白话说学计算机图形学.docx

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白话说学计算机图形学

白话说学计算机图形学

[转载]一个图形爱好者的书架/白话说学计算机图形学-人生和程序...

一个很好的学习途径就是国外大学开的CG的课程，standford，unc，unm，waterloo等等，等等，一堆大学，都可以下到课件，以及相关的论文，standford的“realtimegraphicsarchitecture”可是kurtAkeley开的哦。

另外就是sourcecode，包括mesa，standford的glsim，还有人用csharp做的csgl等，也不少。

这些东西很值得细细研究，只是很花时间啊。

我也是才学这方面的，不过我觉得方法上面还是top－down的方法好些，对一些东西，有感性认识了，再钻下去会比较好。

【引言】

什么是计算机图形学？

本文尽量避免给它做严格的定义，但是通常来说，计算机图形学是数字图象处理的逆过程，这只是一个不确切的定义，后面我们会看到，实际上，计算机图形学、数字图象处理和计算机视觉在很多地方的区别不是非常清晰的，很多概念是相通的。

计算机图形学是用计算机来画东西的学科，数字图象处理是把外界获得的图象用计算机进行处理的学科。

在法国，图形图象是一门课程。

如何学习计算机图形学呢？

除了计算机图形学的基础知识以外，你还需要有以下的知识，你懂的越多，当然做的越好。

*英语，你一定要把英语学好，如果你想学习计算机图形学的话，尽量看英文的书籍和资料

*数学，计算机图形学里面的数学用的比较多，，我们可以列举一些常用的：

高等数学，数值分析，微分几何，拓扑，概率，插值理论，（偏）微分方程…

*物理，如果你要进行基于物理的建模，一些物理理论是要学习的：

力学（运动学，动力学，流体力学…），光学，有限元…

*编程语言：

C或C++是计算机图形学最通用的‘普通话’，

*数据结构：

你需要数据结构来描述你的图形对象，除了通用的链表、树等数据结构外，图形学还有自己特殊的数据结构

*其他类别：

有的时候你需要其他学科的知识，根据你的需要去学习吧

上面列举的不是你必须学习的东西，而是计算机图形学可能会用到的东西，一定要记住，不要指望通过一本教材就学会计算机图形学，它比你想象的要复杂的多。

[图形学的问题】

每个学科都有自己学科的特定问题，图形学要解决的是如何画出图来，得到需要的效果，当然这是图形学最大的一个问题。

在开始学习计算机图形学的时候，找一本简单的书看，对计算机图形学有个大概的认识，你就可以开始图形学之旅了：

OpenGLProgrammingGuide:

TheOfficialGuidetoLearningOpenGL,Version1.4,FourthEdition

OpenGLSuperBible（3rdEdition）

是比较好的学习计算机图形学的入门教材，在练中去学，一开始就去啃Foley的

ComputerGraphics:

PrinciplesandPractice,SecondEditioninC

不是好主意，会看的一头雾水，一本什么都讲的书的结果往往是什么都没讲清楚。

当你把OpenGL的基本内容掌握之后，你对图形学就有了大概的了解了。

那么下面你可以来学习一下计算机图形学的数据结构和算法，下面的书比较适合：

JosephO'Rourke的ComputationalGeometryinC，书里面有C的源代码，讲述简单，清晰，适合程序员学习。

总的来说，计算机图形学涉及到2大部分：

建模和渲染

（1）建模

你想画一个东西，首先要有它的几何模型，那么这个几何模型从什么地方来呢？

下面的书很不错的：

GeraldFarin的CurvesandSurfacesforCAGD:

APracticalGuide

这本书就有一点的难度了，呵呵，要努力看啊。

这本书算是CAGD（计算机辅助几何设计）的经典图书，CAGD方面的全貌，还有2本很好的讲述曲面的书Bezier和Nurbs的书

LesA.Piegl,WayneTiller的TheNurbsBook

书里面有NURBS曲线、曲面的程序伪代码，很容易改成C的，书讲的通俗、易懂，但是你要有耐心看的：

）

《曲线与曲面的数学》

这本书是法国人写的中文翻译版，里面还有Bezie本人写的序J，翻译的很不错的，看了你就掌握Bezier曲面技术了。

还有其他的一些造型技术，比如：

隐式曲面（ImplicitSurface）的造型：

就是用函数形式为F（x,y,z）=0的曲面进行造型，这样的造型技术适合描述动物器官一样的肉乎乎的东西，有2本书推荐大家：

JulesBloomenthal编辑的IntroductiontoImplicitSurfaces，是一本专著，讲述了ImplicitSurface建模型（Modeling），面片化（Polygonization），渲染（Rendering）的问题。

LuizVelho的ImplicitObjectsComputerGraphics也是一本专著，讲述更新的一些进展。

细分曲面（SubdivisionSurface）造型

当用NURBS做造型的时候，曲面拼接是复杂的问题，在动画的时候，可能产生撕裂或者褶皱，SubdivisionSurface用来解决这个问题。

JoeWarren的SubdivisionMethodsforGeometricDesign:

