计算机图形学 Fundamentals of Computer Graphics

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第1章  引言
1.1　图形学领域
1.2　主要应用
1.3　图形学API
1.4　三维几何模型
1.5　图形流水线
1.6　数值问题
1.7　效率
1.8　软件工程
1.8.1　单精度与双精度
1.8.2  内联
1.8.3　成员函数与非成员运算符
1.8.4　包含保护符
1.8.5　编译调试
1.8.6　实验性调试
文献注记
第2章　数学知识
2.1　集合与映射
2.1.1　逆映射
2.1.2　区间
2.1.3  对数
2.2　解二次方程
2.3　三角学
2.3.1  角
2.3.2　三角函数
2.3.3　三角函数公式
2.4  向量
2.4.1　向量运算
2.4.2  量的笛卡儿坐标
2.4.3  点积
2.4.4　叉积
2.4.5　标准正交基与坐标系
2.4.6　从单向量建立正交基
2.5　二维隐式曲线
2.5.1　二维梯度
2.5.2　隐式二维直线
2.5.3　隐式二次曲线
2.6　二维参数曲线
2.6.1　二维参数直线
2.6.2　二维参数圆
2.7　三维隐式曲面
2.7.1  隐式曲面的法向量
2.7.2　隐式平面
2.7.3　隐式曲面上的三维曲线
2.8　三维参数曲线
2.9　三维参数曲面
2.10　线性插值
2.11  三角形
2.11.1  二维三角形
2.11.2　三维三角形
常见问题
文献注记
习题
第3章　光栅算法
3.1  光栅显像
3.2　显示器亮度和γ值
3.3　RGB颜色
3.4　α通道
3.5　直线绘制
3.5.1  基于隐式方程绘制直线
3.5.2　基于参数方程绘制直线
3.6　三角形光栅化
3.7　简单反走样技术
3.8　图像捕捉与存储
3.8.1  扫描仪和数码摄像机
3.8.2　图像存储
常见问题
习题
第4章　信号处理
4.1　数字音频：一维采样
4.2　卷积
4.2.1  滑动平均
4.2.2　离散卷积
4.2.3　把卷积看作移位滤波器之和
4.2.4　与连续函数的卷积
4.2.5　离散-连续卷积
4.2.6　多维卷积
4.3　卷积滤波器
4.3.1　各种卷积滤波器
4.3.2　滤波器的性质
4.4　图像信号处理
4.4.1　离散图像滤波
4.4.2　图像采样中的反走样技术
4.4.3　重构与重采样
4.5　采样理论
4.5.1　傅里叶变换
4.5.2　卷积与傅里叶变换
4.5.3　傅里叶变换举例
4.5.4  采样理论中的狄拉克脉冲
4.5.5　采样与走样
4.5.6　理想滤波器与实用滤波器
习题
第5章　线性代数
5.1  行列式
5.2　矩阵
5.2.1　矩阵运算
5.2.2　矩阵形式的向量运算
5.2.3　矩阵与行列式
5.2.4　计算逆矩阵
5.2.5　线性方程组
5.2.6　特征值及矩阵对角化
5.2.7　奇异值分解
常见问题
文献注记
习题
第6章　矩阵变换
6.1　基本二维变换
6.1.1  缩放
6.1.2　切变
6.1.3　旋转
6.1.4  反射
6.1.5　二维变换组合
6.1.6　二维变换分解
6.2　基本三维变换
6.2.1　任意三维旋转
6.2.2　法向量变换
6.3  平移
6.4　变换矩阵的逆
6.5　坐标变换
常见问题
文献注记
习题
第7章　观察
7.1　绘制标准视体
7.2　正射投影
7.3　透视投影
7.4　透视变换的性质
7.5　视域
常见问题
文献注记
习题
第8章　隐藏面消除
8.1　BSP树
8.1.1　BSP树算法概述
8.1.2　构造BSP树
8.1.3　分割三角形
8.1.4　优化BSP树
8.2　z缓冲器
8.2.1　z缓冲器算法
8.2.2　整数z缓冲器
常见问题
习题
第9章　表面明暗处理
