数字媒体设计图形图像理论基础_[中国]王建一;吕德生_9787113278915

本书以数字媒体应用开发为背景，介绍了使用OpenGL、DirectX、Unity3d等应用开发工具所必需的理论知识。本书主要有：计算机图形学的基本原理，包括图形建模、图形变换、光栅化、裁剪、消隐、曲线曲面理论、基本光照模型、纹理映射等；数字图像的基础知识，包括图像几何变换及图像处理基本算法；应用建模技术，包括骨骼模型、水面模型、布料模型等。本书特点是从数字媒体开发工具出发，聚焦于游戏、动漫及虚拟现实等数字媒体技术的基础知识。本书适合作为高等院校数字媒体、动画类等相关专业教学用书，也可作为广大读者认识和学习数字动画知识的参考书，对于希望系统学习和研究动画的人员具有参考价值。

从20世纪50年代开始，世界进入了计算机时代，计算机开始应用于工业领域。在初的应用中，图形图像就是主要的应用方向，如机械设计（CAD）和电视信号编码等。图形学科和图像学科也在计算机应用的早期就已经建立起来并快速发展，对图形图像的应用建立了理论基础。在图形图像学科研究及应用的发展过程中，建立了较完整的理论体系和技术标准，为应用的普及建立了技术基础。随着时代的发展，计算机的应用逐渐从工业领域普及到了各个领域，特别开拓了以游戏、虚拟现实为代表的数字媒体领域，对社会文化的进步起到了引领作用。当今社会，从产业的规模、从业人员、消费群体等多方面看，可以说已经进入了数字媒体时代。

图形学科和图像学科也是一个复合学科，包括多个细分领域，如算法、设备、交互、传输、软件设计等。在应用方面，以计算机动画、动漫、数字电影、电子游戏、虚拟现实为代表的数字媒体也作为一个细分领域，占据了突出的地位。现今，数字媒体应用已经拥有数十亿使用者，这样的应用规模也同时推动着数字媒体技术的发展，各种新技术、新算法不断涌现，可以预见的是，在将来，图形图像技术及应用还会发展到更新的高度。

数字媒体领域既包括设计，也包括技术工作。其特点一般是基于某种应用软件或应用平台进行应用的设计开发，过程中必然会涉及图形图像的基础原理和算法，掌握相关的知识是必要的。有关计算机图形图像理论的教材有很多种，但如果以数字媒体开发与应用教学为目标，会发现合适的教材较少。多数教材讲解基础的算法、原理，而不能和应用实践联系起来。还有一些教材是从图形接口如DirectX等出发，脱离基础，不易理解，还容易陷入编程细节中。面对数字媒体专业，特别是设计方向的数字媒体专业，图形图像理论应着眼于以下目标：

（1）理解图形图像的数字构成；

（2）理解主流设计工具（如OpenGL、DirectX、Unity3d等）所涉及的概念和原理；

（3）掌握数字媒体开发中常用的图形图像算法，如图形变换、网格面片计算、图形着色、色彩计算及图像几何处理等；

（4）了解当前图形图像领域的技术发展，如先进的渲染技术、GPU计算等。

教材的主旨是让学生具备基础的、有实用价值的图形图像知识，在学习使用数字媒体设计工具时，容易理解其各种功能的作用和制约。在进行应用开发编程时，能够设计技术路线，对技术步骤有较准确的把握。教学应该始终围绕数字媒体设计开发工具（3ds Max、Photoshop、Unity、HTML5等）进行。

本书共包括10章：第1章到第8章为图形图像知识的基础部分；第9、10章为提高部分，这部分介绍了一些较高级的图形学算法，对学习者起到引领和提升作用。第1章为绪论；第2章介绍了图形学的基本概念和体系；第3章介绍了图形图像的数字化表达方法；第4章介绍了图形变换原理，包括基本变换、组合变换、摄像机变换、视窗变换等基本理论；第5章介绍了裁剪、消隐、光栅化等图形处理的基础算法；第6章介绍了曲线曲面建模的基本数学理论，包括Bezier曲线曲面和B样条曲线曲面的数学原理；第7章介绍了色彩计算的几种基础算法，包括光照计算和纹理映射技术；第8章介绍了图像技术的一些基础算法，包括图像的表示、图像变换、常用图像特效算法；第9章介绍了几种常见的动画算法，包括骨骼动画算法、布料动画算法、粒子动画算法、水面动画算法等；第10章以NVIDIA芯片为代表介绍了目前主流的GPU渲染技术；附录为实验指导。

由于编者水平有限、时间仓促，本书难免在内容选材和叙述上有不妥和疏漏之处，竭诚欢迎广大读者批评指正。

编者

2020年11月

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