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出版者:第1版 (2001年10月1日)

作者:郭启全 郭启全 樊红亮 陆炜编

出品人:

页数:273

译者:

出版时间:2000-6

价格:25.00元

装帧:精装

isbn号码:9787810457071

丛书系列:

图书标签:

• 3DS MAX
• 3D建模
• 动画制作
• 渲染
• 材质
• 建模教程
• 动画教程
• 渲染教程
• 设计
• 软件教程

计算机图形学与三维建模的深度探索 书籍名称：计算机图形学前沿与三维建模高级应用 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的计算机图形学理论体系，并着重探讨现代三维建模、渲染技术在工程、艺术、影视制作等多个领域的高级应用实践。本书内容涵盖了从底层数学原理到尖端实时渲染管线的完整知识链条，绝不涉及任何特定版本软件（如3ds Max 3.0）的操作流程或过时界面教学。 本书的核心目标是培养读者具备独立解决复杂三维视觉问题的能力，而非仅仅停留在软件工具的使用层面。我们将深入剖析那些驱动现代图形技术发展的核心概念。 --- 第一部分：图形学基础的数学重建与理论深化 本部分将对支撑所有三维计算的数学基础进行一次彻底的、面向应用的重构。我们不再满足于基础的线性代数回顾，而是将重点放在这些数学工具如何具体应用于图形处理流程中。 1. 几何表示的演进与精确性（而非工具操作）： 深入探讨曲线、曲面的数学描述，超越传统的Bézier曲面范畴，重点解析NURBS（非均匀有理B样条）的数学内核，包括其局部控制性、参数化定义以及在精确工程几何建模中的应用。此外，还将涵盖细分曲面（Subdivision Surfaces）的算法原理，例如Catmull-Clark算法的拓扑结构维持机制和性能考量。 2. 变换与坐标系统的深度解析： 详细阐述齐次坐标系在三维空间中的作用，区分不同类型的变换（仿射、透视），并引入四元数（Quaternions）在处理复杂旋转和动画插值中的优势，特别是如何避免万向节死锁问题。我们将分析投影矩阵的构建过程，从场景数据到屏幕像素的完整数学路径。 3. 场景图与空间划分结构： 探讨如何高效地组织和管理复杂的场景数据。深入讲解空间划分结构，如BSP树（二叉空间划分树）、八叉树（Octrees）和BVH（边界体积层次结构），重点分析它们在加速光线追踪、碰撞检测和视锥剔除中的算法复杂度与实际性能表现。 --- 第二部分：高级渲染方程与光照模型 本书的第二部分是本书的基石，完全专注于光如何与物质交互，以及如何通过算法模拟这种物理真实性。我们完全避开任何渲染器的预设参数讲解。 1. 渲染方程的解析与数值解法： 从基础的兰伯特反射模型出发，系统地推导和阐述渲染方程（The Rendering Equation）。着重分析该积分方程的复杂性，并详细介绍蒙特卡洛积分法在求解渲染方程中的应用，包括路径追踪（Path Tracing）算法的收敛性、方差降低技术（如重要性采样）。 2. 复杂材料与BRDFs的建模： 深入研究微表面理论（Microfacet Theory）在描述表面细节中的核心地位。详细解析如Cook-Torrance、GGX等先进的BRDF（双向反射分布函数）模型的数学公式，理解法线分布函数（NDF）和几何遮蔽函数（G-function）对材质真实感的影响。本书将提供大量关于各向异性（Anisotropy）和次表面散射（SSS）的物理模型解析。 3. 全局光照算法的实现细节： 除了路径追踪，还将详细介绍其他全局光照技术，如辐射度（Radiosity）方法的有限元分析基础，以及辐射度与点采样技术（Photon Mapping）的结合，分析它们各自在处理漫反射和镜面反射时的优缺点及适用场景。 --- 第三部分：现代三维建模的拓扑与参数化控制 本部分摒弃了特定软件中的“拉伸”或“挤出”等具体操作，转而探讨支撑高效、可编辑拓扑结构背后的通用方法。 1. 拓扑结构与流形几何： 分析三维模型网格（Mesh）的拓扑属性，如边、面、顶点的连接关系，以及如何在保持水密性（Watertight）和有效连通性的前提下进行修改。重点介绍半边数据结构（Half-Edge Data Structure）在动态几何处理中的应用优势。 2. 参数化建模与逆向工程基础： 探讨如何利用数学函数而非手动推导来定义复杂的几何体。深入讲解如何从扫描数据或其他输入中提取和拟合参数化曲面。讨论拉普拉斯平滑（Laplacian Smoothing）在网格简化与保持形状特征上的应用机制。 3. 程序化生成与几何节点的逻辑： 研究如何通过节点式（Node-based）或基于规则的系统来生成几何体，而非直接在视口中绘制。分析这些系统背后的图论和数据流思想，这对于理解现代流程化工作流至关重要。 --- 第四部分：实时渲染管线与GPU计算加速 本部分聚焦于如何将理论计算在现代硬件上实现高帧率输出，侧重于GPU编程模型与现代图形API的原理。 1. 现代图形管线概述： 详细解析从CPU到GPU的渲染流水线（Pipeline）的各个阶段，重点关注现代API（如Vulkan或DirectX 12）中引入的显式多线程和资源管理概念，强调数据流的优化。 2. 可编程着色器语言与计算着色： 深入学习现代着色器语言（如HLSL/GLSL）的结构，理解顶点、片段、计算着色器的执行模型。特别强调计算着色器（Compute Shaders）在并行处理（如粒子系统、大规模物理模拟或后处理效果）中的应用，超越传统的几何处理。 3. 实时全局光照与屏幕空间技术： 探讨用于实时环境光遮蔽（SSAO）、屏幕空间反射（SSR）等技术背后的采样策略和数学近似，理解它们如何在计算预算内逼近全局光照效果，以及如何通过降噪技术（如TAA）来改善图像质量。 --- 本书适用对象： 本书适合具有扎实大学微积分和线性代数基础的计算机科学、数字媒体艺术、游戏开发或影视特效领域的专业人士、高级学生以及希望从“工具使用者”转变为“技术架构师”的从业者。本书的目的是提供构建下一代图形应用所需的深度知识储备。

