（转）关于计算机图形学的学习

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。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

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

3． 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
3.1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<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" /><shapetype id="_x0000_t75" stroked="f" filled="f" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" o:preferrelative="t" o:spt="75" coordsize="21600,21600"><stroke joinstyle="miter"></stroke><formulas><f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"></f><f eqn="sum @0 1 0"></f><f eqn="sum 0 0 @1"></f><f eqn="prod @2 1 2"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @0 0 1"></f><f eqn="prod @6 1 2"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"></f><f eqn="sum @8 21600 0"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @10 21600 0"></f></formulas><path o:connecttype="rect" gradientshapeok="t" o:extrusionok="f"></path><lock aspectratio="t" v:ext="edit"></lock></shapetype><shape id="_x0000_i1025" style="WIDTH: 11.25pt; HEIGHT: 11.25pt; mso-wrap-distance-left: 1.5pt; mso-wrap-distance-top: 1.5pt; mso-wrap-distance-right: 1.5pt; mso-wrap-distance-bottom: 1.5pt" alt="" type="#_x0000_t75"><imagedata o:href="http://www.blogcn.com/images/wink.gif" src="file:///C:/DOCUME~1/phinecos/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif"></imagedata></shape>=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

3.2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<shape id="_x0000_i1026" style="WIDTH: 11.25pt; HEIGHT: 11.25pt; mso-wrap-distance-left: 1.5pt; mso-wrap-distance-right: 1.5pt" alt="::URL::" type="#_x0000_t75"><imagedata o:href="http://www.blogcn.com/images/aurl.gif" src="file:///C:/DOCUME~1/phinecos/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.gif"></imagedata></shape>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！！！
<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" /><chsdate w:st="on" isrocdate="False" islunardate="False" day="30" month="12" year="1899">3.3.1</chsdate>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
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：）