Fundamentals of Computer Graphics, Third Edition

Fundamentals of Computer Graphics, Third Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:A K Peters/CRC Press
作者:Peter Shirley
出品人:
页数:804
译者:
出版时间:2009-7-21
价格:USD 109.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9781568814698
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机图形学
  • 图形学
  • Graphics
  • 计算机
  • 计算机图形
  • 游戏开发
  • 编程
  • 教材
  • Computer Graphics
  • Fundamentals
  • Third Edition
  • Graphics
  • Rendering
  • Algorithms
  • 3D
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具体描述

With contributions by Michael Ashikhmin, Michael Gleicher, Naty Hoffman, Garrett Johnson, Tamara Munzner, Erik Reinhard, Kelvin Sung, William B. Thompson, Peter Willemsen, Brian Wyvill.

The third edition of this widely adopted text gives students a comprehensive, fundamental introduction to computer graphics. The authors present the mathematical foundations of computer graphics with a focus on geometric intuition, allowing the programmer to understand and apply those foundations to the development of efficient code.

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New in this edition:

* Four new contributed chapters, written by experts in their fields: Implicit Modeling, Computer Graphics in Games, Color, Visualization, including information visualization

* Revised and updated material on the graphics pipeline, reflecting a modern viewpoint organized around programmable shading.

* Expanded treatment of viewing that improves clarity and consistency while unifying viewing in ray tracing and rasterization.

* Improved and expanded coverage of triangle meshes and mesh data structures.

A new organization for the early chapters, which concentrates foundational material at the beginning to increase teaching flexibility.