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在学习这本书的过程中，我注意到它对“建模流程的规范性”要求极高，这对于习惯了自由发挥的我来说，是一种束缚。书中反复强调，在进行复杂模型构建时，必须严格遵循“先大体后细节”、“永远从正交视图开始绘制”这类“黄金法则”。这种强调结构化的做法，虽然保证了导出的模型拓扑干净、易于修改，但却极大地拖慢了我的创作节奏。当我试图快速搭建一个概念草图时，我不得不停下来，回去检查我的边线是否都处于完美的90度或45度角，这完全破坏了创作的灵感流动。例如，在讲解如何使用“放样”（Loft）功能创建复杂的管线结构时，它详细地说明了路径和截面的顶点数量必须匹配，否则会导致扭曲。这个知识点非常重要，但书中没有提供任何关于“如何快速修正不匹配的顶点数量”的工具或脚本推荐，只是简单地要求读者在绘制路径和截面时就要做到完美。我希望能看到更多关于如何“拯救”一个糟糕的拓扑的技巧，而不是仅仅被告知如何“避免”糟糕的拓扑。这使得这本书在处理快速迭代和概念设计方面，显得有些力不从心，更适合于需要交付给动画师或工程部门的最终资产制作。

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这本厚厚的《3DS MAX 3.0 实用教程》拿到手里，感觉就像捧着一本沉甸甸的工程手册，里头塞满了各种复杂的概念和密密麻麻的参数设置。我一开始还挺兴奋，想着终于能系统地把这个老牌三维软件吃透了。然而，深入翻阅之后，我发现它更像是一本为已经有一定基础的设计师准备的“进阶指南”，而非我期望中的那种手把手教学的入门宝典。书中的例子大多直接跳过了最基础的“如何打开软件”、“菜单栏在哪里”这类内容，直奔主题，比如高级的多边形建模技巧、复杂的材质节点搭建，以及光照和渲染流程的优化。我尝试跟着书中的步骤去复现一个复杂的室内场景，结果发现，即便是最简单的拉伸操作，书中描述的也过于精炼，很多关键的上下文信息缺失了。比如，在讲解布尔运算的注意事项时，它只是简单提到“注意法线方向”，但并没有详细阐述在3.0版本环境下，什么情况下法线容易翻转，以及如何用快捷键快速检查和修正。对于我这个刚接触3D软件的新手来说，光是理解书里各种术语的含义就花费了大量时间，更别提去实践那些精妙的参数调整了。这本书的深度是毋庸置疑的，但它的“实用性”似乎更侧重于对特定高级功能的精讲，而不是对整个软件生态的全面覆盖。我希望它能对初学者更友好一些，多一些清晰的图示和“为什么”的解释，而不是仅仅停留在“怎么做”的层面。

