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交互式計算機圖形學——基于WebGL的自頂向下方法（第七版） ( 簡體 字) |
| 作者：張榮華，姜麗梅,邵緒強,馬玉梅 等 | 類別：1. -> 教材 -> 數位影像處理 |
| 譯者： |
| 出版社：電子工業出版社 |  3dWoo書號： 43738
詢問書籍請說出此書號！【缺書】
NT售價： 445 元 |
| 出版日：3/1/2016 |
| 頁數：528 |
| 光碟數：0 |
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站長推薦：   |
| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787121276040 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：譯 者 序
計算機圖形學（Computer Graphics）產生于20世紀60年代， 是研究圖形的計算機生成、 處理和顯示的一門學科。目前計算機圖形學已經滲透到工業生產和社會活動的各個領域， 從飛機、 汽車的計算機輔助設計到飛行模擬器， 從視頻游戲到數字電影， 從天氣預報到地質勘探， 無一不應用計算機圖形生成技術。因此， 以圖形人機接口和可視化技術為代表的計算機圖形學已成為計算機學科中最活躍的分支之一。
在過去十幾年， GPU得到了迅速發展， 三維圖形程序也經歷了從運行速度的提高到擁有高質量圖形表現力的轉變， 圖形繪制系統性能的增長速度遠遠超過了摩爾定律， GPU的可編程性也不斷增強。對于現代的OpenGL應用程序， 所有的繪制都是通過可編程GPU的頂點著色器和片元著色器來控制的， 因此新的可編程結構為三維圖形應用程序開發人員提供了極大的靈活性。目前桌面版OpenGL的最新版本為OpenGL 4.3。其中， OpenGL 2.0的出現是OpenGL的重大進步， 因為它引入了OpenGL著色語言， 允許應用程序編程人員編寫他們自己的著色器程序并且充分利用GPU的巨大能力。隨著移動終端和互聯網的廣泛應用， OpenGL的變體——OpenGL ES和WebGL陸續衍生出來。OpenGL ES 2.0基于OpenGL 2.0， 在嵌入式設備的應用中（如智能手機、 平板電腦和游戲機等）獲得了良好的圖形表現。但是桌面版OpenGL和簡化版的OpenGL ES都被設計成在本地運行， 不能充分利用Web的優勢。2011年Khronos Group發布的第一個WebGL版本源自OpenGL ES 2.0。WebGL是運行在當前大多數Web瀏覽器上的OpenGL ES 2.0的JavaScript接口， 可以為HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染， 這樣我們可以借助本地的圖形硬件在幾乎所有最新的瀏覽器上更流暢地展示3D場景和模型， 而不需要額外的專用插件或庫。隨著GPU和JavaScript引擎的速度與復雜性的日益增加， 我們希望更多圖形應用程序都可以使用WebGL開發或者移植到WebGL中。
目前國外許多大學都已經將基于可編程GPU的高級著色語言融入計算機圖形學的教學與實踐中， 如University of New Mexico、 Harvard、 MIT、 Caltech、 Stanford、 Purdue、 Brown University、 University of Illinois、 University of Texas， Austin， 等等。因此， 隨著目前可編程GPU的快速發展， 為了切實提高計算機圖形學課程的教學質量與教學水平， 更好地與國際計算機圖形學教育及科研實踐接軌， 逐漸在我國高校的計算機圖形學課程中引入基于可編程GPU繪制流水線及面向著色器編程的新型教學模式已是當務之急。譯者多年從事計算機圖形學的教學與研究， 深知選擇這樣一本“基礎性與先進性、 理論性與應用性、 科學性與通俗性”相結合且能滿足目前計算機圖形學新型教學模式教材的重要性。目前在國內外很少有基于這種新型教學模式的計算機圖形學書籍， 而本書第七版反映了計算機圖形學在圖形硬件設備和圖形繪制標準等方面的最新發展現狀。相比于前面六個版本， 第七版基于可編程GPU的WebGL著色器編程來介紹計算機圖形學的相關原理、 方法和技術， 編寫的三維圖形示例能運行于最新的Web瀏覽器且不需要任何額外的插件或庫。因此， 本書的第七版能很好地滿足新型教學模式的需求。與桌面版OpenGL相比， WebGL更適合講授計算機圖形學， 也是培養學生基于現代GPU的可編程計算思維的一本非常難得的優秀教材。
本書的主要特色如下所述。
內容豐富而又系統， 基礎性內容和拓展性主題相結合。本書涉及了現代計算機圖形學課程幾乎所有的主要內容， 涵蓋了交互式圖形編程、 三維可編程繪制流水線、 變換與觀察、 光照與明暗繪制、 曲線曲面建模等基本的計算機圖形學內容以及離散技術、 層級建模、 過程建模、 光線跟蹤、 并行繪制和體繪制等高級內容。
內容編排和組織獨具特色， 綜合了知識性和實用性。本書采用了“自頂向下”和面向著色器編程的方法， 使學生能既使用WebGL和JavaScript迅速地編寫自己的交互式三維Web圖形應用程序， 又能系統地掌握計算機圖形學的基本原理、 方法和技術。
