计算机图形学基础与应用——基于WebGL-图书-人邮教育社区

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内容摘要

计算机图形学是研究利用计算机进行图形绘制的科学，其主要研究内容为利用计算机实现将三维模型投影到平面的方法。本书首先搭建基本的计算机图形学知识体系，然后在此基础上，围绕GPU管线的处理结构分析管线各个阶段的实现算法；同时介绍WebGL在编程方面的应用，使读者不仅能够掌握图形应用软件的编程方法，还能明白计算机图形学的基本原理。
编者在本书中融入了大量实例的源代码，可以为读者应用不同的理论知识进行实践提供参考。此外，与本书配套的“计算机图形学实验”平台上不仅展示了多个实验下多位学生的三维交互作品，以供院校师生参考学习，而且支持读者注册并使用该平台，进行代码上传与调试及作品展示等，这可以极大程度地提升读者的实战技能。
本书可作为高等院校计算机、数字媒体、软件工程等相关专业的教材，也可供图形应用领域的技术人员学习使用，还可作为图形研究人员的参考用书。

【章名目录】

【第1篇】基础篇
第1章概述　2
第2章图形处理管线　14
第3章 WebGL编程　34
第4章光栅式图形系统　62
第5章变换　81
第6章三维模型表示　116
第7章简单光照模型　149

【第2篇】应用篇
第8章 WebGL高级应用　161
第9章全局光照　182
第10章实时物理渲染与非真实感绘制　202

【详细目录】
第1篇基础篇

第1章概述　2
1.1 计算机图形学相关课程　2
1.2 计算机图形学的发展　3
1.3 计算机图形系统　3
1.3.1 光栅扫描显示　4
1.3.2 图形处理单元架构　6
1.4 计算机图形软件　9
1.4.1 Direct3D和OpenGL概述　9
1.4.2 WebGL概述　10
1.4.3 WebXR概述　11
1.5 本章小结　13
习题　13

第2章图形处理管线　14
2.1 GPU与CPU的区别　14
2.1.1 计算机绘制概述　15
2.1.2 成像原理　15
2.2 固定管线流程　16
2.2.1 处理流程　16
2.2.2 模型表达与绘制　17
2.2.3 管线架构　19
2.3 可编程管线　20
2.3.1 可编程管线的基本概念　20
2.3.2 着色器程序　22
2.3.3 管线中的数据流　23
2.4 buffer编程　25
2.4.1 帧缓存　25
2.4.2 深度缓存　26
2.4.3 模板缓存　27
2.4.4 PBO与FBO　28
2.4.5 纹理buffer　30
2.5 本章小结　32
习题　33

第3章 WebGL编程　34
3.1 搭建开发平台　34
3.1.1 Three.js简介　34
3.1.2 Three.js的环境配置　35
3.1.3 搭建Web服务器　35
3.1.4 创建第一个Three.js实例　36
3.2 JavaScript基础　37
3.2.1 核心语句和语法　38
3.2.2 对象和数组　40
3.2.3 在网页中嵌入JavaScript代码　41
3.2.4 与网页进行交互　42
3.3 场景搭建　44
3.3.1 画布设置　44
3.3.2 对象设置　45
3.3.3 相机设置　47
3.3.4 交互设置　48
3.4 坐标系与观察变换　51
3.4.1 场景坐标系与图像结果坐标系　51
3.4.2 观察变换　52
3.5 Three.js基本程序框架　54
3.6 本章小结　60
习题　60

第4章光栅式图形系统　62
4.1 线段光栅化　62
4.1.1 Bresenham算法　63
4.1.2 曲线光栅化方法　65
4.2 字符光栅化　66
4.3 反走样技术　67
4.4 多边形填充技术　68
4.4.1 内外测试　68
4.4.2 扫描线多边形填充算法　69
4.4.3 其他填充方法　71
4.5 纹理技术　72
4.5.1 纹理坐标　72
4.5.2 GLSL纹理贴图　72
4.5.3 纹理上下文　74
4.5.4 过程纹理　74
4.5.5 凹凸贴图　77
4.6 WebGL实例分析　79
4.7 本章小结　80
习题　80

第5章变换　81
5.1 数学基础　81
5.1.1 向量　81
5.1.2 矩阵　83
5.1.3 齐次坐标　85
5.2 二维几何变换　85
5.2.1 矩阵表达　85
5.2.2 复合变换矩阵的构造　87
5.3 三维几何变换　90
5.3.1 矩阵表达　90
5.3.2 复合变换矩阵的构造　91
5.3.2 四元数　93
5.4 投影变换　95
5.4.1 平行投影　95
5.4.2 透视投影　98
5.5 裁剪技术　101
5.5.1 线段裁剪　101
5.5.2 多边形裁剪　105
5.5.3 三维裁剪　107
5.6 实例分析　109
5.6.1 基本概念　109
5.6.2 基本矩阵函数　109
5.6.3 旋转、平移和缩放　110
5.6.4 绕任意点的旋转　110
5.6.5 三维模型示例　111
5.7 本章小结　114
习题　114

第6章三维模型表示　116
6.1 多边形网格表示　116
6.1.1 基本概念　117
6.1.2 多边形网格的数据结构　117
6.1.3 三角化算法　122
6.1.4 网格简化　124
6.2 参数曲面表示　127
6.2.1 Bézier曲线　127
6.2.2 Bézier曲面　131
6.2.3 B样条曲线　134
6.2.4 B样条曲面　139
6.3 细分表示　141
6.3.1 四边形网格细分的Catmull-Clark方法　142
6.3.2 三角形网格细分的Loop方法　142
6.4 其他表示　143
6.4.1 点表示　143
6.4.2 实体表示　144
6.5 实例分析　145
6.6 本章小结　147
习题　147

第7章简单光照模型　149
7.1 光反射作用的组成部分　149
7.1.1 环境光　149
7.1.2 漫反射光　150
7.1.3 镜面反射光　151
7.2 简单光照模型　152
7.2.1 Phong模型　152
7.2.2 明暗处理方法　153
7.3 实例分析　156
7.4 本章小结　158
习题　158

第2篇应用篇

第8章 WebGL高级应用　161
8.1 Shader基础　161
8.1.1 WebGL高级渲染　161
8.1.2 Shader简介　162
8.2 Shader程序　169
8.2.1 内置变量与函数　169
8.2.2 示例说明　172
8.2.3 Three.js中的Shader材质　178
8.3 本章小结　181
习题　181

第9章全局光照　182
9.1 全局光照简介　182
9.1.1 基本概念　183
9.1.2 环境光遮蔽　185
9.1.3 渲染方程　185
9.2 光线跟踪算法　187
9.2.1 光线跟踪算法原理　187
9.2.2 算法核心步骤　188
9.2.3 算法实现细节　190
9.2.4 算法改进　195
9.3 辐射度算法　196
9.3.1 辐射度算法原理　196
9.3.2 辐射度方程　196
9.3.3 求解辐射度方程　197
9.3.4 计算排列因子　198
9.3.5 实现辐射度算法　200
9.4 本章小结　201
习题　201

第10章实时物理渲染与非真实感绘制　202
10.1 实时物理渲染　202
10.1.1 PBR技术　202
10.1.2 BRDF模型技术　208
10.1.3 WebGL材质实例分析　213
10.2 非真实感渲染　215
10.2.1 概述　215
10.2.2 分类　216
10.2.3 卡通渲染　217
10.2.4 其他风格的NPR渲染　222
10.3 本章小结　223
习题　223

参考文献　224