计算机图形图像制作技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西安电子科技大学出版

作者:

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-06-01

价格:15.0

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isbn号码:9787560608723

丛书系列:

图书标签:

• 计算机图形学
• 图像处理
• 图形制作
• 技术
• 教程
• 数字艺术
• 设计
• 软件
• 算法
• 渲染

现代光影艺术的构建与解析：从理论基石到前沿应用 图书名称：现代光影艺术的构建与解析 图书简介： 本书旨在为读者提供一个系统、深入且兼具前瞻性的视角，来理解和掌握现代视觉艺术与工程领域中，光影的本质、信息的编码、以及三维世界的数字化再现技术。我们聚焦于那些不直接涉及传统“计算机图形图像制作技术”核心流程（如特定的渲染管线优化、传统建模软件的操作指南或基础的像素级图像处理算法）之外，却为这些技术提供理论支撑和未来方向的交叉学科领域。 本书的深度和广度将远远超越对现有软件工具的简单介绍，而是深入探究支撑起整个数字视觉世界的底层物理、数学模型、以及人眼感知的心理学基础。我们将目光投向那些塑造未来沉浸式体验和高精度模拟的尖端研究领域。 第一部分：视觉科学与信息表征的基石 本部分将着重于理解“看”的本质，以及如何用数学语言精确描述真实世界的光学现象。 第一章：人眼感知与认知模型 不同于传统的图形学教材将人眼视为一个简单的传感器，本章将深入探讨人类视觉系统的复杂性。我们将研究色彩恒常性（Color Constancy）的心理物理学基础，探讨适应性光照变化如何影响我们对物体颜色的判断。此外，还将详细解析空间频率感知（Spatial Frequency Perception），特别是MTF（Modulation Transfer Function）在数字显示和图像质量评估中的应用，这对于理解为什么某些渲染结果在人眼看来更“真实”至关重要，即便其物理精度并非最高。我们将讨论视觉掩蔽效应（Visual Masking）及其在高效信息传输和压缩中的潜力。 第二章：光与物质的物理交互基础 本书将从电磁波理论的视角，而非简单的几何光学，来审视光与物体的接触。我们将详述微下面几何学（Microfacet Geometry），这不再是简单地使用BRDF（双向反射分布函数），而是深入探讨GGX、Beckmann等分布函数的统计力学推导，以及如何将这些模型应用于模拟复杂材料，如磨砂金属、粗糙织物等。章节中还将涵盖次表面散射（Subsurface Scattering, SSS）的精确数学模型，特别是蒙特卡洛方法（Monte Carlo Method）如何从理论层面近似解决光线在半透明介质中的多次散射问题，强调其在皮肤、大理石等材质模拟中的理论意义，而非具体的实现技巧。 第三章：高维数据结构与空间索引 有效的渲染性能依赖于高效的数据管理。本部分将超越基础的空间划分结构，探讨层次化数据结构的理论上限。我们将分析BVH（Bounding Volume Hierarchy）在不同场景（如大规模点云、动态几何体）下的优化策略，侧重于构建算法的复杂度分析（如SAH - Surface Area Heuristic的理论局限）。此外，还将介绍Kd-Tree、Octree以及更先进的k-dop结构在射线遍历中的性能权衡，重点关注在GPU并行计算环境中，如何设计内存友好的空间索引。 第二部分：先进渲染方程的数值解法与模拟 本部分聚焦于超越光线追踪基础的、用于实现物理真实感（Physically Based Rendering, PBR）的复杂算法。 