本書作者結合自己在計算機圖形學領域多年的教學和科研成果， 為本書提供了大量的經典示例程序、 豐富的插圖、 彩圖和習題， 并在每章后面提供了最新的建議閱讀資料， 為進一步加深和擴展讀者對有關內容的理解提供了有力支持。
本書既不乏經典理論， 又側重近幾年計算機圖形學發展的最新成果。本書第七版中新增的某些技術是最近的文獻中出現的新技術。為了及時反映計算機圖形學的發展現狀， 本書對第六版中的某些章節進行了調整， 并增刪了相關內容：
將第六版中有關輸入和交互的內容集中起來作為獨立的章節， 即本書的第3章； 增加了有關離屏繪制、 繪制到紋理、 基于Agent建模等內容。
所有的應用程序采用WebGL技術標準， WebGL應用程序包含三種語言： HTML5、 JavaScript和OpenGL著色器語言， 雖然第七版中的許多示例程序的輸出結果與以前的版本相同， 但代碼完全不同。
包含了一個高效的矩陣-向量工具包。
本書原版是國外諸多大學采用的一本經典的計算機圖形學教材， 譯者甚感榮幸再次承接了本書最新版本的翻譯工作。為了確保譯文的質量， 譯者和校對人員花費了大量時間對譯文進行認真的校對和統稿。對于原文中顯而易見的錯誤， 譯者在譯文中直接進行了更正， 而對于原文中可能有誤的地方， 譯文中均以“譯者注”的形式做了標注， 以供讀者參照。
本書的翻譯得到了很多人的幫助與參與， 在此衷心感謝為本書翻譯付出努力的每一個人！參加本書翻譯的人員主要有： 張榮華、 姜麗梅、 邵緒強、 馬玉梅、 李繼榮、 王藍婧， 王新穎也參與了本書的翻譯和校對工作， 張榮華和李繼榮參與了全書的統稿與審校。在此感謝本書第七版的所有譯者！
譯者在翻譯過程中雖然力求準確地反映原著內容， 但由于自身的知識局限性， 譯文中難免有不妥之處， 謹向原書作者和讀者表示歉意， 并敬請讀者批評指正。
華北電力大學計算機系 張榮華 2016年3月于保定
前 言
本書是計算機圖形學入門教材， 重點介紹應用程序的編寫。本書于1997年首次出版， 第一版在使用OpenGL和自頂向下的方法上多多少少是一場革命。在接下來的16年中， 發行了六個版本， 大多數計算機圖形學概論課以及幾乎所有的教科書都采用了本書的方法。
本書的第六版反映了主要的圖形硬件升級引起的重大圖形軟件變化。特別地， 第六版是完全基于著色器的， 可以使讀者創建完全利用現代GPU性能的應用程序。我們注意到這些改變也被包括在OpenGL ES 2.0中， 可以用來為嵌入式系統和便攜式設備開發應用程序， 例如手機和平板電腦， 以及WebGL的JavaScript實現。當初， 通過HTML5支持WebGL的Web瀏覽器出現的時候， 我們并沒有預料到會對WebGL產生如此大的興趣。
當我們繼續編寫書籍， 講授SIGGRAPH課程以及從事其他圖形學相關活動的時候， 我們開始意識到對WebGL逐漸產生的興趣。WebGL的應用如今非常普遍， 包括最近智能手機上的一些程序。雖然WebGL缺少了一些最新版OpenGL的高級功能， 但是其與HTML5的整合開辟了大量新的應用領域。作為一個額外的好處， 我們發現WebGL比桌面版OpenGL更適合講授計算機圖形學。因此， 我們決定使用WebGL作為編程語言編寫本書的第七版。我們相信第七版也會像其他版本一樣帶來巨大變革。
第七版新增內容
● 全書使用了WebGL
● 所有的代碼使用JavaScript編寫
● 所有的代碼在近期的Web瀏覽器上運行
● 增加了一章關于交互的內容
● 增加了關于繪制到紋理的內容
● 增加了關于顯示網格的內容
● 包含了一個高效的矩陣-向量工具包
● 增加了基于Agent建模的介紹
自頂向下的方法
圖形學的新進展以及本書前六個版本的成功一直鞭策著我們堅持采用自頂向下的、 面向程序設計的方法來介紹計算機圖形學。雖然許多計算機科學與工程系現在開設了多門計算機圖形學課程， 但是大多數學生只選修一門。在學生們學習了程序設計、 數據結構、 算法、 軟件工程和基礎數學以后給他們安排一門圖形學課程， 應允許教師以內容充實并且有趣的方式按上述已學課程來組織計算機圖形學課程， 我們希望這些學生學習這門課程時盡可能早地編寫出三維應用程序。底層的算法， 例如繪制線段或者填充多邊形， 可以在學生們編寫了圖形程序之后再考慮。
當被問到“為什么講授編程”這個問題時， 計算機教育的先驅John Kemeny曾經把自頂向下的編程方法與我們熟悉的汽車來類比： 你沒必要知道汽車發動機罩下面是什么， 但是如果知道內部的工作原理， 就會去駕駛汽車而不是坐在汽車后座上。同樣的類比適用于講授計算機圖形學的方法。第一種方法（算法的方法）是把汽車工作原理的方方面面都交代清楚： 發動機、 傳動裝置、 燃燒過程等。第二種方法（概覽的方法）是雇一名司機， 自己坐在后面觀光。第三種方法（本書采用的編程方法）是教會你如何駕駛并把汽車開到你想要去的地方， 正如一句過時的租賃廣告詞說的那樣： “讓我們把你放在駕駛員的位子上去。”
使用WebGL和JavaScript編程
當本書的第一作者Edward Angel在30年前開始講授計算機圖形學的時候， 當時以面向編程的方式講授這門課程并編寫相應教材的最大障礙是缺乏一個廣泛接受的圖形庫或者應用程序編程接口（API）。遇到的困難包括： 高成本、 可用性受限、 缺乏通用性以及高復雜性。OpenGL的開發解決了我們中很多人在其他API中遇到的以及在使用自己編寫的軟件作為替代時所面臨的大多數困難， 今天所有的平臺都支持OpenGL， 它已被普遍認為是跨平臺的標準。
