《3D数学基础:图形与游戏开发》

本文深入浅出地解析了图形学中的数学基础,包括三维向量、矩阵变换、几何图元表示及图形管线等核心概念。重点介绍了如何使用方阵描述线性变换,以及四维齐次坐标和四元数在透视投影和物体旋转中的应用。

这本书关于数学部分的讲解浅显易懂,不过最大的反常点是使用左手坐标系以及使用行向量来表示矩阵。按照代码出现的章节,可以将这本书的内容分成4部分:

  • 第1部分是三维向量,属于高中数学的内容。
  • 第2部分是矩阵,很多也都是基础知识。印象最深一点是讲清楚了为什么使用方阵描述线性变换。给出笛卡尔坐标系中的向量v和方阵M = [P Q R]T,则v' = v * M = xP + yQ + zR。如果PQR线性无关,则可以看作一组基向量,那么在新坐标系中v的表示依然是(x, y, z),而在原笛卡尔坐标系的表示为v'。进一步如果v表示的是笛卡尔坐标系的基向量,那么v'就是转换后的基向量(PQ或者R),因此基向量经过变换后仍然是基向量,根据这个原理,计算旋转、平移、缩放、切变和镜像时,通过对原基向量进行变换,就可以得到变换后的基向量,经过组合就可以得到变换矩阵了。另一点是如何将图形学中的透视投影也用矩阵进行表示,因为透视投影需要除法,而矩阵变换无法实现,所以引入的四维齐次坐标。最后一点是使用四元数描述描述物体自身的旋转。
  • 第3部分是基本几何图元的表示方法,包括射线、圆、球、矩形边界框AABB,三角形及其重心坐标、多边形,以及常见的相交性检测,基本都是高中的数学和物理。
  • 第4部分描述了一个图形管线。
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本人资源全部免费,更多资源请查看我的上传资源 ====================================================== 书 名:3D数学基础图形游戏开发 作 者:[美] 邓恩(Dunn F.),[美] 帕贝利(Parberry I.) 著;史银雪,陈洪,王荣静 译 出 版 社: 清华大学出版社 出版时间:2005-07-01 ISBN:9787302109464 纸书页数:380页 定 价:¥ 42.00 内容简介:《3D数学基础图形游戏开发》专业培训机构指定教学参考书,多家游戏开发企业共同推荐,游戏业界,探索游戏开发背后的核心秘密。《3D数学基础图形游戏开发》主要介绍了基本的3D数学概念,这对电脑游戏开发人员和编程人员来说尤为重要。作者详尽地讨论了数学理论,并在必要时提供几何说明,帮助读者形成直观的3D感。书中还提供了将理论应用于实践的C++类,并且在每章结尾处提供练习。《3D数学基础图形游戏开发》介绍了基础概念,如向量、坐标空间、矩阵、变换、欧拉角、齐次坐标空间、几何图元、相交性检测和三角网格。 作者简介:Fletcher Dunn,是著名游戏开发公司Terminal Reality的主要开发人员,所参开发的游戏包括《4×4DVO 2)、《夜曲》(Noturne),并且是《吸血莱恩》(BloodRayne)的主要负责人。他所开发的游戏遍及家用PC机的Windows、Machintosh、Dreamcast、PSⅡ、Xbox和GameCube几种主流平台。   Ian Parberry,是北德克萨斯大学计算机科学系的教授,在国际上被公认为是教授DirectX游戏开发的专家之一。 编辑推荐:《3D数学基础图形游戏开发》主要研究隐藏在3D几何世界背后的数学问题。涵盖了理论知识和C++实现代码。理论部分解释3D中数学和几何之间的关系,列出的技巧公式可以当做参考手册以方便查找。实现部分演示了怎样用代码来实现这些理论概念。读者论论了3D中的方位,包括四元数和对不同表示技术之间的优劣比较。   描述了数学和几何的实际应用示例,提供了一些C++类和不同的矩阵类,每个类都完成特定的几何任务。   所有基本变换矩阵的完整来历。      专门用Python讲解计算机视觉编程 目录 第1章 简介 1.1 什么是3D数学 1.2 为什么选择本书 1.3 阅读本书需要的基础知识 1.4 概览 第2章 笛卡尔坐标系统 2.1 1D数学 2.2 2D笛卡尔数学 2.3 从2D到3D 2.4 练习 第3章 多坐标系 3.1 为什么要使用多坐标系 3.2 一些有用的坐标系 3.3 嵌套式坐标系 3.4 描述坐标系 3.5 坐标系转换 3.6 练习 第4章 向量 4.1 向量——数学定义 4.2 向量——几何定义 4.3 向量点 4.4 练习 第5章 向量运算 5.1 线性代数几何 5.2 符号约定 5.3 零向量 5.4 负向量 5.5 向量大小(长度或模) 5.6 标量向量的乘法 5.7 标准化向量 5.8 向量的加法和减法 5.9 距离公式 5.10 向量点乘 5.11 向量叉乘 5.12 线性代数公式 5.13 练习 第6章 3D向量类 …… 第7章 矩阵 第8章 矩阵和线性变换 第9章 矩阵的更多知识 第10章 3D中的方位角位移 第11章 C++实现 第12章 几何图元 第13章 几何检测 第14章 三角网络 第15章 图形数学 第16章 可见性检测 第17章 后记 附录A 简单的数学概念 附录B 参考文献
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