导语

  

内容提要

  

    计算机图形学是研究真实或虚拟物体在计算机中的图形表示及交互的一门学科，在计算机辅助设计与制造、计算机动画、计算机游戏、计算机仿真、虚拟现实、科学计算可视化等领域有着广泛的应用。随着数字媒体、虚拟／增强／混合现实、大数据、人工智能、可视分析等技术的发展，计算机图形学的理论和方法不断地充实与更新，已经广泛应用到大量的科学和工程领域，成为现代计算机应用中不可缺少的重要分支。
    本书涵盖了计算机图形学的众多基础内容，不仅介绍了几何建模、真实感绘制、计算机动画等传统图形学的内容，还着重阐述了数字几何处理、非真实感绘制、基于图形的影像处理、计算摄像、GPU图形计算等图形学的新进展。其中，不少章节的内容都取自近二十年内计算机图形学领域的高水平学术论文和产业技术。此外，本书还给出了很多重要概念和方法的实例，并提供了一些代表性算法的关键实现步骤的代码。
    本书不仅可以作为高等院校计算机相关专业的“计算机图形学”课程教材，也可以作为计算机图形学科研工作者和产业界技术人员的参考用书。

第1章  引言
  1.1  计算机图形学的概念
  1.2  计算机图形学的发展
    1.2.1 20世纪60年代
    1.2.2  20世纪70年代
    1.2.3  20世纪80年代
    1.2.4  20世纪90年代
    1.2.5  21世纪
  1.3  计算机图形学与其他学科的关系
  1.4  计算机图形学的应用
  1.5  小结
  思考题
第2章  基础知识
  2.1  图形的显示
  2.2  几何变换
    2.2.1  模型变换
    2.2.2  视点变换
    2.2.3  投影变换
    2.2.4  窗口变换
  2.3  光栅化处理
    2.3.1  简单图元生成
    2.3.2  多边形填充
    2.3.3  剔除
    2.3.4  可见性判断
  2.4  图形硬件
  2.5  小结
  思考题
第3章  几何建模
      3.1数学基础303.1.1  几何形状的数学形式
    3.1.2  几何性质
    3.1.3  建模工具
  3.2  自由曲线/曲面建模
    3.2.1  平面三次多项式曲线
    3.2.2  Bézier曲线/曲面
    3.2.3  B样条曲线/曲面
  3.3  细分曲面建模
    3.3.1  Catmull Clark细分曲面
    3.3.2  Doo Sabin细分曲面
    3.3.3  Loop细分曲面
    3.3.4  Butterfly细分曲面
  3.4  三维重建
    3.4.1  被动式与主动式建模
    3.4.2  基于图像的三维重建
    3.4.3  基于视频的三维重建
    3.4.4  基于激光测距的三维重建
    3.4.5  基于Kinect的三维重建
  3.5  其他建模方法
    3.5.1  分形
    3.5.2  基于粒子系统的建模
    3.5.3  基于语言学的建模
  3.6  几何数据结构
    3.6.1  构造实体几何模型
    3.6.2  边界模型
  3.7  小结
  思考题
〖1〗现代计算机图形学基础目录〖3〗〖3〗第4章  数字几何处理
  4.1  几何基础
    4.1.1  几何模型
    4.1.2  几何性质
  4.2  网格去噪
    4.2.1  基本方法
    4.2.2  Laplacian平滑
  4.3  网格简化
    4.3.1  顶点聚类
    4.3.2  渐进式网格
  4.4  网格参数化
    4.4.1  数学模型
    4.4.2  平面参数化
    4.4.3  球面参数化
    4.4.4  基域参数化
  4.5  重新网格化
    4.5.1  网格质量
    4.5.2  渐进式重新网格化
    4.5.3  重心Voronoi图填充重新网格化
    4.5.4  基于参数化的重新网格化
  4.6  网格编辑
    4.6.1  自由编辑
    4.6.2  带约束的编辑
    4.6.3  编辑迁移
  4.7  网格形变
    4.7.1  基于参数化的网格形变
    4.7.2  基于微分坐标的网格形变
  4.8  小结
  思考题
第5章  真实感绘制
  5.1  光照
  5.2  BRDF和着色
    5.2.1  BRDF
    5.2.2  着色
  5.3  纹理映射
    5.3.1  简单的纹理映射
    5.3.2  环境映射
    5.3.3  凹凸映射
  5.4  光线跟踪绘制
    5.4.1  基本原理