一門圖形學的課程遠遠不能僅講授如何使用一種特定的API， 一種好的API應使得講授圖形學中的一些關鍵內容變得更容易， 這些內容包括三維圖形學、 光照和著色、 客戶／服務器圖形系統、 建模以及實現算法。我們相信， OpenGL的擴展功能以及良好定義的結構可以為講授圖形學理論和實踐這兩方面都提供更好的基礎， 而且OpenGL同樣也可以為講授包括紋理映射、 圖像融合以及可編程著色器在內的一些高級概念提供更好的基礎。
大約18年前， Edward Angel就開始在授課時使用OpenGL， 結果令他欣喜若狂。在那個學期的期中之前， 所有的學生就都能編寫出中等復雜程度的三維圖形程序， 而編寫這樣的程序需要理解三維顯示和事件驅動輸入。在這之前幾年的計算機圖形學教學中， Edward Angel從未收到過如此好的教學效果， 那次課程孕育出了本書的第一版。
本書是關于計算機圖形學的教科書， 并不是OpenGL或者WebGL的使用手冊。因此， 沒有把WebGL API的方方面面都一一介紹， 而是僅僅解釋了對于掌握本書內容來說必要的那些部分。因而， 本書在介紹WebGL時的定位是允許其他API用戶毫無困難地閱讀本書內容。
與前幾個版本不同， 這一版使用WebGL和JavaScript來編寫所有的例子。WebGL是使用JavaScript來實現OpenGL ES 2.0， 并且可以在當前大多數瀏覽器中運行。因為HTML5的支持， WebGL不但提供了和其他應用程序的兼容性， 而且不依賴于某個平臺。WebGL在瀏覽器中運行， 并且充分利用主機的圖形硬件。雖然JavaScript不是我們講授編程課的常用語言， 但它是一種Web語言。在過去的幾年中， JavaScript已經逐漸變得越來越強大， 經驗告訴我們， 那些熟悉Java、 C或者C++的學生使用JavaScript來編程應該沒有什么困難。
包括WebGL在內的所有的現代OpenGL版本都要求每個應用程序提供兩個著色器， 這兩個著色器用OpenGL著色器語言（GLSL）編寫。GLSL類似于C語言， 但增加了向量和矩陣作為基本類型， 以及一些C++的特性， 例如操作符重載。我們已經添加了JavaScript庫 MV.js， 不僅支持我們使用的圖形函數， 還支持GLSL中的類型和操作。
適用的讀者
本書適用于計算機科學和工程專業的高年級本科生和一年級研究生， 以及具有良好程序設計能力的其他專業學生。本書對于許多專業人員也是有價值的。我們已經成功地為專業人員講授了100多次短期課程， 從這些非傳統意義的學生身上獲得的經驗極大地影響了本書的內容。
在閱讀本書之前， 讀者應該熟練掌握JavaScript、 C、 C++語言或者Java， 理解鏈表和樹等基本數據結構并具有線性代數和三角學的初步知識。我們發現計算機科學專業學生的數學背景相差很大， 不管是本科生還是研究生都是如此。因此， 本書包含了很多計算機基礎圖形學所需的線性代數和幾何學知識。
本書的內容組織
本書內容組織如下： 第l章概覽整個圖形學領域并介紹了基于光學設備的圖像生成， 這樣我們從一開始就引入了三維圖形學的概念。第2章介紹WebGL編程， 雖然編寫的第一個示例程序是二維的（每一章都有一個或者多個完整的編程示例）， 但是這個程序是嵌入在三維環境下編寫的， 并且可以擴展到三維。第3章介紹交互式圖形學， 并在瀏覽器環境中進行基于事件驅動的圖形程序開發。第4章和第5章討論三維圖形學概念， 第4章討論如何定義和處理三維對象， 而第5章討論如何觀察它們。第6章介紹光線和材質之間的相互作用以及著色。第7章介紹一些圖形硬件和WebGL支持的新的離散技術。所有這些技術涉及了各種緩存。這些章節應該按順序講授， 在一個總共15周的學期里， 大約10周可以講完這些內容。
后面的5章可以按照任何順序閱讀。所有這5章都或多或少是開放式的， 讀者可以概覽， 也可以深究其中的一些課題。第8章討論實現， 對三維圖形繪制流水線中的每個基本步驟都給出了一種或兩種主要算法， 這些基本步驟包括裁剪、 直線段生成和多邊形填充。第9章包含層級建模主題中的若干松散內容， 涉及從層級模型（封裝了各部分之間聯系的模型）的構造到互聯網圖形繪制的高級方法。這一章還包括了對場景圖的介紹。第10章介紹若干過程方法， 包括粒子系統、 分形和過程噪聲。第11章討論曲線和曲面， 包括細分曲面。第12章介紹其他一些高繪制方法， 進一步討論了光線跟蹤和輻射度方法， 還介紹了基于圖像的繪制和并行繪制。
附錄A提供了閱讀、 編譯和鏈接應用程序和著色器所需WebGL函數的細節。附錄B和附錄C包含對背景數學知識的回顧， 附錄D討論了利用奈奎斯特定理進行采樣和反走樣， 并把結果應用到計算機圖形學中。
相對第六版的變化
讀者對于本書前六版的絕大多數評價都是肯定的， 特別是對于采用OpenGL和自頂向下的方法更是如此。在第六版中， 我們拋棄了固定功能渲染管線， 而完全采用基于著色器的OpenGL。在這一版中， 我們使用WebGL， WebGL不僅是完全基于著色器的（每個程序必須至少提供一個頂點著色器和一個片段著色器）， 而且能運行于最新的Web瀏覽器。
所有的程序使用JavaScript編寫。雖然JavaScript具有其自身的特性， 但我們不希望具有高級語言如Java、 C或者C++使用經驗的學生在使用它時遇到嚴重的困難。
正像我們在本版前言開始所指出的那樣， 每一個應用程序都必須提供著色器。因此， 可編程著色器及GLSL需要在第2章介紹。與以前的版本相比， 雖然第七版中的許多示例程序的輸出結果與以前的版本相同， 但它們的代碼完全不同。
