系统学习计算机图形学基础 - 第五版

一、概述
本文意在翻译学习(有误欢迎指正)+ 总结,欢迎大家一起学习交流
原文计算机图形学基础 - 第五版
Steve Marschner, Peter Shirley - Fundamentals of Computer Graphics-A K Peters_CRC Press (2021)
此版本的计算机图形学基础包括大量重写了材质的阴影,光线反射,路径跟踪,以及许多修正。
这本书现在更好的介绍了这些技术基于物理的材质和渲染,正在实际实践中占主导地位。现在进行了更好的整合。
这本书的组织结构和第四版基本上保持相似。因为多年来一直在为这本书进行修订,一直努力保持通俗、直观的风格,在提高一致性和精确度的同时,保持本书的完整性。我们希望读者发现结果是为各种计算机课程提供了一个适合的平台。

二、目录
第1章:介绍
1 Introduction
1.1 Graphics Areas
1.2 Major Applications
1.3 Graphics APIs
1.4 Graphics Pipeline
1.5 Numerical Issues
1.6 Efficiency
1.7 Designing and Coding Graphics Programs

第2章:
2 Miscellaneous Math
2.1 Sets and Mappings
2.2 Solving Quadratic Equations
2.3 Trigonometry
2.4 Vectors
2.5 Integration
2.6 Density Functions
2.7 Curves and Surfaces
2.8 Linear Interpolation
2.9 Triangles
2.10 Discrete probability
2.11 Continuous probability
2.12 Monte Carlo Integration

第3章:
3 Raster Images
3.1 Raster Devices
3.2 Images, Pixels, and Geometry
3.3 RGB Color
3.4 Alpha Compositing

第4章:
4 Ray Tracing
4.1 The Basic Ray-Tracing Algorithm
4.2 Perspective
4.3 Computing Viewing Rays
4.4 Ray-Object Intersection
4.5 Shading
4.6 Historical Notes

第5章:
5 Surface Shading
5.1 Point-like light sources
5.2 Basic reflection models
5.3 Ambient illumination

第6章:
6 Linear Algebra
6.1 Determinants
6.2 Matrices
6.3 Computing with Matrices and Determinants
6.4 Eigenvalues and Matrix Diagonalization

第7章:
7 Transformation Matrices
7.1 2D Linear Transformations
7.2 3D Linear Transformations
7.3 Translation and Affine Transformations
7.4 Inverses of Transformation Matrices
7.5 Coordinate Transformations

第8章:
8 Viewing
8.1 Viewing Transformations
8.2 Projective Transformations
8.3 Perspective Projection
8.4 Some Properties of the Perspective Transform
8.5 Field-of-View

第9章:
9 The Graphics Pipeline
9.1 Rasterization
9.2 Operations Before and After Rasterization
9.3 Simple Antialiasing
9.4 Culling Primitives for Efficiency

第10章:
10 Signal Processing
10.1 Digital Audio: Sampling in 1D
10.2 Convolution
10.3 Convolution Filters
10.4 Signal Processing for Images
10.5 Sampling Theory

第11章:
11 Texture Mapping
11.1 Looking Up Texture Values
11.2 Texture Coordinate Functions
11.3 Antialiasing Texture Lookups
11.4 Applications of Texture Mapping
11.5 Procedural 3D Textures

第12章:
12 Data Structures for Graphics
12.1 Triangle Meshes
12.2 Scene Graphs
12.3 Spatial Data Structures
12.4 BSP Trees for Visibility
12.5 Tiling Multidimensional Arrays

第13章:
13 Sampling
13.1 Integration
13.2 Continuous Probability
13.3 Monte Carlo Integration
13.4 Choosing Random Points

第14章:
14 Physics-Based Rendering
14.1 Photons
14.2 Smooth Metals
14.3 Smooth Dielectrics
14.4 Dielectrics with Subsurface Scattering
14.5 A Brute Force Photon Tracer
14.6 Radiometry
14.7 Radiometry of Scattering
14.8 Transport Equation
14.9 Materials in Practice
14.10 Monte Carlo Ray Tracing