9.1　漫反射明暗处理
9.1.1　朗伯明暗处理模型
9.1.2　环境明暗处理
9.1.3　基于顶点的漫反射明暗处理
9.2　Phong明暗处理
9.2.1　Phong光照模型
9.2.2　表面法线向量插值
9.3　艺术化明暗处理
9.3.1  线图
9.3.2  冷暖明暗处理
常见问题
习题
第10章　光线跟踪
10.1　基本光线跟踪算法
10.2　计算观察光线
10.3  光线与物体相交
10.3.1　光线与球相交
10.3.2　光线与三角形相交
10.3.3　光线与多边形相交
10.4　光线跟踪程序
10.5　阴影
10.6　镜面反射
10.7　折射
10.8　实例化
10.9　次线性的光线与物体相交
10.9.1  包围盒
10.9.2　层次包围盒
10.9.3　均匀空间子分法
10.9.4　二叉空间划分法
10.10　构造实体几何
10.11　分布式光线跟踪
10.11.1　反走样
10.11.2　软阴影
10.11.3　景深
10.11.4　光泽反射
10.11.5　运动模糊
常见问题
习题
第11章　纹理映射
11.1　三维纹理映射
11.1.1　三维条纹纹理
11.1.2　纹理数组
11.1.3　实体噪声
11.1.4　扰动
11.2　二维纹理映射
11.3　镶嵌模型
11.4　光栅化三角形的纹理映射
11.5　凹凸纹理
11.6　置换映射
11.7　环境映照
11.8　阴影图
常见问题
文献注记
习题
第12章　完整的图形流水线
12.1　裁剪
12.2　流水线中裁剪部分的位置
12.2.1　在透视除法后的裁剪（选项3）
12.2.2　在变换前裁剪（选项1）
12.2.3　在齐次坐标系中裁剪（选项2）
12.2.4　用平面裁剪
12.3　扩展的图形流水线
12.3.1　剔除
12.3.2　光照和明暗处理
12.4　背向面删除
12.5  三角形条带和三角形扇区
12.6　保留状态
12.7　完整的图形流水线
常见问题
文献注记
习题
第13章　图形学的数据结构
13.1　三角形网格
13.2　翼边数据结构
13.3　场景图
13.4　平铺多维数组
13.4.1　二维数组的一层平铺
13.4.2　示例：三维数组的两层平铺
常见问题
文献注记
习题
第14章　采样
14.1  积分
14.1.1　度量和均值
14.1.2　示例：二维平面中直线的度量
14.1.3　示例：三维空间中直线的度量
14.2　连续概率
14.2.1  一维连续概率密度函数
14.2.2　一维期望
14.2.3　多维随机变量
14.2.4　方差
14.2.5　估计均值
14.3　蒙特卡罗积分
14.4　选择随机点
14.4.1　求反函数
14.4.2　拒绝
14.4.3  Metropolis
14.4.4　示例：在正方形上选择随机直线
常见问题
文献注记
习题
第15章　曲线
15.1  曲线
15.1.1　参数化和重新参数化
15.1.2　分段的参数表达式
15.1.3　样条
15.2　曲线的性质
15.3　多项式片段
15.3.1　多项式的表示
15.3.2　线段
15.3.3　超线段
15.3.4  三次方程的基矩阵
15.3.5　混合函数
15.3.6　插值多项式
15.4  片段连接
15.4.1　节点
15.4.2　使用独立的片段
15.4.3　连接线段
15.5　三次多项式
15.5.1  自然三次多项式
15.5.2　埃尔米特三次多项式
15.5.3　基数三次多项式
15.6　拟合曲线
15.6.1  贝塞尔曲线
15.6.2　B样条曲线
15.6.3　非均匀B样条曲线
15.6.4　非均匀有理B样条曲线
15.7　小结
文献注记
习题
第16章　计算机动画
16.1  动画原理
16.1.1  时间控制
16.1.2　动作布局
16.1.3　动画技术
16.1.4　人工控制与自动化方法