第六版不再將輸入和交互作為單獨一章， 而是將有關內容合并到了其他章節。而在本版本中， 我們對這部分內容又恢復為獨立的章節。因為通過HTML5把事件驅動輸入集成到WebGL是很方便靈活的， 所以我們做出了這樣的決定。
我們在本書中加入了有關離屏繪制和繪制到紋理的相關內容。這些技術已經成為一些利用GPU進行計算密集型應用程序開發的基礎， 例如圖像處理和模擬。
讀者對以前版本中第1章到第6章的核心內容反響很好， 所以本版盡量保持這些章節的內容， 使其改變降到最低。本版仍將第1章至第7章視為計算機圖形學導論課程的核心內容， 第8章至第12章可以按任何順序來使用， 既可以作為一個學期的概論課， 也可以作為順序開設的兩個學期的課程內容。
輔助材料
在作者的網站上可以找到本書的輔助材料。所有讀者都可以獲得下面的輔助材料部分資源也可登錄華信教育資源網免費注冊下載——編者注。：
● 關于WebGL的資源信息
● 程序代碼
● 部分習題的答案
● 講稿課件
● 書中的插圖
還有一些輔助材料， 包括所有非程序設計習題的解答， 僅提供給采用本書做教材的教師使用。請與貴校的Pearson Education代表聯系或者訪問網站www.pearsonhighered.com/irc以獲取使用這些材料的信息為獲取本書供教師使用的教學支持文檔， 可參閱本書后所附的“教學支持說明”——編者注。。
致謝
在過去的幾年中， Edward Angel有幸在新墨西哥大學遇到了許多優秀的學生， 是他們最早使他對OpenGL產生了興趣， 從他們那里Edward Angel學到了很多東西。這些學生包括： Ye Cong， Pat Crossno， Tommie Daniel， Chris Davis， Lisa Desjarlais， Kim Edlund， Lee Ann Fisk， Maria Gallegos， Brian Jones， Christopher Jordan， Takeshi Hakamata， Max Hazelrigg， Sheryl Hurley， Thomas Keller， Ge Li， Pat McCormick， Al McPherson， Ken Moreland， Martin Muller， David Munich， Jim Pinkerton， Jim Prewett， Dave Rogers， Hal Smyer， Dave Vick， Hue （Bumgarner-Kirby）Walker， Brian Wylie 和Jin Xiong， 許多彩圖中的例子都出自這些學生。
本書第一版是Edward Angel在休假期間寫作的， 他在5個不同的國家完成了本書。如果沒有若干人士以及若干大學、 研究機構給他提供的幫助， 該書是完不成的， 他們給他提供了便利。衷心感謝委內瑞拉安第斯大學（Universidad de los Andes）的Jonas Montilva和Chris Birkbeck、 厄瓜多爾天球赤道理工大學（Universidad Tecnologica Equinoccial）的Rodrigo Gallegos和Aristides Novoa、 新竹清華大學的Long Wen Chang、 香港中文大學的Kim Hong Wong和Pheng Ann Heng。Edward Angel到許多地方的參觀訪問都得益于國際超導技術中心（ISTEC）和新墨西哥大學的Ramiro Jordan的幫忙。無論Edward Angel何時有問題， 新墨西哥大學的John Brayer和Jason Stewart、 Addison-Wesley出版社的Helen Goldstein都設法幫他解決。Edward Angel的網站上描述了寫作第一版的經歷。
NVIDIA公司的David Kirk和Mark Kilgard慷慨地為測試很多算法提供了顯卡。還應感謝許多給予了極大幫助的人士， 他們是Ben Bederson， Gonzalo Cartagenova， Tom Caudell， Kathi Collins， Kathleen Danielson， Roger Ehrich， Robert Geist， Chuck Hansen， Mark Henne， Bernard Moret， Dick Nordhaus， Helena Saona， Dave Shreiner， Vicki Shreiner， Gwen Sylvan和Mason Woo。承蒙OpenGL協會的Mark Kilgard、 Brian Paul和Nate Robins的極大幫助， 他們編寫了能使OpenGL代碼在各種平臺上都可以開發的軟件。
新墨西哥大學的藝術、 研究、 技術和科學實驗室（ARTS Lab）以及高性能計算中心對Edward Angel的許多項目提供了支持， 計算機科學系、 美術學院的藝術技術中心、 國家科學基金、 美國Sandia國家實驗室和Los Alamos國家實驗室資助了許多Edward Angel的學生和研究項目， 本書的部分內容就來自這些研究項目中的一部分。曾在北極星天文館， 現在ARTS實驗室的David Beining為FullDome項目提供了極大的支持， Sheryl Hurley， Christopher Jordan， Laurel Ladwig， Jon Strawn和Hue（Bumgarner-Kirby）Walker通過FullDome項目提供了本書彩圖中的一些圖像。Hue Walker為前三個版本設計了精美的封面， 其畫面是本版封面的基礎。