第15章:
15 Curves
15.1 Curves
15.2 Curve Properties
15.3 Polynomial Pieces
15.4 Putting Pieces Together
15.5 Cubics
15.6 Approximating Curves
15.7 Summary

第16章:
16 Computer Animation
16.1 Principles of Animation
16.2 Keyframing
16.3 Deformations
16.4 Character Animation
16.5 Physics-Based Animation
16.6 Procedural Techniques
16.7 Groups of Objects

第17章:
17 Using Graphics Hardware
17.1 Hardware Overview
17.2 What Is Graphics Hardware
17.3 Heterogeneous Multiprocessing
17.4 Graphics Hardware Programming: Buffers, State, and Shaders
17.5 State Machine
17.6 Basic OpenGL Application Layout
17.7 Geometry
17.8 A first Look at Shaders
17.9 Vertex Buffer Objects
17.10 Vertex Array Objects
17.11 Transformation Matrices
17.12 Shading with Per-Vertex Attributes
17.13 Shading in the fragment Processor
17.14 Meshes and Instancing
17.15 Texture Objects
17.16 Object-Oriented Design for Graphics Hardware Programming
17.17 Continued Learning

第18章:
18 Color
18.1 Colorimetry
18.2 Color Spaces
18.3 Chromatic Adaptation
18.4 Color Appearance

第19章:
19 Visual Perception
19.1 Vision Science
19.2 Visual Sensitivity
19.3 Spatial Vision
19.4 Objects, Locations, and Events
19.5 Picture Perception

第20章:
20 Tone Reproduction
20.1 Classification
20.2 Dynamic Range
20.3 Color
20.4 Image Formation
20.5 Frequency-Based Operators
20.6 Gradient-Domain Operators
20.7 Spatial Operators
20.8 Division
20.9 Sigmoids
20.10 Other Approaches
20.11 Night Tonemapping
20.12 Discussion

第21章:
21 Implicit Modeling
21.1 Implicit Functions, Skeletal Primitives, and Summation Blending
21.2 Rendering
21.3 Space Partitioning
21.4 More on Blending
21.5 Constructive Solid Geometry
21.6 Warping
21.7 Precise Contact Modeling
21.8 The BlobTree
21.9 Interactive Implicit Modeling Systems

第22章:
22 Computer Graphics in Games
22.1 Platforms
22.2 Limited Resources
22.3 Optimization Techniques
22.4 Game Types
22.5 The Game Production Process

第23章:
23 Visualization
23.1 Background
23.2 Data Types
23.3 Human-Centered Design Process
23.4 Visual Encoding Principles
23.5 Interaction Principles
23.6 Composite and Adjacent Views
23.7 Data Reduction
23.8 Examples

