计算机图形学

目 录
第1章 游戏模型............................................................................................................1
1.1 游戏制作流程...................................................................................................1
1.2 多边形网格......................................................................................................4
1.2.1 创建多边形网格*....................................................................................6
1.2.2 多边形网格的表达方式......................................................................................9
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目 录
第1章 游戏模型............................................................................................................1
1.1 游戏制作流程...................................................................................................1
1.2 多边形网格......................................................................................................4
1.2.1 创建多边形网格*....................................................................................6
1.2.2 多边形网格的表达方式......................................................................................9
1.2.3 表面法线............................................................................................................13
1.3 模型导出和导入...........................................................................................................15
1.4 坐标系统....... ................................................................................................................17
本章练习...............................................................................................................................19
第2章 顶点处理机制...................................................................................................20
2.1 世界转换.......................................................................................................................21
2.1.1 仿射转换以及齐次坐标....................................................................................21
2.1.2 世界矩阵...........................................................................................................24
2.1.3 欧拉转换................................................................................. ..........................28
2.1.4 表面法线的转换................................................................................................29
2.2 视见转换.......................................................................................................................31
2.2.1 相机空间...........................................................................................................31
2.2.2 空间转换和视见矩阵........................................................................................32
2.3 逐顶点光照.................................................................................................................37
2.4 投影转换......................................................................................................................38
2.4.1 视见体................................................................................................................38
2.4.2 投影矩阵...........................................................................................................40
2.4.3 投影矩阵的推导过程*......................................................................................44
本章练习.......................................................................................................... ......................47
·VI· 计算机图形学——基于3D图形开发技术
第3章 光栅化操作.......................................................................................................49
3.1 剪裁操作......................................................................................................................49
3.2 透视除法......................................................................................................................50
3.3 背面剔除操作...............................................................................................................51
3.4 再访坐标系统*.............................................................................................................55
3.4.1 3ds Max至OpenGL——翻转坐标轴................................................................55
3.4.2 OpenGL至Direct3D——反射..........................................................................57
3.4.3 OpenGL至Direct3D——顶点重排列...............................................................61
3.5 视口转换......................................................................................................................62
3.6 扫描转换......................................................................................................................65
3.7 应用：对象拾取操作...............................................................................................70
3.7.1 计算世界空间中的光线....................................................................................70
3.7.2 光线-对象相交测试...........................................................................................76
本章练习...............................................................................................................................82
第4章 片元处理和输出合并.........................................................................................83
4.1 纹理操作......................................................................................................................83
4.1.1 纹理坐标............................................................................................................84
4.1.2 表面参数化操作................................................................................................86
4.1.3 纹理坐标与纹素地址........................................................................................87
4.2 输出合并......................................................................................................................89
4.2.1 z缓冲区机制.......................................................................................................89
4.2.2 Alpha混合...........................................................................................................91
4.3 z剔除操作......................................................................................................................93
4.3.1 单元（tile）剔除...............................................................................................93
4.3.2 预写Z值..............................................................................................................96
本章练习...............................................................................................................................96
第5章 光照和着色.......................................................................................................98
5.1 Phong光照模型.............................................................................................................98
5.1.1 漫反射................................................................................................................99
5.1.2 镜面反射..........................................................................................................101
目 录·VII·
5.1.3 环境反射..........................................................................................................103
5.1.4 发射光..............................................................................................................104
5.2 着色和着色语言........................................................................................................104
5.2.1 顶点和片元着色器........................... ...............................................................104
5.2.2 高级着色语言*.................................................................................................105
5.3 管线中的光照机制....................................................................................................107
5.3.1 HLSL中的逐顶点光照机制*...........................................................................107
5.3.2 逐顶点光照与逐片元光照..............................................................................109
5.3.3 HLSL中的逐片元光照*...................................................................................111
5.4 全局光照.....................................................................................................................113
5.4.1 光线跟踪..........................................................................................................113
5.4.2 辐射度..............................................................................................................117
本章练习..............................................................................................................................119
第6章 参数曲线和表面....................................................................................121
6.1 参数曲线.....................................................................................................................121
6.1.1 Bezier曲线......................................................................................................121
6.1.2 Hermite曲线和Catmull-Rom样条...................................................................126
6.2 应用：相机路径.........................................................................................................127
6.3 Bezier表面..................................................................................................................130
6.3.1 双线性面片......................................................................................................130
6.3.2 双二次Bezier面片............................................................................... .............134
6.3.3 双三次Bezier面片............................................................................................138