Edward Angel還要感謝Santa Fe Complex創立的非正式小組， 包括Jeff Bowles， Ruth Chabay， Stephen Guerin， Bruce Sherwood， Scott Wittenberg， 尤其是推廣JavaScript的Owen Densmore， 他說服自己在Santa Fe講授計算機圖形學課程以深入研究JavaScript， 使我們都獲得了相關經驗。
本書的第二作者Dave Shreiner首先感謝Edward Angel邀他參與了該書的寫作， 我們彼此交換自己對OpenGL的看法以及如何開展教學已多年， 把那些概念教給新學生是很令人興奮的。Dave Shreiner也首先感謝曾在硅谷圖形計算機系統工作過的同事們、 創建OpenGL的同事們， 以及一直研究API的Khronos組織的OpenGL工作組。就像Edward Angel所說， ACM SIGGRAPH顯然在開發這些材料中起到了重要作用， 對于該組織能為探索我們的想法所提供的熱點研究題目不勝感激。
評閱人在本書應該包括哪些內容和應該介紹到什么程度這兩方面提出了各種各樣的看法， 先前版本的評閱人包括： Gur Saran Adhar（北卡羅來納州立大學威明頓分校）， Mario Agrular（杰克遜維爾州立大學）， Michael Anderson（哈特福德大學）， Norman I. Badler〔賓夕法尼亞大學(University of Pennsylvania)〕， Mike Bailey（俄勒岡州立大學）， Marty Barrett（東田納西州立大學）， C．S．Bauer（中佛羅里達大學）， Bedrich Benes（普度大學）， Kabekode V. Bhat〔賓夕法尼亞州立大學(The Pennsylvania State University）〕， Isabelle Bichindartitz（華盛頓大學）， Cory D. Boatright（賓夕法尼亞大學）， Eric Brown和Robert P. Burton（楊伯翰大學）， Sam Buss（加利福尼亞州立大學圣迭戈分校）， Kai H．Chang （奧本大學）， James Cremer（艾奧瓦大學）， Ron DiNapoli（康奈爾大學）， John David N. Dionisio（洛約拉馬利蒙特大學）， Eric Alan Durant（密爾瓦基工程學校）， David S．Ebert （普度大學）， Richard R. Eckert（賓厄姆頓大學）， W. Randolph Franklin（倫斯勒理工學院）， Natacha Gueorguieva（紐約城市大學/斯塔騰島學院）， Jianchao（Jack） Han（加利福尼亞州立大學多明戈茲崗分校）， Chenyi Hu（阿肯色中央大學）， George Kamberov（史蒂文斯理工學院）， Mark Kilgard（NVIDIA公司）， Lisa B．Lancor（南康涅狄格州立大學）， Chung Lee（加州波莫納理工大學）， John L．Lowther（密歇根理工大學）， R．Marshall（波士頓大學和布里奇沃特州立學院）， Hugh C. Masterman（馬薩諸塞大學洛威爾分校）， Bruce A．Maxwell（史威特摩爾學院）， Tim McGraw （西弗吉尼亞大學) ， James R．Miller（堪薩斯州立大學）， Rodrigo Obando（哥倫布州立大學）， Jon A. Preston （南方州立理工大學）， Andrea Salgian（新澤西學院）， Lori L. Scarlatos（紐約城市大學布魯克林學院）， Han-Wei Shen（俄亥俄州立大學）， Oliver Staadt（加利福尼亞州立大學戴維斯分校）， Stephen L．Stepoway（南衛理工會大學）， Bill Toll（泰勒大學）， Michael Wainer （南伊利諾伊州立大學卡本戴爾分校）， YangWang（南衛理工會州立大學）， Steve Warren（堪薩斯州立大學）， Mike Way（佛羅里達南方學院）， George Wolberg（紐約城市大學）， Xiaoyu Zhang（加利福尼亞州立大學圣馬科斯分校）， Ye Zhao（肯特州立大學）和Ying Zhu（佐治亞州立大學）， 雖然最后的定稿可能沒有反映出他們的意見（因為有些意見彼此相左）， 但每位評閱人的意見都鞭策著我們反思書稿的每一頁內容。
本版評閱人給予了極大的幫助和支持， 他們是Mike Bailey（俄勒岡州立大學）， Patrick Cozzi（賓夕法尼亞大學和分析圖形公司）和Jeff Parker（哈佛大學）。他們都對以前的版本很熟悉， 并且很愿意轉向本書的WebGL編程。
我們同樣感謝Addison-Wesley出版社的整個出版團隊。在本書的七個版本和OpenGL Primer（OpenGL程序設計指南）的出版過程中， Edward Angel與Peter Gordon、 Maite Suarez-Rivas和Matt Goldstein三位編輯合作得非常愉快。對于本書， Marilyn Lloyd和Kayla Smith-Tarbox親自提供了大量幫助。在本書全部七個版本出版時， Paul Anagnostopoulos一直幫助解決使用Windfall Software 工具時的排版問題， 幫助之大溢于言表。Edward Angel要特別感謝編輯Lyn Dupre， 如果讀者看到第一版的原稿， 就會驚嘆于Lyn Dupre的妙筆神功。