AConstructiveApproach就是这方面的专著。

从实际物体中得到造型，现在的技术可以用三维扫描仪得到物体表面的点，然后根据这些点把物体的表面计算出来，称为重建（Reconstruction），因为这些技术之在文章中论述，所以我们省略对它的描述。

在你的几何模型做好之后，有一些问题需要对这个模型进一步处理，得到适合的模型，当面片很多的时候，或者模型很复杂的时候，需要对几何模型进行简化，才可以满足一些实时绘制的需要，这个技术叫做层次细节（LOD-LevelofDetail）。

下面的书就是讲这个的：

DavidLuebke编著的LevelofDetailfor3DGraphics

（2）渲染

有了模型，怎么把这个几何模型画出来呢？

这个步骤就是渲染。

如果你看了上面的OpenGL的书，那么你就知道一些渲染的知识了，但是别高兴的太早，OpenGL使用的是局部光照模型（LocalIlluminationModel）。

LocalilluminationModel指的是在做渲染的时候只考虑光源和物体之间的相互作用，不考虑物体和物体之间的影响，所以OpenGL不支持阴影，一个（半）透明物体的效果，这些需要考虑物体之间的影响才可以实现。

（*OpenGL本身不支持，但是通过一些方法可以实现的，用Google搜索一下

ShadowVolume,OpenGL就找到答案。

）

GlobalIlluminationModel这类模型考虑的就比较全。

现在关于GlobalIllumination的技术有3大类，具体的技术就不在这里介绍了。

光线追踪（RayTracing）

关于RayTracing的好书有2本：

AndrewGlassner的AnIntroductiontoRaytracing

Glasser是图形界的名人，这本书也是RayTracing的经典

R.KeithMorley,PeterShirley的RealisticRayTracing,SecondEdition

这本书第一版是伪代码，第二版是C代码。

它的结构不是很清楚，虎头蛇尾的感觉。

辐射度（Radiosity）

关于Radiosity的好书有4本：

MichaelCohen的RadiosityandRealisticImageSynthesis，Cohen获得SIGGRAPH1998计算机图形学成就奖，他把Radiosity变成实际可用。

FrancoisX.Sillion的RadiosityandGlobalIllumination，Sillion是法国人，他的主要研究方向是Radiosity，这本书写的很不错的，非常清晰。

PhilipDutre的新书AdvancedGlobalIllumination，看起来还不错，刚拿到手，还没看，呵呵，所以不好评价。

IanAshdown的Radiosity:

AProgrammer'sPerspective

有源代码的书啊！

Photonmapping

这个我也不知道怎么翻译，呵呵。

这个技术出现的比较晚，一本好书！

HenrikWannJensen的RealisticImageSynthesisUsingPhotonMapping

HenrikWannJensen是Photonmapping技术的发明者

【非真实性图形学】（Non-PhotorealisticGraphics）

真实性不是计算机图形学的唯一要求，比如：

你给我画一个卡通效果的图出来，或者我要用计算机画水彩画怎么办？

或者：

把图象用文字拼出来怎么做？

，解决这些问题要用到非真实性图形学，好书继续推荐！

BruceGooch,AmyAshurstGooch的Non-PhotorealisticRendering

【体图形学】（VolumeGraphics）

用CT机做很多切片（比如头骨），那么能通过这些切片得到3D的头骨吗？

VolumeGraphics就是解决这样的问题的

MinChen编著的VolumeGraphics

上面的2个图形学技术就和图象的界限不明显了，实际上他们是图形图象的综合。

【其他的书】

还有一些好书啊，呵呵，好书看不完的，继续放送：

GraphicsGemsI~V，一大帮子人写的书，包括研究人员，程序员…有计算机图形学的各种数据结构，编程技巧。

TomasAkenine-Moller等人编著的Real-TimeRendering（2ndEdition）

许多最新的计算机图形学进展。

DavidEbert等人的Texturing&Modeling:

AProceduralApproach,ThirdEdition

讲述如何通过程序实现纹理、山、地形等图形学要素。

关于图形学的特定对象，有特定的专题图书，

EvanPiphoFocusOn3DModels,对于图形学的常用模型格式，进行了讲解

TrentPolack的FocusOn3DTerrainProgramming，讲地形的

DonaldH.House的ClothModelingandAnimation，讲布料的

NikLever的Real-time3DCharacterAnimationwithVisualC++，讲角色动画的

RichardParent的ComputerAnimation:

AlgorithmsandTechniques，当然是讲动画的啦，呵呵。

DavidH.Eberly的3DGameEngineDesign:

APracticalApproachtoReal-TimeComputerGraphics，有代码的啊！

呵呵：

）

最后，没事情的时候，看看下面的书吧

AlanH.Watt，3DComputerGraphics（3rdEdition）

JamesD.Foley等人的ComputerGraphics:

PrinciplesandPracticeinC（2ndEdition），这本圣经没事的时候再看吧，呵呵。