好的,下面是一份关于一本名为《计算机图形学基础,第三版》之外的、与计算机图形学主题相关的图书的详细简介。为了满足您的要求,这份简介将聚焦于计算机图形学领域内其他重要且相关的方面,确保内容丰富、专业,且不涉及《计算机图形学基础,第三版》的具体内容。 --- 书名:《实时渲染与高性能计算:下一代图形引擎的构建之道》 作者:[虚构的专家姓名组合,例如:亚历山大·冯·格拉夫 & 艾米丽·卡特赖特] 版本:第一版 出版社:[虚构的学术或专业技术出版社名称] --- 图书简介 概述:超越基础,直击核心性能 《实时渲染与高性能计算:下一代图形引擎的构建之道》是一本面向资深图形开发者、高级计算机科学专业研究生以及寻求在现代图形硬件架构上实现极致性能的工程师的深度技术专著。本书超越了传统的计算机图形学理论基础,深入探讨了当代实时渲染管线、大规模并行计算在图形学中的应用,以及构建下一代高性能图形引擎所需的前沿技术栈。 本书的核心理念在于:在当今以GPU为核心的计算环境中,理解渲染算法的理论基础固然重要,但更关键的是掌握如何有效地将这些算法映射到异构并行硬件上,并管理由此带来的复杂性、延迟和带宽限制。我们将重点放在实践、性能优化和面向未来的架构设计上。 第一部分:现代渲染管线的深度剖析 本部分将对当前主流的、基于延迟着色(Deferred Shading)和延迟光照(Deferred Lighting)的渲染管线进行彻底的解构与重构。 第一章:管线演进与现代硬件协同 详细分析从固定功能管线到可编程管线的历史演变,重点关注现代GPU(如NVIDIA Turing/Ampere架构、AMD RDNA系列)的微架构特性,包括SM/CU设计、线程束/工作组调度机制、内存层次结构(L1/L2缓存、共享内存)与光栅化单元的协同工作方式。我们将探讨如何根据硬件特性调整算法,而非僵硬地遵循教科书式的流程。 第二章:高效的几何处理与Tessellation 深入研究实时几何处理技术,包括层次细节(LOD)管理、法线重建策略以及高级曲面细分(Tessellation)。我们将介绍基于计算着色器(Compute Shader)的动态网格细分方法,以及如何使用几何着色器(Geometry Shader)在特定场景下实现性能与视觉质量的权衡。特别关注非均匀有理B样条(NURBS)在实时环境中的近似实现策略。 第三章:高级光照模型与阴影技术 本书摒弃对基础Phong模型的冗长论述,直接切入现代光照的复杂性。我们将详细讲解基于物理的渲染(PBR)的数学基础,特别是其在各向异性BRDF(如GGX、Beckmann分布)上的精确实现。在阴影方面,本书重点介绍了屏幕空间环境光遮蔽(SSAO/HBAO+)的优化、接触阴影(Contact Hardening Shadows)的实现,以及体积阴影的实时采样策略。 第四章:延迟渲染的优化与挑战 延迟管线的性能瓶颈往往出现在G-Buffer的写入和光照阶段的纹理采样上。本章探讨了G-Buffer布局的内存优化、Tile-Based Deferred Rendering(TBDR)的原理,以及如何使用分块光照剔除(Clustered Forward/Deferred Shading)来有效管理场景中的光源数量,保证复杂场景下的帧率稳定性。 第二部分:并行计算与GPU加速图形算法 现代图形学的核心驱动力是GPU的并行计算能力。本部分完全聚焦于通用计算(GPGPU)在图形学中的应用,特别是利用DirectCompute/Vulkan Compute或CUDA/OpenCL。 第五章:计算着色器(Compute Shader)的范式转换 详细讲解计算着色器的编程模型、线程组织与同步机制。我们将通过多个实际案例(如粒子系统、几何处理、后处理特效)来展示如何将传统的CPU或固定管线任务迁移到计算着色器上,并应对数据依赖性、原子操作与内存屏障等挑战。 第六章:大规模粒子系统与流体模拟 本书提供了一个完整的、基于隐式积分的流体模拟框架,完全在GPU上实现。内容包括:网格生成、泊松方程求解(使用共轭梯度法或多重网格法)、以及使用基于SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)或Lattice Boltzmann Method(LBM)的混合方法进行表面重建和渲染。所有核心求解器都将采用高度并行的GPU实现。 第七章:加速结构与光线追踪的融合 在混合渲染时代,高效的加速结构是性能的关键。我们深入探讨了动态场景中的BVH(Bounding Volume Hierarchy)构建与更新策略,包括基于SAH(Surface Area Heuristic)的构建与SIMD优化。随后,我们将详细介绍如何利用GPU上的光线追踪核心(RT Cores)进行全局光照、环境光遮蔽和反射的硬件加速实现,重点关注光线/三角形求交测试的优化。 第三部分:高级渲染主题与跨领域集成 本部分涵盖了当前图形领域最前沿且最具挑战性的技术,它们往往需要跨学科的知识整合。 第八章:时域与空域抗锯齿技术 本书对传统的多重采样抗锯齿(MSAA)仅作简要回顾,重点放在现代时域渲染(Temporal Rendering)技术上。详细介绍时间抗锯齿(TAA)的原理、运动向量的准确生成与重投影误差的校正。此外,还将引入基于深度学习的超分辨率技术(DLSS/FSR原理)对渲染结果的提升作用。 第九章:体积渲染与雾气模拟 体积数据的渲染效率低下是长期难题。本章探讨了异向散射模型、云层渲染的LOD策略,以及使用单次散射(Single Scattering)和多重散射(Multiple Scattering)的混合方法。重点介绍光线步进(Ray Marching)在计算光照参与介质中的性能优化,以及如何利用光线微分(Ray Differentials)进行高效的采样。 第十章:渲染性能分析与瓶颈诊断 构建高性能引擎最终取决于精确的性能分析。本章教授如何使用专业性能分析工具(如NVIDIA Nsight Graphics, RenderDoc)来识别管线中的延迟点、内存带宽瓶颈和线程同步开销。内容包括:有效利用GPU Profiler、分析指令吞吐量、以及如何通过代码重构(例如,从纹理读取转向常量缓冲区访问)来最大化硬件利用率。 目标读者与学习收益 本书假定读者已经掌握了线性代数、基础微积分,以及至少一种现代图形API(如DirectX 12, Vulkan或Metal)的基础编程经验。 阅读本书后,读者将能够: 1. 设计与实现:能够设计并构建一个模块化、高性能、支持PBR的现代实时渲染器核心。 2. 优化瓶颈:具备诊断复杂渲染管线中延迟和性能问题的能力,并能针对特定GPU架构提出有效的优化方案。 3. 应用GPGPU:熟练运用计算着色器解决大规模几何处理、物理模拟等非图形计算问题。 4. 前沿追踪:深入理解光线追踪、时域渲染等前沿技术的工作原理,为未来引擎架构打下坚实基础。 《实时渲染与高性能计算:下一代图形引擎的构建之道》不仅是一本技术手册,更是一份通往图形编程深度优化的实践指南。

作者简介

Peter Shirley is a principal research scientist at NVIDIA and an adjunct professor in the School of Computing at the University of Utah. He has held positions at Indiana University and the Program of Computer Graphics at Cornell University.