Edward Angel在此要特別鳴謝妻子Rose Mary Molnar， 她為本書第一版制作了插圖， 其中許多插圖構成了本書插圖的基礎。也許只有經歷過圖書出版過程并撰寫過許多文稿的人以及為出版工作做出過貢獻的人才能充分理解寫書過程的艱辛。真誠地把本書獻給Rose Mary， 盡管這仍不足以表達Edward Angel對妻子所有貢獻的謝意。
Dave Shreiner感激妻子Vicki的支持和鼓勵， 沒有她， 本書創造性的成果不會展現給讀者， 她不僅給予Dave Shreiner溫暖， 陪伴左右， 而且對本書的描述和素材提出了珍貴意見。在Dave Shreiner對OpenGL的所有研究中， 她都稱得上是一個不可多得的幕后搭檔。
Edward Angel Dave Shreiner |
內容簡介：本書是作者多年來教學與科研工作的總結，采用自頂向下的結構進行講解，涵蓋了基于WebGL編程工具的交互式圖形編程、三維可編程繪制流水線、變換與觀察、光照與明暗繪制、曲線曲面建模等基本的計算機圖形學內容，以及離散技術、層級建模、過程建模、光線跟蹤、并行繪制和體繪制等高級內容。并為讀者進一步深入學習和研究，在每章后面提供了相關的建議閱讀資料。 |
目錄：第1章 圖形系統和模型
1.1 計算機圖形學的應用
1.1.1 信息的顯示
1.1.2 設計
1.1.3 仿真和動畫
1.1.4 用戶界面
1.2 圖形系統
1.2.1 像素和幀緩存
1.2.2 CPU與GPU
1.2.3 輸出設備
1.2.4 輸入設備
1.3 物理圖像與合成圖像
1.3.1 對象和觀察者
1.3.2 光和圖像
1.3.3 成像模型
1.4 成像系統
1.4.1 針孔照相機
1.4.2 人類視覺系統
1.5 虛擬照相機模型
1.6 應用程序編程接口
1.6.1 筆式繪圖儀模型
1.6.2 三維API
1.6.3 使用WebGL API繪制的一系列
圖像
1.6.4 建模-繪制模式
1.7 圖形繪制系統的體系結構
1.7.1 顯示處理器
1.7.2 流水線體系結構
1.7.3 圖形繪制流水線
1.7.4 頂點處理
1.7.5 裁剪和圖元組裝
1.7.6 光柵化
1.7.7 片元處理
1.8 可編程流水線
1.9 性能特征
1.10OpenGL版本和WebGL
小結和注釋
建議閱讀資料
習題
第2章 圖形學編程
2.1 Sierpinski鏤墊
2.2 編寫二維圖形應用程序
2.3 WebGL應用程序編程接口
2.3.1 圖形函數
2.3.2 圖形繪制流水線和狀態機
2.3.3 OpenGL和WebGL
2.3.4 WebGL接口
2.3.5 坐標系
2.4 圖元和屬性
2.4.1 多邊形的基本概念
2.4.2 WebGL中的多邊形
2.4.3 利用多邊形近似球面
2.4.4 三角剖分
2.4.5 文本
2.4.6 曲線和曲面對象
2.4.7 屬性
2.5 顏色
2.5.1 RGB顏色
2.5.2 索引顏色
2.5.3 設置顏色屬性
2.6 觀察
2.6.1 正投影
2.6.2 二維觀察
2.7 控制函數
2.7.1 和窗口系統的交互
2.7.2 寬高比和視口
2.7.3 應用程序組織結構
2.8 Sierpinski鏤墊繪制程序
2.8.1 向GPU發送數據
2.8.2 繪制Sierpinski鏤墊的
點數據
2.8.3 頂點著色器
2.8.4 片元著色器
2.8.5 組合代碼段
2.8.6 initShaders()函數
2.8.7 init()函數
2.8.8 從應用程序讀入著色器
2.9 多邊形和遞歸
2.10三維Sierpinski鏤墊
2.10.1 使用三維點
2.10.2 命名規范
2.10.3 使用多邊形的三維Sierpinski
鏤墊
2.10.4 隱藏面消除
小結和注釋
建議閱讀資料
習題
第3章 交互和動畫
3.1 動畫
3.1.1 旋轉的正方形
3.1.2 顯示過程
3.1.3 雙緩存
3.1.4 使用定時器
3.1.5 使用requestAnimFrame
函數
3.2 交互
3.3 輸入設備
3.4 物理輸入設備
3.4.1 鍵盤碼
3.4.2 光筆
3.4.3 鼠標和跟蹤球
3.4.4 數據板、 觸摸板和觸摸屏
3.4.5 操作桿
3.4.6 多維輸入設備
3.4.7 邏輯設備
3.4.8 輸入模式
3.5 客戶和服務器
3.6 事件驅動輸入編程
3.6.1 事件和事件監聽器
3.6.2 增加按鈕
3.6.3 菜單
3.6.4 使用鍵碼
3.6.5 滑動條
3.7 位置輸入
3.8 窗口事件
3.9 拾取
3.10建立交互式模型
3.11交互式程序的設計
小結和注釋
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習題
第4章 幾何對象和變換
4.1 標量、 點和向量
4.1.1 幾何對象
4.1.2 與坐標無關的幾何
4.1.3 數學的觀點： 向量空間和仿射
空間
4.1.4 計算機科學的觀點
4.1.5 幾何ADT
4.1.6 直線
4.1.7 仿射加法
4.1.8 凸性
4.1.9 點積和叉積
4.1.10平面
4.2 三維圖元
4.3 坐標系和標架
4.3.1 向量的表示和n元組