6.3.4 Bezier三角形...............................................................................................140
本章练习..............................................................................................................................144
第7章 着色器模型...........................................................................................146
7.1 着色器模型4和几何体着色器...................................................................................146
7.2 应用：动态粒子系统.................................................................................................147
7.2.1 粒子的物理模拟..............................................................................................148
7.2.2 焰火模拟..........................................................................................................150
7.2.3 渲染焰火..........................................................................................................153
·VIII· 计算机图形学——基于3D图形开发技术
7.3 着色器模型5和拼接操作...........................................................................................155
7.4 应用：PN三角形........................................................................................................156
7.4.1 计算控制点......................................................................................................157
7.4.2 计算控制法线..................................................................................................160
7.4.3 PN三角形拼接操作.........................................................................................163
本章练习..............................................................................................................................165
第8章 图像纹理........................................................................................................166
8.1 纹理寻址模式............................................................................................................166
8.2 纹理过滤机制.............................................................................................................168
8.2.1 放大操作..........................................................................................................169
8.2.2 缩小操作..........................................................................................................170
8.3 纹理链........................................................................................................................171
8.3.1 纹理链的构建过程..........................................................................................172
8.3.2 纹理链过滤机制..............................................................................................173
8.3.3 纹理链过滤的选取方案..................................................................................175
8.4 各向异性过滤机制.....................................................................................................179
本章练习............................................................................................................................184
第9章 凹凸贴图........................................................................................................186
9.1 高度场.........................................................................................................................187
9.2 法线贴图原理.............................................................................................................188
9.2.1 法线贴图..........................................................................................................188
9.2.2 法线贴图算法..................................................................................................190
9.3 切空间法线贴图.........................................................................................................194
9.3.1 切空间法线贴图算法.............................................................................. ........194
9.3.2 切空间计算......................................................................................................198
9.4 法线贴图应用.............................................................................................................200
9.5 视差贴图....................................................................................................................203
9.6 偏置贴图....................................................................................................................206
本章练习............................................................................................................................210
第10章 高级纹理操作...............................................................................................211
10.1 环境贴图...................................................................................................................211
目 录·IX·
10.1.1 立方体贴图....................................................................................................211
10.1.2 立方体贴图访问机制*...................................................................................214
10.1.3 动态立方体贴图............................................................................................216
10.2 光照贴图...................................................................................................................217
10.2.1 漫反射光照贴图............................................................................................217
10.2.2 辐射度法线贴图*...........................................................................................218
10.3 阴影贴图...................................................................................................................222
10.3.1 阴影贴图算法................................................................................................224
10.3.2 基于阴影贴图的着色器代码........................................................................228
10.3.3 阴影贴图过滤机制........................................................................................231
10.4 环境遮挡...................................................................................................................234
10.5 延迟着色...................................................................................................................238
本章练习..............................................................................................................................240
第11章 角色动画.......................................................................................................241
11.1 关键帧动画...............................................................................................................241
11.2 旋转...........................................................................................................................244
11.2.1 欧拉角插值....................................................................................................244
11.2.2 四元数表达方式............................................................................................245
11.2.3 基于四元数的旋转........................................................................................246
11.2.4 四元数插值....................................................................................................250
11.3 层次结构建模以及空间变换...................................................................................252
11.3.1 层次结构模型................................................................................................252
11.3.2 骨骼间的空间变换........................................................................................256
11.3.3 世界空间至骨骼空间的转换........................................................................258
11.4 前向运动学...............................................................................................................260
11.5 蒙皮和关键帧动画...................................................................................................263
11.5.1 蒙皮................................................................................................................263
11.5.2 关键帧动画中的蒙皮....................................................................................265
11.6 逆向运动学...............................................................................................................268
11.6.1 解析法............................................................................................................269
11.6.2 循环坐标下降法............................................................................................270
·X· 计算机图形学——基于3D图形开发技术
本章练习..............................................................................................................................272
第12章 物理模拟......................................................................................................274
12.1 惩罚方案...................................................................................................................274
12.2 冲量方案...................................................................................................................276
12.2.1 冲量................................................................................................................277
12.2.2 基于冲量的碰撞求解方案............................................................................278
12.3 碰撞检测...................................................................................................................282
12.3.1 色围体及其层次结构....................................................................................283
12.3.2 三角形-三角形相交测试...............................................................................286
本章练习..............................................................................................................................288
参考文献........................................................................................................................289
· · · · · · (收起)