Steve Marschner is an associate professor in the Computer Science Department and Program of Computer Graphics at Cornell University.

目录信息

Table of Contents
Preface
-
1. Introduction
Graphics Areas
Major Applications
Graphics APIs
Graphics Pipeline
Numerical Issues
Efficiency
Designing and Coding Graphics Programs
-
2. Miscellaneous Math
Sets and Mappings
Solving Quadratic Equations
Trigonometry
Vectors
Curves and Surfaces
Linear Interpolation
Triangles
-
3. Raster Images
Raster Devices
Images, Pixels, and Geometry
RGB Color
Alpha Compositing
-
4. Ray Tracing
The Basic Ray – Tracing Algorithm
Perspective
Computing Viewing Rays
Ray-Object Intersection
Shading
A Ray – Tracing Program
Shadows
Ideal Specular Reflection
Historical Notes
-
5. Linear Algebra
Determinants
Matrices
Computing with Matrices and Determinants
Eigen values and Matrix Diagonalization
-
6. Transformation Matrices
2D Linear Transformations
3D Linear Transformations
Translation and Affine Transformations
Inverses of Transformation Matrices
Coordinate Transformations
-
7. Viewing
Viewing Transformations
Projective Transformations
Perspective Projection
Some Properties of the Perspective Transform
Field-of-View
-
8. The Graphics Pipeline
Rasterization
Operations Before and After Rasterization
Simple Antialiasing
Culling Primitives for Efficiency
--
9. Signal Processing
Digital Audio: Sampling in 1D
Convolution
Convolution Filters
Signal Processing for Images
Sampling Theory
--
10. Surface Shading
Diffuse Shading
Phong Shading
Artistic Shading
--
11. Texture Mapping
3D Texture Mapping
2D Texture Mapping
Texture Mapping for Rasterized Triangles
Bump Textures
Displacement Mapping
Environment Maps
Shadow Maps
--
12. Data Structures for Graphics
Triangle Meshes
Scene Graphs
Spatial Data Structures
BSP Trees for Visibility
Tiling Multidimensional Arrays
--
13. More Ray Tracing
Transparency and Refraction
Instancing
Constructive Solid Geometry
Distribution Ray Tracing
--
14. Sampling
Integration
Continuous Probability
Monte Carlo Integration
Choosing Random Points
--
15. Curves
Curves
Curve Properties
Polynomial Pieces
Putting Pieces Together
Cubics
Approximating Curves
Summary
--
16. Implicit Modeling
Implicit Functions, Skeletal Primitives and Summation Blending
Rendering
Space Partitioning
More on Blending
Constructive Solid Geometry
Warping
Precise Contact Modeling
The Blob Tree
Interactive Implicit Modeling Systems
--
17. Computer Animation
Principles of Animation
Key framing
Deformations
Character Animation
Physics-Based Animation
Procedural Techniques
Groups of Objects
Notes
--
18. Using Graphics Hardware
What Is Graphics Hardware
Describing Geometry for the Hardware
Processing Geometry into Pixels
19. Building Interactive Graphics Applications
The Ball Shooting Program
Programming Models
The Model view-Controller Architecture
Example Implementations
Applying Our Results
Notes
Exercises
--
20. Light
Radiometry
Transport Equation
Photometry
--
21. Color
Colorimetry
Color Spaces
Chromatic Adaptation
Color Appearance
Notes
--
22. Visual Perception
Vision Science
Visual Sensitivity
Spatial Vision
Objects, Locations, and Events
Picture Perception
--
23. Tone Reproduction
Classification
Dynamic Range
Color
Image Formation
Frequency-Based Operators
Gradient-Domain Operators
Spatial Operators
Division
Sigmoids
Other Approaches
Night Tone mapping
Discussion
--
24. Global Illumination
Particle Tracing for Lambertian Scenes
Path Tracing
Accurate Direct Lighting
--
25. Reflection Models
Real-World Materials
Implementing Reflection Models
Specular Reflection Models
Smooth Layered Model
Rough Layered Model
26. Computer Graphics in Games
Platforms
Limited Resources
Optimization Techniques
Game Types
The Game Production Process
--
27. Visualization
Background
Data Types
Human-Centered Design Process
Visual Encoding Principles
Interaction Principles
Composite and Adjacent Views
Data Reduction
Examples
--
28. Spatial-Field Visualization
2D Scalar Fields
3D Scalar Fields
--
References
· · · · · · (收起)