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翻开这本书的某个章节，关于“角色动画与骨骼绑定”的部分，简直是一场技术名词的“洗礼”。它详尽地罗列了IK/FK切换的原理、约束条件的设置优先级，以及如何使用曲线编辑器来调整关键帧的缓入缓出特性。说实话，对于我这种主要目的是制作静态产品渲染图的用户来说，这些内容几乎是天书。我花了整整一个下午，试图弄明白它描述的那个“四元数插值”在实际操作中意味着什么，但书中只是给出了一个公式和一段晦涩的文字解释，完全没有结合实际的骨骼动画案例来演示这种插值对角色关节形变的影响。更让我感到困惑的是，书中的界面截图似乎有些过时了，背景颜色和图标风格，明显带着Windows 98时代的痕迹，这使得我在对照最新版的MAX界面时，需要不断地去猜测和寻找对应的功能入口。这种版本差异带来的操作代沟，让学习的流畅性大打折扣。我感觉这本书更像是一份为特定时期（也许是2000年前后）的MAX 3.0用户编写的官方文档摘要，而非一本能够跨越时间、指导现代（尽管是3.0时期）用户进行高效实践的教程。如果它是面向更广大学习者的，那么在讲解动画部分时，至少应该用一个生动的、可供下载的模型案例，来展示骨骼和蒙皮的实际互动过程，而不是仅仅停留在理论的堆砌上。

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这本书的排版和索引设计，也给我留下了深刻的印象，但这种印象是带着一丝“古老”的意味的。它似乎更依赖于传统的、基于章节主题的组织方式，而不是现代软件教程中常见的基于“任务”或“工具”的快速查找系统。如果你想快速回顾一下“如何为模型快速创建UV贴图坐标”，你不能直接通过一个清晰的“UV展开”主题标签就能找到，而是需要在“材质应用流程”的某个子章节中，翻找几页描述贴图投影设置的段落。索引部分也显得相对简单，很多核心操作的关键词并没有被单独列出，这导致我在查找特定功能时，常常需要进行大范围的“地毯式搜索”。在3.0这个相对基础的版本上，工具集本身没有现在这么庞大，但清晰的导航依然至关重要。我感觉作者在编写时，是将这本书视为一本需要从头到尾“阅读”的教材，而不是一本可以随时翻开查阅的“工具箱”。如果能有一个更细致的、以操作动词开头的索引（比如“挤出”、“倒角”、“合并”等），学习效率绝对能提升不止一个档次。这本书更像是一部学术专著，而不是一本面向即时生产力的实用手册。

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这本书的“理论深度”倒是挺让人敬佩的，尤其是在材质和贴图方面。它花了大量的篇幅去解析渲染器的工作机制，比如光线是如何追踪的，GI（全局照明）是如何近似计算的，以及不同类型的BRDF模型（如Phong和Blinn）在数学上的细微差别。这种对底层原理的钻研精神，对于那些志在成为渲染专家的人来说，无疑是金矿。但是，作为一名追求快速出图的视觉设计师，我发现自己很难将这些高深的物理知识转化为实际的屏幕操作。例如，书中详细描述了如何手动调整V-Ray（如果这本书提到了类似的高级渲染器的话，或者它描述的是MAX自带的Scanline）的衰减函数，以模拟特定环境下的环境光遮蔽效果。但当我照着数值输入后，渲染出来的效果并没有书中图例中展现的那种戏剧性的变化，这让我怀疑是不是遗漏了某个关键的环境设置步骤，或者我的硬件配置在处理这些复杂计算时出现了兼容性问题。这本书似乎预设了读者对所有相关科学概念都有清晰的认知，它更像是一本“Why”的书，而不是一本“How-To”的书。我更期待的是，在讲解了原理之后，能够紧跟着一个具体的、可复现的场景案例，例如“如何用这种衰减函数来制作一个阴沉的地下室效果”，而不是让读者自行去探索这些参数的实际意义。

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