4.3.2 坐標系的變換
4.3.3 舉例： 不同基下的表示之間的
變換
4.3.4 齊次坐標
4.3.5 舉例： 標架變換
4.3.6 對表示進行處理
4.4 WebGL中的標架
4.5 矩陣和向量類型
4.6 建模一個彩色立方體
4.6.1 建模立方體的面
4.6.2 向內和向外的面
4.6.3 表示對象的數據結構
4.6.4 彩色立方體
4.6.5 顏色插值
4.6.6 顯示立方體
4.6.7 使用元素繪制網格
4.7 仿射變換
4.8 平移、 旋轉和縮放
4.8.1 平移
4.8.2 旋轉
4.8.3 縮放
4.9 變換的齊次坐標表示
4.9.1 平移
4.9.2 縮放
4.9.3 旋轉
4.9.4 錯切
4.10 變換的級聯
4.10.1 不動點在任意位置的
旋轉
4.10.2 一般的旋轉
4.10.3 實例變換
4.10.4 繞任意軸的旋轉
4.11 WebGL中的變換矩陣
4.11.1 當前變換矩陣
4.11.2 基本矩陣函數
4.11.3 旋轉、 平移和縮放
4.11.4 繞任意不動點的旋轉
4.11.5 變換的順序
4.12使立方體旋轉起來
4.13三維應用程序的接口
4.13.1 使用屏幕區域
4.13.2 虛擬跟蹤球
4.13.3 平滑的旋轉
4.13.4 增量式旋轉
4.14四元數
4.14.1 復數和四元數
4.14.2 四元數和旋轉
4.14.3 四元數和萬向節死鎖
小結和注釋
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習題
第5章 觀察
5.1 經典觀察和計算機觀察
5.1.1 經典觀察
5.1.2 正投影
5.1.3 軸測投影
5.1.4 斜投影
5.1.5 透視觀察
5.2 計算機觀察
5.3 定位照相機
5.3.1 照相機標架的定位
5.3.2 兩個觀察API
5.3.3 lookAt函數
5.3.4 其他觀察API
5.4 平行投影
5.4.1 正投影
5.4.2 WebGL中的平行投影
5.4.3 投影的規范化
5.4.4 正投影變換矩陣
5.4.5 斜投影
5.4.6 交互式觀察立方體
5.5 透視投影
5.6 WebGL中的透視投影
5.7 透視投影變換矩陣
5.7.1 透視投影的規范化
5.7.2 WebGL中的透視投影
變換
5.7.3 透視投影示例程序
5.8 隱藏面消除
5.9 顯示網格
5.9.1 顯示網格曲面
5.9.2 多邊形偏移
5.9.3 在場景中漫游
5.10 投影和陰影
5.11 陰影映射
小結和注釋
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習題
第6章 光照和著色
6.1 光線和材質
6.2 光源
6.2.1 彩色光源
6.2.2 環境光
6.2.3 點光源
6.2.4 聚光燈
6.2.5 遠距離光源
6.3 Phong反射模型
6.3.1 環境光反射
6.3.2 漫反射
6.3.3 鏡面反射
6.3.4 改進的Phong模型
6.4 計算向量
6.4.1 法向量
6.4.2 反射角
6.5 多邊形的著色
6.5.1 均勻著色
6.5.2 平滑著色
6.5.3 Phong著色
6.6 通過遞歸細分逼近球面
6.7 指定光照參數
6.7.1 光源
6.7.2 材質
6.8 實現光照模型
6.8.1 在WebGL應用程序代碼中應用
光照模型
6.8.2 繪制效率
6.8.3 在頂點著色器中實現光照
計算
6.9 球面模型的著色
6.10 基于每個片元的光照計算
6.11 非真實感著色
6.12 全局光照
小結和注釋
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習題
第7章 離散技術
7.1 緩存
7.2 數字圖像
7.3 映射方法
7.4 二維紋理映射
7.5 WebGL的紋理映射
7.5.1 紋理對象
7.5.2 紋理圖像數組
7.5.3 紋理坐標和紋理采樣器
7.5.4 紋理采樣
7.5.5 使用紋理坐標
7.5.6 多紋理映射
7.6 紋理生成
7.7 環境貼圖
7.8 反射貼圖示例程序
7.9 凹凸映射
7.9.1 計算凹凸貼圖
7.9.2 凹凸貼圖示例程序
7.10 融合技術
7.10.1 不透明度與融合
7.10.2 圖像融合
7.10.3 WebGL中圖像的融合
7.10.4 再探反走樣
7.10.5 從后向前或從前向后繪制
多邊形
7.10.6 場景反走樣和多重采樣
7.10.7 圖像處理
7.10.8 其他的多通道繪制方法
7.11 GPGPU
7.12 幀緩存對象
7.13 緩存交換
7.14 拾取
小結和注釋
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習題
第8章 從幾何到像素
8.1 圖形繪制流水線的基本實現
策略
8.2 圖形繪制系統的四個主要
任務
8.2.1 建模
8.2.2 幾何處理
8.2.3 光柵化
8.2.4 片元處理
8.3 裁剪
8.4 線段的裁剪
8.4.1 Cohen-Sutherland裁剪
算法
8.4.2 Liang-Barsky裁剪算法
8.5 多邊形的裁剪
8.6 其他圖元的裁剪
8.6.1 包圍盒與包圍體
8.6.2 曲線、 曲面和字符的裁剪
8.6.3 幀緩存中的裁剪
8.7 三維裁剪
8.8 光柵化
8.9 Bresenham算法
8.10 多邊形光柵化算法
8.10.1 內外測試法
