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关于计算机图形学的学习
uohuo
2013-4-25 18:35
关于计算机图形学的学习 注意: 本文尽量避免理论化的描述,试图用最通俗的语言介绍一下计算机图形学的学习,以及一些参考书目和网络资源; 本文不涉及对概念的定义,以免陷入学术讨论之中 本文是作者学习计算机图形学的体会,如果有不同的意见,请不要攻击和漫骂 本文合适的题目应当是:白话说学计算机图形学? 1.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。 2.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 2.1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 //另外一些你想知道的事情:其他的造型方式-开始 注意:在后面会有这样的章节,标明 //另外一些你想知道的事情:其他的造型方式-开始 //另外一些你想知道的事情:其他的造型方式-结束 里面是我认为的一些高级话题,跳过他们不影响你学习计算机图形学,但是要学好就要注意了,呵呵 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,讲述个更新的一些进展 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 //另外一些你想知道的事情:其他的造型方式-结束 下面还是一个高级话题:) //另外一些你想知道的事情:光有造型是不够的!-开始 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 //另外一些你想知道的事情:光有造型是不够的!-结束 2.2渲染 有了模型,怎么把这个几何模型画出来呢?这个步骤就是渲染啦 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),不要被这个词吓住了 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。 //另外一些你想知道的事情:OpenGL可以实现阴影-开始 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就找到答案啦 //另外一些你想知道的事情:OpenGL可以实现阴影-结束 GlobalIlluminationModel这类模型考虑的就比较全啦。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,如果想了解,可以联系我,大家一起讨论: 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,现在Cohen在MSR图形 http://research.microsoft.com/~cohen/CohenSmallBW2.jpg 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!!就凭这个,得给5***** 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 3.3这些也是图形学吗?图形和图象的区别模糊了:( 除了上面讲的‘经典’的计算机图形学,还有下面的一些东西,它们也叫计算机图形学吗?是的!!! 3.3.1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 3.3.2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 4.还有其他的书吗? 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TexturingModeling:AProceduralApproach,ThirdEdition 讲述如何通过程序实现纹理、山、地形等图形学要素 F.KentonMusgrave号称分形狂(FractalMania) KenPerlin就是Perlin噪声的发明者,用过3d软件的人对PerlinNoise不会陌生的 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 …… 还有:) 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 累了:(不说了,上面的书差不多了,还有一些shader的书,我不了解,以后会补上的:) 5.从哪里找到这些书啊?还有什么资源啊? 我保证,上面的书在www.amazon.com都可以买到:)别打我 那好,大部分的书在国家图书馆可以复印到,北京的兄弟有福啦,3年前的书借出来复印,1角/页,但是新书要早图书馆里复印,5~6角/页,还是比Amazon便宜啊,呵呵。 不行大家就到国外买,合买吧,还负担的起。 我对DirectX不了解,所以没有涉及关于DirectX的内容:)
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