    5.4.2  光线投射模型
    5.4.3  光线跟踪模型
    5.4.4  光线跟踪加速
    5.4.5  光线跟踪的其他改进
  5.5  辐射度绘制
    5.5.1  基本原理
    5.5.2  辐射度绘制模型
    5.5.3  辐射度方程的数值计算
  5.6  特殊效果绘制
  5.7  小结
  思考题
第6章  非真实感绘制
  6.1  概述
  6.2  基于笔画建模的绘制
    6.2.1  笔画模型
    6.2.2  油画风格化绘制
    6.2.3  水彩画风格化绘制
    6.2.4  素描风格化绘制
  6.3  基于纹理合成的绘制
    6.3.1  基于风格类比的纹理合成绘制方法
    6.3.2  基于笔画的纹理合成绘制方法
  6.4  基于图像滤波的绘制
    6.4.1  基于流体场的双边滤波绘制
    6.4.2  基于亮度的双边滤波绘制
    6.4.3  基于纹理/结构分层的滤波绘制
  6.5  视频非真实感绘制
    6.5.1  基于帧间光流的笔画绘制
    6.5.2  基于视频体的笔画绘制
  6.6  基于深度学习的绘制
    6.6.1  基于卷积神经网络的风格迁移
    6.6.2  基于生成对抗网络的风格迁移
  6.7  小结
  思考题
第7章  基于图形的影像处理
  7.1  影像抠图
    7.1.1  蓝屏抠图
    7.1.2  基于三色图的自然图像抠图
    7.1.3  基于笔画的自然图像抠图
    7.1.4  基于闪光的自然图像抠图
    7.1.5  视频抠图
  7.2  影像缩放
    7.2.1  图像缝隙增删
    7.2.2  图像网格变形
    7.2.3  视频缩放方法
  7.3  影像融合
    7.3.1  泊松图像融合
    7.3.2  基于均值坐标插值的图像融合
    7.3.3  视频融合方法
  7.4  影像拼接
    7.4.1  尽可能单应变换的图像拼接
    7.4.2  形状保持的半单应变换图像拼接
    7.4.3  自适应混合变换图像拼接
    7.4.4  视频拼接
  7.5  影像编辑
    7.5.1  颜色迁移
    7.5.2  图像变形
    7.5.3  编辑传播
    7.5.4  视频去抖
  7.6  小结
  思考题
第8章  计算摄像
  8.1  摄像学的发展
    8.1.1  成像设备
    8.1.2  成像原理
    8.1.3  相机成像
  8.2  数字摄像
    8.2.1  去马赛克
    8.2.2  白平衡
    8.2.3  色调映射
    8.2.43  A调整
  8.3  计算摄像
    8.3.1  计算成像编/解码
    8.3.2  性能分析
  8.4  计算光场成像
    8.4.1  基于光场的重对焦成像
    8.4.2  基于光圈编码的去散焦成像
  8.5  计算光谱成像
    8.5.1  传统光谱成像
    8.5.2  基于掩膜分光镜的计算光谱成像
    8.5.3  基于双相机压缩感知的计算光谱成像
    8.5.4  基于成像机理的计算光谱复原
  8.6  小结
  思考题
第9章  计算机动画
  9.1  动画制作
    9.1.1  传统动画
    9.1.2  计算机动画概述
    9.1.3  动画制作流程
  9.2  关键帧插值
    9.2.1  形状保持的图像形变插值
    9.2.2  形状保持的三维网格形变插值
  9.3  物理模拟
  9.4  运动捕捉
    9.4.1  主动式运动捕捉
    9.4.2  被动式运动捕捉
    9.4.3  运动重定向
  9.5  群体动画
    9.5.1  Flock and Boid模型
    9.5.2  社会力模型
  9.6  小结
  思考题
第10章  基于GPU的图形计算
  10.1  GPU简介
    10.1.1  组成结构
    10.1.2  并行处理
    10.1.3  GPU的发展
  10.2  数值计算
    10.2.1  计算模式
    10.2.2  通用数值计算
  10.3  GPU快速建模
    10.3.1  GPU加速的NURBS建模
    10.3.2  GPU加速的泊松三维重建
  10.4  GPU快速绘制
    10.4.1  GPU加速的光线跟踪绘制
    10.4.2  GPU加速的辐射度绘制
  10.5  GPU计算光谱成像
  10.6  小结
  思考题
参考文献