8.10.2 WebGL與凹多邊形
8.10.3 填充與分類
8.10.4 漫水填充算法
8.10.5 處理奇點
8.11 隱藏面消除
8.11.1 對象空間和圖像空間消隱
算法
8.11.2 排序與隱藏面消除
8.11.3 掃描線填充算法
8.11.4 背面剔除
8.11.5 z緩存算法
8.11.6 基于z緩存的掃描轉換
算法
8.11.7 深度排序和畫家算法
8.12 反走樣
8.13 顯示方面的問題
8.13.1 顏色系統
8.13.2 顏色矩陣
8.13.3 γ校正
8.13.4 抖動輸出技術和半色調輸出
技術
小結和注釋
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習題
第9章 層級建模方法
9.1 圖符和實例
9.2 層級模型
9.3 機器人手臂
9.4 樹與遍歷
9.5 使用樹數據結構
9.6 動畫
9.7 圖形對象
9.7.1 方法、 屬性和消息
9.7.2 一個立方體對象
9.7.3 對象與層級結構
9.7.4 幾何和非幾何對象
9.8 場景圖
9.9 實現場景圖
9.10 其他樹結構
9.10.1 CSG樹
9.10.2 BSP樹
9.10.3 四叉樹和八叉樹
小結和注釋
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習題
第10章 過程建模方法
10.1 基于算法的建模
10.2 基于物理的建模和粒子系統
10.3 牛頓粒子
10.3.1 獨立的粒子
10.3.2 彈簧力
10.3.3 吸引力與排斥力
10.4 求解粒子系統方程
10.5 約束條件
10.5.1 碰撞
10.5.2 軟約束
10.6 一個簡單的粒子系統
10.6.1 繪制粒子
10.6.2 更新粒子的位置
10.6.3 碰撞
10.6.4 作用力
10.6.5 群聚行為
10.7 基于agent的建模
10.8 基于語言的建模
10.9 遞歸方法和分形
10.9.1 標尺和長度
10.9.2 分形維數
10.9.3 中點劃分及布朗運動
10.9.4 分形山脈
10.9.5 Mandelbrot集
10.9.6 Mandelbrot片元著色器
10.10 過程噪聲
小結和注釋
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習題
第11章 曲線和曲面
11.1 曲線和曲面的表示形式
11.1.1 顯式表示形式
11.1.2 隱式表示形式
11.1.3 參數表示形式
11.1.4 參數多項式曲線
11.1.5 參數多項式曲面
11.2 設計準則
11.3 三次參數多項式曲線
11.4 插值
11.4.1 調和函數
11.4.2 三次插值曲面片
11.5 Hermite曲線和曲面
11.5.1 Hermite形式
11.5.2 幾何與參數連續性
11.6 B訜zier曲線和曲面
11.6.1 B訜zier曲線
11.6.2 B訜zier曲面片
11.7 三次B樣條
11.7.1 三次B樣條曲線
11.7.2 B樣條和基函數
11.7.3 樣條曲面
11.8 普通B樣條
11.8.1 B樣條的遞歸定義
11.8.2 均勻樣條
11.8.3 非均勻B樣條
11.8.4 NURBS
11.8.5 Catmull-Rom樣條
11.9 曲線和曲面的繪制
11.9.1 多項式求值方法
11.9.2 遞歸細分B訜zier多項式
11.9.3 基于細分算法的其他多項式
曲線的繪制
11.9.4 細分B訜zier曲面
11.10 Utah茶壺模型
11.11 代數曲面
11.11.1 二次曲面
11.11.2 使用光線跟蹤繪制
曲面
11.12 曲線和曲面的細分
11.13 從數據生成網格
11.13.1 回顧高度場
11.13.2 Delaunay三角剖分
11.13.3 點云
11.14 支持曲線和曲面的圖形API
11.14.1 曲面細分著色
11.14.2 幾何著色
小結和注釋
建議閱讀資料
習題
第12章 高級繪制
12.1 超越流水線繪制結構
12.2 光線跟蹤
12.3 構建一個簡單的光線跟蹤器
12.3.1 光線跟蹤遞歸算法
12.3.2 計算交點
12.3.3 其他不同形式的光線
跟蹤
12.4 繪制方程
12.5 輻射度方法
12.5.1 輻射度方程
12.5.2 求解輻射度方程
12.5.3 計算排列因子
12.5.4 實現輻射度算法
12.6 全局光照和路徑跟蹤
12.7 RenderMan
12.8 并行繪制
12.8.1 sort-middle繪制方法
12.8.2 sort-last繪制方法
12.8.3 sort-first繪制方法
12.9 GPU硬件實現
12.10 隱函數和等高線圖
12.10.1 步進方格
12.10.2 步進三角形
12.11 體繪制
12.11.1 體數據集
12.11.2 隱函數的可視化
12.12 等值面與步進立方體
12.13 步進四面體
12.14 網格簡化
12.15 直接體繪制
12.15.1 指定顏色和透明度
12.15.2 拋雪球算法
12.15.3 體光線跟蹤
12.15.4 基于紋理映射的體繪制
12.16 基于圖像的繪制
小結和注釋
建議閱讀資料
習題
附錄A 初始化著色器
附錄B 空間
附錄C 矩陣
附錄D 采樣與走樣
參考文獻 |
| 序： |
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