第四章：蒙特卡洛积分与全局光照理论 全局光照（Global Illumination, GI）是现代渲染的基石。我们将深入探讨渲染方程（Rendering Equation）的数学本质，将其视为一个Fredholm第二类积分方程。重点解析重要性采样（Importance Sampling）的各种高级策略，如多重重要性采样（Multiple Importance Sampling, MIS）的理论推导及其在平衡直接光照和间接光照采样时的最优解。我们还将分析方差（Variance）的控制，介绍焦散（Caustics）的稀疏采样挑战，并讨论路径重组（Path Guiding）等前沿技术如何动态地学习场景的光照分布，以减少采样数量。 第五章：辐射度与光子映射的理论深度 虽然现代渲染更倾向于基于光线追踪，但辐射度（Radiosity）方法在描述漫反射环境光遮蔽方面仍具有理论价值。本章将侧重于有限元分析（Finite Element Analysis）在描述能量平衡中的应用，以及光子映射（Photon Mapping）中密度估计（Density Estimation）的数学细节，特别是核函数（Kernel Function）的选择如何影响焦散的平滑度和精度。我们将探讨如何将这些方法与实时光线追踪相结合，以实现更稳定和准确的间接光照计算。 第六章：实时光线追踪的计算几何挑战 实时光线追踪的实现不仅是硬件问题，更是算法优化问题。本部分将探讨实时相交测试（Ray-Primitive Intersection Test）的高效性。我们将分析光线与三角面片、双二次曲面（Bézier Surfaces）、以及参数化曲面的精确求交算法，并评估其在数值稳定性和计算效率上的差异。此外，还将讨论空域加速结构（如RT Cores）背后的并行化原理，以及如何设计场景数据以便最大化利用硬件的局部性原理。 第三部分：数字内容的生成与抽象表达 本部分关注于数据驱动的生成方法，以及如何从非标准数据源构建三维场景。 第七章：程序化生成与复杂系统建模 本章将超越简单的L-Systems，转向利用复杂性理论来生成具有自然外观的几何体和纹理。我们将探讨噪声函数（如Perlin, Simplex, Worley Noise）的数学构造，重点分析其在不同维度和频率上的特征。更进一步，我们将研究反应扩散系统（Reaction-Diffusion Systems）如何模拟生物形态生长（如树木分叉、岩石侵蚀），以及这些模型如何被集成到高效的几何数据结构中进行渲染。 第八章：点云数据与大规模场景重建的拓扑挑战 随着激光雷达（LiDAR）和深度传感器技术的普及，点云已成为重要的三维数据源。本章不关注于点云的渲染（这属于图形渲染的范畴），而是聚焦于点云到几何体的转换理论。我们将详细分析泊松表面重建（Poisson Surface Reconstruction）的数学原理，探讨其对采样密度和法线精度的依赖性。此外，还将介绍拓扑修复（Topological Repair）的算法，如空洞填充和自交处理，确保重建出的网格在后续应用中具有良好的几何完整性。 第九章：数据驱动的材质与外观合成 本章探讨如何利用采集到的真实世界数据（如BRDF/BTDF测量数据）来驱动计算机生成过程。我们将分析辐射传输测量（Bidirectional Reflectance Distribution Function Measurement）的仪器原理和数据预处理技术。重点将放在如何将高维的测量数据映射到可用于实时渲染的参数化模型中，以及如何使用机器学习方法（如神经辐射场，NeRF的基础理论）来编码复杂的光学场，以实现超越传统纹理贴图的、具有视图依赖性的高保真外观合成。 本书为致力于推进数字视觉技术前沿的研究人员、高级开发者和理论探索者提供了一个扎实的理论框架，帮助他们理解并创新驱动未来沉浸式体验的核心技术。