读后感

评分

跑美国那几个牛校课程的书单上看了下,基本都是用它+red book作图形学入门课的教材的。书是纯理论的,我是指没有和具体开发包结合,从基本原理讲起,基本的点都讲到了,确实很不错!再配上红宝书,入门无敌。  

评分

跑美国那几个牛校课程的书单上看了下,基本都是用它+red book作图形学入门课的教材的。书是纯理论的,我是指没有和具体开发包结合,从基本原理讲起,基本的点都讲到了,确实很不错!再配上红宝书,入门无敌。  

评分

跑美国那几个牛校课程的书单上看了下,基本都是用它+red book作图形学入门课的教材的。书是纯理论的,我是指没有和具体开发包结合,从基本原理讲起,基本的点都讲到了,确实很不错!再配上红宝书,入门无敌。  

评分

这也许是我看过的写得最好的一本技术著作了,简直激动人心!对于只有8.6的评分,我实在不能理解。 首先语言上简练清晰,作者多用短句,丝毫不带语法炫技成分。对于我这种英语刚过六级的人来说,简直是福音,理解起来毫不费力,只是有些专业名词需要偶尔查一查。 其次是图表和公...  

评分

跑美国那几个牛校课程的书单上看了下,基本都是用它+red book作图形学入门课的教材的。书是纯理论的,我是指没有和具体开发包结合,从基本原理讲起,基本的点都讲到了,确实很不错!再配上红宝书,入门无敌。  

用户评价

评分

这本书的例子非常丰富,而且都与实际应用紧密相关。无论是游戏开发、电影制作还是科学可视化,书中都提供了相应的案例和解释,让我能够更直观地理解计算机图形学的强大之处。我尤其喜欢它对虚拟现实和增强现实技术中图形学应用的讨论,这让我看到了计算机图形学在未来的巨大潜力。书中对相机标定和三维重建的介绍,也为我进行相关研究提供了基础。

评分

这本书不仅仅是一本技术书籍,更是一次对计算机图形学艺术和科学的探索之旅。它让我看到了如何通过算法和数学来创造令人惊叹的视觉效果。我尤其欣赏它对图形学历史和发展趋势的介绍,这让我能够更全面地理解这个领域。书中对不同渲染技术的优缺点分析,也让我能够根据项目需求做出更明智的技术选择。总而言之,这本书是一本非常值得推荐的经典之作。

评分

我是一位对视觉特效感兴趣的学生,这本书为我打开了计算机图形学的新世界。书中关于纹理映射和纹理合成的章节,为我理解如何为3D模型添加细节和真实感提供了坚实的基础。我特别喜欢它对各种纹理技术的介绍,例如Mipmapping、各向异性过滤以及程序化纹理的生成。这些技术让我在渲染过程中能够实现更逼真的表面效果。此外,书中对粒子系统和物理模拟的讲解也让我大开眼界,它解释了如何通过数学模型来模拟烟雾、火焰、水流等自然现象,这对于我未来的特效制作非常有启发。

评分

我之前对计算机图形学的了解主要停留在一些零散的知识点上,通过阅读这本书,我感觉自己构建了一个非常坚实的理论框架。书中对几何学在图形学中的应用进行了深入的阐述,从向量、矩阵到四元数,每一个概念都讲解得非常透彻,并且通过大量的图示和示例来帮助读者理解。我特别喜欢它关于坐标系统转换的部分,作者非常耐心地解释了从模型空间到世界空间,再到相机空间,最后到屏幕空间的整个流程,并且提供了不同变换组合的实际效果演示。这对于我理解3D渲染管线至关重要。此外,书中对曲线和曲面的介绍也给我留下了深刻的印象,比如Bézier曲线和B-spline的数学定义以及它们在建模中的应用。理解这些内容,让我能够更好地欣赏和分析各种3D模型的设计。

