3D電腦圖形學基礎

史蒂文•戈特勒（Steven J. Gortler）
單位：哈佛大學
職務、職稱：教授
性別：男
年齡：54
在ACM SIGGRAPH\TOG，IEEE PAMI，CVPR等會議和期刊上發表論文60餘篇；獲得約瑟夫•列文森紀念教學獎提名、SIGGRAPH很好新學者獎、斯隆獎、美國國家科學基金會傑出青年教授獎等獎勵。

夏時洪
單位：中國科學院計算技術研究所
職務、職稱：崗位教授
性別：男
年齡：46
博士（2002），美國Carnegie Mellon University計算機學院機器人研究所Visiting Scholar（2007），博士生導師（2009），中國科學院計算技術研究所研究員（2011），中國科協第292次青年科學家論壇“複雜系統仿真方法和應用”執行主席（2015），中國科學院大學崗位教授（2015），中國人民解放軍總醫院客座教授（2017）。中國計算機學會CAD/CG專委會委員，中國計算機學會虛擬現實與可視化技術專委委員。

高林
單位：中國科學院計算技術研究所
職務、職稱：副研究員
性別：男年齡：31
在ACM SIGGRAPH\TOG，IEEE TVCG，CVPR等會議和期刊上發表論文20餘篇；入選中國科協青年人才托舉工程，中科院青促會，獲得計算機學會技術發明一等獎，仿真學會科技進步一等獎，計算所很好之星獎等獎勵。

第1篇入門
第1章簡介3
1．1OpenGL3
習題7

第2章線性變換8
2．1幾何數據類型8
2．2向量、坐標向量與基9
2．3線性變換和3×3矩陣10
2．3．1單位矩陣和逆矩陣11
2．3．2矩陣的基礎變換12
2．4其他結構12
2．5旋轉13
2．6縮放15
習題15

第3章仿射變換16
3．1點和坐標系16
3 ．2仿射變換和4×4矩陣17
3．3點的線性變換18
3．4點的平移19
3．5綜合20
3．6法向量20◆3D計算機圖形學基礎目錄習題22

第4章進階23
4．1坐標系的重要性23
4．1．1使用輔助坐標系變換24
4．2多重變換25
習題26

第5章坐標系28
5．1世界坐標系、對象坐標系和眼坐標系28
5 ．2移動坐標系30
5．2．1移動對象30
5．2．2移動眼睛31
5．2．3觀察31
5．3縮放坐標系32
5．4層次結構32
習題36

第6章3D世界37
6．1坐標和矩陣37
6．2繪製形狀38
6．3頂點著色器42
6．4後續43
6．5利用矩陣放置和移動45
習題46

第二篇旋轉和插值
第7章四元數51
7 ．1插值51
7．1．1週期52
7．1．2不變性52
7．2表示形式54
7．3運算55
7．4冪56
7．4．1球麵線性插值和線性插值56
7．4 ．2冪插值和球麵線性插值的等價性證明(選讀)58
7．5四元數編程59
7．6結合平移59
7．6．1RBT插值60
7．6．2RBT編程60
習題62

第8章軌跡球和弧球63
8．1交互63
8．2性質64
8．3實現65
習題65

第9章平滑插值66
9．1三次Bezier函數67
9．1．1函數性質68
9．1．2推廣68
9．2CatmullRom樣條69
9．3四元數樣條函數70
9．4其他樣條70
9．5空間曲線71
習題72

第三篇相機和光柵化
第10章投影77
10．1針孔相機77
10．2相機數學模型79
10．3變換相機79
10．3．1縮放相機80
10．3．2移位相機83
10．3．3其他85
10．4環境85
習題85

第11章深度87
11．1可見性87
11．1．1可見性計算的其他用途88
11．23D投影變換基本數學模型88
11．2．1投影變換的共線性(選讀)89
11．3遠近關係90
11．4編程92
習題93

第12章從頂點到像素94
12．1裁剪94
12．1．1選擇坐標系96
12．1．2更新變量97
12．2背面剔除97
12．3視口98
12．3．1紋理視口99
12．4光柵化100
習題101

第13章可變變量102
13．1引出紋理拼接異常問題102
13．2有理線性插值103
習題105

第四篇像素等相關問題
第14章材料109
14．1基本假設109
14．2漫反射111
14．3反光112
14．4各向異性114
習題116

第15章紋理映射117
15．1基本紋理118
15．2法線映射119
15．3環境立方體貼圖119
15．4投影紋理映射121
15．5多通道123
15．5．1反射映射124
15．5．2陰影映射125
習題126

第16章採樣127
16．1兩種模型127
16．2引出走樣問題128
16．3解決方法129
16．3．1實際情況132
16．3．2反走樣線132
16．4Alpha132
16．4．1與連續合成的比較(選讀)134
16．4．2非預乘134
16．4．3摳圖135
16．4．4實際應用135
習題136

第17章重建137
17．1常量137
17．2雙線性138
17．3基函數139
17．3．1邊緣保留140
習題141

第18章重採樣142
18．1理想重採樣142
18．2放大143
18．3mip映射144

第五篇高級主題
第19章顏色149
19 ．1簡單生物物理模型149
19．1．1色彩空間圖152
19．2數學模型153
19．2．1技術細節155
19．3顏色匹配156
19．4基157
19．4．1色域158
19．4．2特定基159
19．5模擬反射161
19．5．1白平衡161
19 ．6自適應161
19．7非線性顏色162
19．7．1距離感知162
19．7．2伽馬校正163
19．7．3量化164
19．7．4伽馬校正與計算機圖形學164
習題165

第20章光線跟踪166
20．1循環排序166
20．2相交167
20．2．1平面167
20．2．2三角形168
20．2．3球體169
20．2．4預排除169
20．3二次光線169
20．3．1更多應用170
習題170

第21章光(高階)172
21．1單位172
21．1．1輻射通量172
21．1．2輻照度173
21．1． 3輻射率174
21．2反射176
21．2．1BRDF177
21．2．2鏡面與折射178
21．3光照模擬179
21．3．1直接點光源179
21．3．2直接面光源180
21．3．3二次反射180
21．3．4拓展182
21．3．5渲染方程(選讀)183
21．4感光元件184
21．5積分算法186
21．6其他光學效應186
習題187

第22章幾何建模基礎188
22．1三角形集合188
22．2網格189
22．3隱式曲面190
22．4體素191
22．5參數面片191
22．6細分曲面192
22．6．1Catmull Clark193
習題195

第23章動畫196
23．1插值196
23．1．1關鍵幀196
23．1．2蒙皮196
23．2仿真197
23．2．1顆粒198
23．2．2剛體198
23 ．2．3布料199
23．2．4可變形材料200
23．2．5火和水200
23．3人體運動201
習題202

附錄AHello World 2D203
A．1APIs203
A．2主程序204
A．2．1initGlutState204
A．2．2glewInit205
A．2．3initGL205
A．2．4initShaders206
A．2．5initVBO206
A．2．6Display208
A．2．7頂點著色器209
A．2．8片元著色器209
A．3添加接口210
A．4添加紋理212
A．5展望214
習題214

附錄B仿射函數216
B．12D仿射216
B．23D仿射217
B．3反向推導217
B．4正向推導217
B．5雙向推導218
習題219
參考文獻220