第1章绪论 1.1计算机图形学及其相关概念 1.2计算机图形学的发展 1.2.1计算机图形学学科的发展 1.2.2图形硬件设备的发展 1.2.3图形软件的发展 1.3计算机图形学的应用 1.3.1计算机辅助设计与制造 1.3.2计算机辅助绘图 1.3.3计算机辅助教学 1.3.4办公自动化和电子出版技术 1.3.5计算机艺术 1.3.6在工业控制及交通方面的应用 1.3.7在医疗卫生方面的应用 1.3.8图形用户界面 1.4计算机图形学研究动态 1.4.1计算机动画 1.4.2地理信息系统 1.4.3人机交互 1.4.4真实感图形显示 1.4.5虚拟现实 1.4.6科学计算可视化 1.4.7并行图形处理 第2章计算机图形系统及图形硬件 2.1计算机图形系统概述 2.1.1计算机图形系统的功能 2.1.2计算机图形系统的结构 2.2图形输入设备 2.2.1键盘 2.2.2鼠标器 2.2.3光笔 2.2.4触摸屏 2.2.5操纵杆 2.2.6跟踪球和空间球 2.2.7数据手套 2.2.8数字化仪 2.2.9图像扫描仪 2.2.10声频输入系统 2.2.11视频输入系统 2.3图形显示设备 2.3.1阴极射线管 2.3.2CRT图形显示器 2.3.3平板显示器 2.3.4三维观察设备 2.4图形显示子系统 2.4.1光栅扫描图形显示子系统的结构 2.4.2绘制流水线 2.4.3相关概念 2.5图形硬拷贝设备 2.5.1打印机 2.5.2绘图仪 2.6OpenGL图形软件包 2.6.1OpenGL的主要功能 2.6.2OpenGL的绘制流程 2.6.3OpenGL的基本语法 2.6.4一个完整的OpenGL程序 第3章用户接口与交互式技术 3.1用户接口设计 3.1.1用户模型 3.1.2显示屏幕的有效利用 3.1.3反馈 3.1.4一致性原则 3.1.5减少记忆量 3.1.6回退和出错处理 3.1.7联机帮助 3.1.8视觉效果设计 3.1.9适应不同的用户 3.2逻辑输入设备与输入处理 3.2.1逻辑输入设备 3.2.2输入模式 3.3交互式绘图技术 3.3.1基本交互式绘图技术 3.3.2三维交互技术 3.4OpenGL中橡皮筋技术的实现 3.4.1基于鼠标的实现 3.4.2基于键盘的实现 3.5OpenGL中拾取操作的实现 3.6OpenGL的菜单功能 第4章图形的表示与数据结构 4.1基本概念 4.1.1基本图形元素 4.1.2几何信息与拓扑信息 4.1.3坐标系 4.1.4实体的定义 4.1.5正则集合运算 4.1.6平面多面体与欧拉公式 4.2三维形体的表示 4.2.1多边形表面模型 4.2.2扫描表示 4.2.3构造实体几何法 4.2.4空间位置枚举表示 4.2.5八叉树 4.2.6BSP树 4.2.7OpenGL中的实体模型函数 4.3非规则对象的表示 4.3.1分形几何 4.3.2形状语法 4.3.3粒子系统 4.3.4基于物理的建模 4.3.5数据场的可视化 4.4层次建模 4.4.1段与层次建模 4.4.2层次模型的实现 4.4.3OpenGL中层次模型的实现 第5章基本图形生成算法 5.1直线的扫描转换 5.1.1数值微分法 5.1.2中点Bresenham算法 5.1.3Bresenham算法 5.2圆的扫描转换 5.2.1八分法画圆 5.2.2中点Bresenham画圆算法 5.3椭圆的扫描转换 5.3.1椭圆的特征 5.3.2椭圆的中点Bresenham算法 5.4多边形的扫描转换与区域填充 5.4.1多边形的扫描转换 5.4.2边缘填充算法 5.4.3区域填充 5.4.4其他相关概念 5.5字符处理 5.5.1点阵字符 5.5.2矢量字符 5.6属性处理 5.6.1线型和线宽 5.6.2字符的属性 5.6.3区域填充的属性 5.7反走样 5.7.1过取样 5.7.2简单的区域取样 5.7.3加权区域取样 5.8在OpenGL中绘制图形 5.8.1点的绘制 5.8.2直线的绘制 5.8.3多边形面的绘制 5.8.4OpenGL中的字符函数 5.8.5OpenGL中的反走样 第6章二维变换及二维观察 6.1基本概念 6.2基本几何变换 6.2.1平移变换 6.2.2比例变换 6.2.3旋转变换 6.2.4对称变换 6.2.5错切变换 6.2.6二维图形几何变换的计算 6.3复合变换 6.3.1二维复合平移变换和比例变换 6.3.2二维复合旋转变换 6.3.4其他二维复合变换 6.3.5相对任一参考点的二维几何变换 6.3.6相对于任意方向的二维几何变换 6.3.7坐标系之间的变换 6.3.8光栅变换 6.3.9变换的性质 6.4二维观察 6.4.1基本概念 6.4.2?