Artificial Intelligence Techniques for Computer Graphics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Miaoulis, Georgios 编

出品人:

页数:214

译者:

出版时间:

价格:$ 157.07

装帧:

isbn号码:9783540851271

丛书系列:

图书标签:

• 人工智能
• 计算机图形学
• 渲染
• 机器学习
• 深度学习
• 图像处理
• 算法
• 技术
• 应用
• 视觉效果

深入探索计算机图形学的非人工智能视角 这本书并非聚焦于人工智能在计算机图形学中的应用，而是致力于全面而深入地解析那些塑造了我们所见视觉世界的基石性技术与理论。它将带领读者穿越计算机图形学的历史长河，探究那些在没有借助于机器学习或深度学习等新兴人工智能概念之前，就已经存在并持续发展的关键领域。我们的目标是提供一个扎实、全面且具有深刻洞察力的视角，帮助读者理解计算机图形学为何能够实现如此逼真的渲染、生动的动画以及令人惊叹的交互式体验。 我们将从最基础的数学和几何原理入手，这是所有计算机图形学的基础。我们将详细探讨向量代数、矩阵变换以及它们在三维空间中的应用，例如平移、旋转和缩放。读者将理解这些数学工具如何被用来定义和操作虚拟世界中的对象。曲线和曲面的表示方法，如 Bézier 曲线、样条曲线以及 NURBS，也将被详细阐述，它们是创建光滑、自然形状的关键。此外，我们还将深入研究多边形网格的表示与处理，这是现代图形学中表示复杂几何体的核心，并探讨诸如网格简化、细分和表面重构等技术。 接着，我们将把目光转向光线与表面的交互，这是实现逼真视觉效果的核心。本书将详细讲解各种渲染方程的推导与应用，从最简单的光栅化（Rasterization）技术，例如透视投影、画家算法（Painter's Algorithm）、Z-buffer算法，到更高级的逐像素（Per-pixel）着色技术，包括Gouraud着色和Phong着色模型，它们如何模拟光照对物体表面的影响。我们将深入剖析表面法线（Surface Normals）的重要性，以及它们如何决定光线反射的方向，从而影响物体的明暗和立体感。 除了基本的着色模型，我们还将详细介绍纹理映射（Texture Mapping）。这是一种将二维图像“粘贴”到三维模型表面的技术，极大地丰富了物体的外观细节。我们将探讨不同类型的纹理，如漫反射纹理（Diffuse Textures）、法线纹理（Normal Maps）、高光纹理（Specular Maps），以及它们如何分别模拟物体的颜色、表面细节和反射特性。我们将深入讲解纹理坐标（Texture Coordinates）的生成与应用，以及纹理过滤（Texture Filtering）技术，如双线性过滤（Bilinear Filtering）和三线性过滤（Trilinear Filtering），以确保纹理在不同距离下都能保持清晰。 本书还将重点阐述阴影（Shadows）的生成技术。我们将详细介绍阴影体（Shadow Volumes）和阴影映射（Shadow Mapping）等经典算法。阴影映射，作为一种广泛应用的技术，将被深入剖析其工作原理，包括阴影纹理（Shadow Textures）的创建、深度比较（Depth Comparison）以及各种提高阴影质量的技巧，例如百分比近邻过滤（Percentage Closer Filtering, PCF）。我们还会探讨软阴影（Soft Shadows）的生成，以及它们如何通过模拟点光源的尺寸来增加真实感。 为了实现更高级的视觉效果，我们将深入研究反射（Reflections）和折射（Refractions）。我们将详细讲解反射贴图（Reflection Maps），包括球形贴图（Spherical Maps）和立方体贴图（Cube Maps），以及它们如何模拟物体表面的镜面反射。对于折射，我们将详细阐述菲涅尔方程（Fresnel Equations），以及它们如何描述光线在不同介质界面上的反射与折射比例，并探讨折射贴图（Refraction Maps）的应用，以模拟玻璃、水等透明材料的视觉效果。 本书还将触及全局光照（Global Illumination, GI）的概念，尽管不涉及人工智能的全局光照算法，但我们将详细阐述基于物理的光照传播原理。我们将深入研究光子映射（Photon Mapping）和辐射度（Radiosity）等经典全局光照算法。光子映射将通过模拟光子的传播来计算间接光照，我们不仅会讲解其核心思想，还会分析其在焦散（Caustics）等效果上的表现。辐射度则侧重于表面之间能量的交换，我们将详细阐述其背后的数学模型，以及它如何准确地计算漫反射表面的能量传递，从而生成柔和、逼真的间接光照。 动画是计算机图形学不可或缺的一部分。我们将详细讲解关键帧动画（Keyframe Animation）的原理，以及如何通过插值技术创建流畅的运动。我们还将深入研究骨骼动画（Skeletal Animation），包括骨骼绑定（Skeleton Binding）、蒙皮（Skinning）以及逆向动力学（Inverse Kinematics, IK）和正向动力学（Forward Kinematics, FK）的计算。读者将理解如何通过控制骨骼的运动来驱动角色的形变，实现逼真的人物动作。 此外，我们还将探索粒子系统（Particle Systems），它们是模拟烟雾、火焰、雨雪等动态效果的强大工具。我们将讲解粒子系统的基本构成，包括粒子的生成、生命周期、运动轨迹以及相互作用，并展示如何通过调整参数来创建各种逼真的动态现象。 本书还将涵盖几何着色器（Geometry Shaders）等可编程管线的部分，虽然这是现代图形学的基础，但我们将着重于其在几何体生成和修改上的应用，而非其与人工智能的潜在结合。我们将深入探讨顶点着色器（Vertex Shaders）和片段着色器（Fragment Shaders）的功能，它们允许开发者在GPU上编写自定义的着色程序，极大地扩展了图形渲染的可能性。我们将详细讲解着色语言（Shading Languages），如GLSL或HLSL的基本语法和应用，以及如何利用它们实现自定义的视觉效果。 我们也将研究抗锯齿（Anti-aliasing）技术，以解决由于离散像素采样而产生的“阶梯状”边缘。我们将详细讲解多重采样抗锯齿（Multisample Anti-aliasing, MSAA）、快速近似抗锯齿（Fast Approximate Anti-aliasing, FXAA）等技术，并分析它们在不同场景下的优缺点。 最后，本书将对三维重建（3D Reconstruction）技术进行概述，但重点将放在基于几何和图像处理的方法，如多视图立体（Multi-view Stereo），而不是依赖深度学习的重建方法。我们将讨论如何从二维图像序列中恢复三维场景的几何信息，以及这些技术在虚拟现实、游戏开发等领域的潜在应用。 总而言之，这本书提供了一个不包含人工智能技术，但又足够深入和全面的计算机图形学知识体系。它旨在为读者打下坚实的理论基础，让他们能够理解、分析和应用那些构成了现代视觉表现力的核心技术。通过对这些基础技术的深刻理解，读者将能够更好地欣赏计算机图形学的艺术与科学，并为进一步探索更前沿的图形学领域打下坚实的基础。

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