16.2　关键帧
16.2.1　运动控制
16.2.2　旋转插值
16.3　变形
16.4　角色动画
16.4.1  面部动画
16.4.2  运动捕捉
16.5　基于物理的动画
16.6　过程技术
16.7  对象群
文献注记
第17章　使用图形硬件
17.1　什么是图形硬件
17.2　从硬件角度描述几何模型
17.3　几何模型转化为像素
17.3.1　设计流水线
17.3.2　基本执行模型
17.3.3　顶点着色器示例
17.3.4  片段着色器示例
17.3.5　GPU上的通用计算
常见问题
文献注记
习题
第18章　构建交互式图形应用程序
18.1  击球程序
18.2　编程模型
18.2.1　控制驱动的编程
18.2.2　事件驱动的编程
18.2.3　事件驱动的击球程序
18.2.4　实现文献注记
18.2.5  小结
18.3　模型-视图-控制器体系结构
18.3.1　模型-视图-控制器框架
18.3.2　将MVC应用于击球程序
18.3.3　利用MVC扩充击球程序
18.3.4　MVC组件之间的交互作用
18.3.5  应用MVC概念
18.4　实现示例
18.4.1　使用GUI API
18.4.2　使用图形API
18.4.3　实现细节
18.5　结果的运用
18.5.1　示例1：PowerPoint
18.5.2  示例2：Maya
文献注记
习题
第19章　光照
19.1　辐射测量
19.1.1　光子
19.1.2　光谱能量
19.1.3  功率
19.1.4　辐射照度
19.1.5　辐射率
19.1.6　BRDF
19.2　输送方程
19.3  光度测定
常见问题
文献注记
习题
第20章　颜色
20.1　光和光检测器
20.2　三刺激颜色理论
20.3　CIE三刺激值
20.4　色度
20.5  暗视亮度
20.6　RGB显示器
20.7　近似颜色操作
20.8　对立颜色空间
常见问题
文献注记
习题
第21章　视觉感知
21.1　视觉科学
21.2　视觉灵敏度
21.2.1　亮度和对比度
21.2.2　颜色
21.2.3　动态范围
21.2.4　视域和灵敏度
21.2.5　运动
21.3　空间视觉
21.3.1　参考坐标系和测量尺度
21.3.2　眼球运动线索
21.3.3　双目视差
21.3.4　运动线索
21.3.5　绘画线索
21.4　物体、位置和事件
21.4.1　物体识别
21.4.2　大小与距离
21.4.3　事件
21.5　图片感知
第22章　色调再现
22.1  分类
22.2　动态范围
22.3　颜色
22.4　图像形成
22.5　基于频率的算子
22.6　梯度域算子
22.7　空间算子
22.8　除法
22.9　S形曲线
22.10　其他方法
22.11　夜景色调映射
22.12　讨论
第23章　全局照明
23.1  朗伯场景的粒子跟踪
23.2　路径跟踪
23.3　精确的直接光照
23.3.1  数学框架
23.3.2　球形照明器的采样
23.3.3　非漫射照明器
常见问题
文献注记
习题
第24章　反射模型
24.1　现实世界的材质
24.1.1  光滑绝缘材质和金属
24.1.2　粗糙表面
24.1.3　散射材质
24.1.4　透明材质
24.1.5  分层材质
24.2　反射模型的实现
24.3　镜面反射模型
24.4　光滑分层模型
24.5　粗糙分层模型
24.5.1　各向异性的镜面BRDF
24.5.2　各向异性Phong模型的漫射项
24.5.3　模型的实现
常见问题
文献注记
习题
第25章　基于图像的绘制
25.1　光场
25.2　根据一组图像创建一幅新图像
常见问题
习题
第26章　可视化
26.1  二维标量场
26.2　三维标量场
26.2.1　等值面
26.2.2　直接体绘制
常见问题
习题
参考文献
索引