尽的解释和清晰的图示。他举例说，书中关于辐射度（Radiosity）和路径追踪（Path Tracing）的章节，即使对于他这种已经接触过一段时间图形学的人来说，也受益匪浅，让他对这些复杂算法有了更透彻的理解。他还提到，作者在介绍算法时，不仅给出了数学公式，更重要的是解释了其背后的物理直觉和几何原理，这使得理解过程更加顺畅，而不是死记硬背。他认为，这本书的优势在于能够循序渐进地引导读者，从最基本的概念开始，逐步构建起对复杂图形学技术的认知框架。他还特别赞赏了书中提供的示例代码，虽然他自己可能不会直接照搬，但这些代码片段能很好地帮助他验证理解，并且激发他去思考如何将这些理论应用于实际项目中。总的来说，这位读者认为这本书是一本值得反复研读的经典教材，能够在技术深度和易懂性之间取得很好的平衡。

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我对《计算机图形学，第三版》的了解，主要来自于一位在学术界工作的教授的评价。他从教学和科研的角度，对这本书的价值进行了深入的分析。他认为，这本书最大的优点在于其严谨性和全面性，能够为学生提供一个系统而完整的图形学知识体系。他特别赞赏了书中对数学原理的清晰阐述，例如在介绍向量代数、矩阵变换以及概率论在图形学中的应用时，都做得非常到位，能够帮助学生打下坚实的数学基础。他还提到，这本书在理论深度上达到了相当高的水平，能够满足高等院校本科生和研究生的学习需求。在教学实践方面，他表示这本书中的章节安排非常合理，适合作为课程教材，并且书中提供的习题能够有效检验学生的学习效果。此外，他还强调了这本书在理论研究上的参考价值，认为书中对某些前沿算法的介绍，能够为研究人员提供启发和灵感。他认为，这本书不仅仅是一本教材，更是一本能够引导读者进行深入研究的参考书，其内容涵盖了从基础理论到高级应用的各个方面，是图形学领域不可多得的经典著作。

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网上许多人推荐这本书作为图形学的入门书，但是对于初学的我，尽管懂了一些基本原理，但是还是有许多看不懂的地方

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网上许多人推荐这本书作为图形学的入门书，但是对于初学的我，尽管懂了一些基本原理，但是还是有许多看不懂的地方

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网上许多人推荐这本书作为图形学的入门书，但是对于初学的我，尽管懂了一些基本原理，但是还是有许多看不懂的地方

评分☆☆☆☆☆

这本书其实也是综述。。有钱了支持正版。前15章介绍基本概念，直到手把手教你做一个0优化的rasterizer，要求novice C++/WPF。后半部分开始引入高级姿势，只能够充当深入各分野的综述，涉及具体实现的部分并不多，基本都是各式公式草草带过。

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这本书其实也是综述。。有钱了支持正版。前15章介绍基本概念，直到手把手教你做一个0优化的rasterizer，要求novice C++/WPF。后半部分开始引入高级姿势，只能够充当深入各分野的综述，涉及具体实现的部分并不多，基本都是各式公式草草带过。