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我最近在尝试一个关于动态流体模拟的项目，急需一本能提供详尽案例和代码片段参考的书籍来指导我如何优化粒子系统的性能。这本书给我的感受是，它在理论概念的阐述上倒是颇为详尽，比如对Navier-Stokes方程的数学推导写得非常清晰，结构性很强，读起来很有条理感。然而，一旦涉及到“如何实现”这个环节，它的叙述方式就变得异常抽象了。它会告诉你“需要采用隐式时间步进法以保证稳定性”，但对于在特定引擎（比如Unity或Unreal）中，如何高效地将这个理论转化为可运行的代码，它几乎是避而不谈。甚至连基本的CPU与GPU资源调度、内存布局优化这些工程实践中的关键点，也只是寥寥数语带过。我翻遍了全书，希望能找到一两个完整的、可直接复制粘贴的C++或HLSL代码示例，用以理解参数设置对视觉效果的实际影响，结果令人失望。这本书更像是给数学家而非工程师准备的指南，它完美地解释了“为什么会这样”，却很少解答“我该怎么做才能让它跑得更快、看起来更好”这类工程师最关心的问题。

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这本书对于色彩科学的讨论，给了我一种强烈的“过时感”。它花费了大量篇幅讲解传统的RGB色彩空间和CMYK的油墨模型，并在其中穿插了一些关于显示器伽马校正的历史演变。这些内容固然有其基础价值，但完全没有跟上近十年来的行业变革。现在，从电影制作到高端游戏开发，HDR（高动态范围）和广色域（如Rec.2020/P3）已经成为主流标准，而如何处理线性色彩空间的工作流、如何正确利用10位甚至12位色彩深度进行数据存储和处理，这些是当下制作人员必须掌握的核心技能。这本书中关于色彩的部分，更像是停留在CRT显示器时代的标准，对于ACES（Academy Color Encoding System）这类行业标准流程的介绍轻描淡写，对于如何利用现代GPU并行处理能力进行实时色彩空间的转换和管理，更是毫无涉及。阅读体验就像在学习最新的智能手机操作系统，却发现所有的教程都围绕着十年前的按键手机功能展开，基础知识虽在，但与当前的技术前沿完全脱节，实战价值大打折扣。

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这本书的排版和视觉设计可以说是上个世纪八九十年代的风格，我理解技术书籍可能不太注重华丽的外表，但阅读体验实在是一种折磨。字体选择偏小，行距也比较紧凑，很多复杂的数学表达式和公式，都没有用清晰的区块或背景色区分开来，导致它们完全淹没在了密集的文字段落中，阅读时需要极度集中注意力去分辨哪些是正文、哪些是公式符号。更别提图示了，那些用来解释几何变换或者投影原理的插图，质量低劣，分辨率模糊，线条粗糙得像是用最基础的画图软件随便勾勒出来的，根本无法准确传达三维空间中概念的相对关系。如果涉及到UV贴图的展开或者纹理坐标的映射，我需要清晰的视觉辅助才能理解，但这本书提供的图例，反而增加了我的困惑，我不得不频繁地切换到网络上去搜索更高清的对应示意图。一本关于“制作技术”的书籍，如果自身的呈现技术都如此落后，确实让人很难产生信赖感，这让我在学习过程中不得不花费大量时间去“翻译”那些模糊不清的图文信息。

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坦白说，我是在期待一本关于现代数字内容创作管线（Pipeline）的书籍。如今的影视特效和游戏开发，早已不是单打独斗的时代，整个工作流的协作、资产管理、版本控制，以及与外部软件的无缝对接，才是决定项目成败的关键。这本书在这方面的内容几乎是空白的。它详细描述了如何用数学方法计算一个多边形如何被投影到屏幕上，但对于如何将一个复杂的ZBrush模型，经过Maya的绑定、Substance Painter的纹理绘制，最终高效地导入到虚幻引擎中并设置好LODs（细节层次），整个流程中的数据转换格式（如FBX的各种版本兼容性问题）、自动化脚本的应用等工程层面的内容，却只字未提。它似乎停留在作者完成模型和渲染算法的阶段，对“交付”和“集成”这两个现代制作流程中至关重要的环节视而不见。这使得这本书在我看来，更像是某个特定软件或特定学术研究的“技术白皮书”，而非一本面向行业应用的综合性制作指南，对于想了解工业化流程的我来说，价值有限。

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这本书，说实话，我本来是冲着某个特定方向的技术去的，结果发现它简直是一本百科全书式的存在，但内容深度嘛，就仁者见仁智者见仁了。比如，对于那些追求极致渲染效果的专业人士来说，书中关于光线追踪算法的介绍，更像是高中数学课本上的基础概念复习，仅仅点到为止，完全没有深入到最新的降噪技术或者GPU并行计算的优化细节。我特别希望能看到一些前沿的实时GI（全局照明）实现案例分析，或者探讨一下基于神经网络的超级采样技术在工业流程中的实际应用瓶颈，但这些内容在书中几乎找不到踪影。它更像是一本面向初入行者、希望快速建立知识框架的入门读物，很多复杂的数学公式和底层原理都经过了大幅度的简化处理，读起来很流畅，但一旦你想在实际项目中应用其中提到的某个高级特性，就会发现缺乏那种“武功秘籍”般的关键步骤指导。总而言之，如果你的目标是成为技术专家，这本书可能只能帮你铺好地基，但上层建筑的搭建还需要你翻阅更多更专业的资料。对于我个人而言，它提供的基础概念回顾是及格的，但作为一本“技术”书籍，深度和广度的平衡明显偏向了广度，显得有些不够“硬核”。

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