评分

这本书的深度和广度都令人称道,它不仅涵盖了计算机图形学的基础知识,还触及了一些前沿的研究方向。我非常欣赏它对相机模型和投影几何的详细阐述,包括正交投影和透视投影的原理及其在3D场景中的应用。这让我能够更好地理解如何在三维空间中捕捉和显示场景。同时,书中对隐式曲面和代数曲面的介绍也为我提供了新的视角,了解如何通过数学方程来定义复杂的几何形状。我尝试着去理解书中的一些数学推导,虽然有些地方需要花费一些时间和精力,但最终的收获是巨大的。

评分

这本书的语言风格非常清晰流畅,即使是对于一些复杂的数学概念,作者也能用易于理解的方式进行解释。我特别喜欢它对矩阵运算在图形学中应用的讲解,例如模型变换、视图变换和投影变换。书中提供了大量的公式和图示,让我能够深入理解这些变换是如何影响三维场景的。此外,它对复数和四元数在旋转表示中的应用的介绍,也为我提供了新的思考方式。

评分

作为一名对图形学算法充满好奇的研究生,我一直寻找一本能够提供深刻见解和扎实理论基础的书籍。这本书正是我的理想之选。它对光线追踪和全局光照算法的讲解非常深入,让我能够理解如何模拟光线在场景中的传播,从而实现更逼真的渲染效果。书中对蒙特卡洛积分和重要性采样的介绍,为我理解高级渲染技术提供了理论支持。我尤其喜欢它对不同光照算法的比较分析,这让我能够根据不同的应用场景选择最合适的算法。

评分

这本书的封面设计就相当吸引人,简约而不失专业感,柔和的色彩搭配给人一种宁静的学习氛围。当翻开第一页,我立刻被其清晰的排版和优秀的纸张质量所吸引。文字的印刷清晰锐利,即使长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。更重要的是,每一个概念的讲解都循序渐进,非常适合像我这样有一定基础但希望系统性梳理计算机图形学知识的读者。作者的语言风格严谨但不枯燥,能够巧妙地将复杂的数学原理和抽象的计算机概念转化为易于理解的描述。我尤其欣赏它在介绍基本概念时,不仅仅是给出定义,而是会深入探讨其背后的原理和应用场景。例如,在讨论光栅化时,书中不仅解释了如何将矢量图形转换为像素,还详细介绍了各种消隐算法的原理和优缺点,以及它们在实际渲染中的作用。这种深度和广度的结合,让我在学习新知识的同时,也能回顾和巩固旧的知识点,形成更完整的知识体系。

评分

作为一名对游戏开发充满热情的人,我一直在寻找一本能够帮助我深入理解图形渲染技术的书籍。这本书恰恰满足了我的需求。它详细讲解了着色器的工作原理,包括顶点着色器和像素着色器(或称为片段着色器)的职责,以及它们如何通过编程来实现各种视觉效果。我尤其对书中关于光照模型和材质属性的讲解印象深刻。从最简单的漫反射模型,到更复杂的菲涅尔反射和全局光照,书中都给出了清晰的数学公式和代码示例,让我能够亲手实现这些效果。阅读过程中,我尝试着将书中的一些算法应用到自己的小型项目中,取得了非常不错的效果,这极大地增强了我的学习动力。

评分

这本书的逻辑结构非常出色,每一个章节都承接前一个章节的内容,形成了一个流畅的学习路径。它从最基础的几何变换开始,逐步深入到更复杂的渲染技术,最终涵盖了动画和高级渲染技术。我发现作者在讲解过程中,非常注重理论与实践的结合。书中提供了大量的伪代码和算法描述,甚至还引用了一些开源图形库的实现细节,这让我能够将书本上的知识与实际编程相结合。我尤其赞赏它对渲染管线中各个阶段的详细剖分,从模型加载到最终图像输出,每一步的原理和作用都解释得非常清楚。这对于我理解现代GPU的工作方式非常有帮助。

评分

对CG里面的常见领域都做了一定的说明,不过有些章节讲的太过粗糙,读起来颇为吃力

评分

入门确实不错

评分

做了一学期的project全靠它了=-=

评分

很不错的入门类书,有广度,不过进度推进很快,没有点基础看起来估计很痛苦。特别是某些数学公式,里面的符号也不说明一下就用……

评分

线性代数的表达方式十分诡异,果然全忘光了...第三版比第二版说得清楚,+red book确实不错~

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