用户坐标系到观察坐标系的变换 6.4.3?窗口到视区的变换 6.5?裁剪 6.5.1?点的裁剪 6.5.2直线段的裁剪 6.5.3多边形的裁剪 6.5.4其他裁剪 6.6OpenGL中的二维观察变换 第7章三维变换及三维观察 7.1三维变换的基本概念 7.1.1几何变换 7.1.2三维齐次坐标变换矩阵 7.1.3平面几何投影 7.2三维几何变换 7.2.1三维基本几何变换 7.2.2三维复合变换 7.3三维投影变换 7.3.1正投影 7.3.2斜投影 7.4透视投影 7.4.1一点透视 7.4.2二点透视 7.4.3三点透视 7.5观察坐标系及观察空间 7.5.1观察坐标系 7.5.2观察空间 7.6三维观察流程 7.6.1用户坐标系到观察坐标系的变换 7.6.2平行投影的规范化投影变换 7.6.3透视投影的规范化投影变换 7.7三维裁剪 7.7.1关于规范化观察空间的裁剪 7.7.2齐次坐标空间的裁剪 7.8OpenGL中的变换 7.8.1矩阵堆栈 7.8.2模型视图变换 7.8.3投影变换 7.8.4实例 第8章曲线与曲面 8.1基本概念 8.1.1曲线/曲面数学描述的发展 8.1.2曲线/曲面的表示要求 8.1.3曲线/曲面的表示 8.1.4插值与逼近 8.1.5连续性条件 8.1.6样条描述 8.2三次样条 8.2.1自然三次样条 8.2.2Hermite插值样条 8.3Bezier曲线/曲面 8.3.1Bezier曲线的定义 8.3.2Bezier曲线的性质 8.3.3Bezier曲线的生成 8.3.4Bezier曲面 8.4B样条曲线/曲面 8.4.1B样条曲线 8.4.2B样条曲线的性质 8.4.3B样条曲面 8.5有理样条曲线/曲面 8.5.1NURBS曲线/曲面的定义 8.5.2有理基函数的性质 8.5.3NURBS曲线/曲面的特点 8.6曲线/曲面的转换和计算 8.6.1样条曲线/曲面的转换 8.6.2样条曲线/曲面的离散生成 8.7OpenGL生成曲线/曲面 8.7.1Bezier曲线/曲面函数 8.7.2GLU中的B样条曲线/曲面函数 第9章消隐 9.1深度缓存器算法 9.2区间扫描线算法 9.3深度排序算法 9.4区域细分算法 9.5光线投射算法 9.6BSP树 9.7多边形区域排序算法 9.8OpenGL中的消隐处理 第10章真实感图形绘制 10.1简单光照模型 10.1.1环境光 10.1.2漫反射光 10.1.3镜面反射光 10.1.4光强衰减 10.1.5颜色 10.2基于简单光照模型的多边形绘制 10.2.1恒定光强的多边形绘制 10.2.2Gouraud明暗处理 10.2.3Phong明暗处理 10.3透明处理 10.4产生阴影 10.5模拟景物表面细节 10.5.1用多边形模拟表面细节 10.5.2纹理的定义和映射 10.5.3凹凸映射 10.6整体光照模型与光线追踪 10.6.1整体光照模型 10.6.2Whitted光照模型 10.6.3光线跟踪算法 10.6.4光线跟踪反走样 10.7 OpenGL中的光照与表面绘制函数 10.7.1 OpenGL点光源 10.7.2 OpenGL全局光照 10.7.3 OpenGL表面材质 10.7.4 OpenGL透明处理 10.7.5 OpenGL表面绘制 10.7.6 实例 10.8 OpenGL中的纹理映射
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