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赵辉，楚含进，王晓玲著著

图书标签:

GLSL
渲染编程
三维模型
参数化算法
变形算法
C#
图形学
计算机图形学
OpenGL
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游戏开发

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店铺：蓝墨水图书专营店

出版社：电子工业出版社

ISBN：9787121316838

商品编码：1623091579

出版时间：2017-07-01

具体描述

GLSL渲染编程基础与实例+三维模型参数化算法+变形算法：理论和实践（C#版本）VR三维技术 vr虚拟眼睛开发设计制作教程书籍

共三本全新正版9787121316838 9787121316821 9787121316784

GLSL渲染编程基础与实例（C#版本）

内容简介

本书介绍了用GLSL语言进行三维渲染的方法，以及用大量的实例来展示如何进行GLSL编程。本书详细讲述了GLSL渲染流程； GLSL着色器编程；顶点光照；像素光照；卡通渲染、影线渲染、分形渲染、Gooch渲染等非真实感渲染的实现；三维噪声的生成，以及噪声在云彩、木头纹理、大理石等渲染特效中的应用；棋盘、砖墙、Toyball等基于过程的渲染特效的实现；各种特殊光照效果渲染实现；通过GLSL进行图像处理的算法及实现。本书的特点是以各种渲染实例为核心，通过本书的学习，可以快速掌握GLSL语言的编程。

内容简介

本书讲述了三维图形领域·重要的一个模块:三维模型参数化算法,包括理论和实现。首先讲述了工业软件里三维模型使用参数化算法进行贴图的使用。其次讲述了和谐参数化、LSCMASAP、ABF等参数化算法，囊括了目前所有参数化算法。本书不仅仅是理论讲述，而且还包括算法步骤和代码实现，以及实例展示。

内容简介

本书讲述了三维图形领域·重要的一个模块：三维模型变形的算法，包括理论和实现。首先讲述了工业软件里三维模型变形的使用，其次讲述了FFD、MeanValue、拉普拉斯、骨骼动画、蒙皮等变形算法，囊括了目前所有变形算法。本书不仅仅是理论讲述，而且包括算法步骤、代码实现，以及实例展示。

《GLSL渲染编程基础与实例：三维模型参数化与变形算法（C版）》内容简介：本书是一本深入探讨现代三维图形渲染技术，特别是基于OpenGL Shading Language（GLSL）的编程实践与算法理论的专业著作。内容聚焦于三维模型在现代图形学中的两个核心应用方向：参数化算法与变形算法，并以C作为主要的编程实现语言，力求为读者构建一个理论与实践并重的学习路径。本书适合对三维图形渲染、游戏开发、计算机视觉、科学可视化等领域有浓厚兴趣的开发者、研究者以及相关专业的高年级学生。第一部分：GLSL渲染编程基础本部分将为读者打下坚实的GLSL渲染编程基础，从最核心的概念讲起，逐步深入到高级特性。第一章：现代三维图形渲染管线概览我们将首先介绍现代图形渲染的整体流程，即图形渲染管线。这包括从CPU端向GPU端发送几何数据，到顶点着色器、几何着色器（可选）、光栅化、片段着色器，直至最终帧缓冲的输出。详细讲解每个阶段的作用与意义，理解数据如何在管线中流动和转化。介绍GPU并行计算的基本原理，为后续GLSL编程打下理论基础。阐述OpenGL和DirectX等图形API在管线中的作用，以及GLSL作为着色器语言的地位。第二章：GLSL语言入门与核心概念 GLSL简介与语法：介绍GLSL的历史、特点以及与其他着色语言（如HLSL）的异同。讲解GLSL的基本数据类型（float, vec2, vec3, vec4, mat2, mat3, mat4等）、变量、常量、运算符、控制流语句（if, for, while）以及函数定义。着色器类型：详细区分顶点着色器（Vertex Shader）、片段着色器（Fragment Shader）以及可选的几何着色器（Geometry Shader）和计算着色器（Compute Shader）。内置变量与统一变量（Uniforms）：讲解顶点着色器中的`gl_Position`、`gl_VertexID`等内置变量，以及片段着色器中的`gl_FragCoord`、`gl_FragColor`等。重点介绍统一变量的概念，它们是如何在CPU端（C代码）传递数据给GPU端（GLSL着色器）的，例如模型视图投影矩阵、材质属性、光照参数等。属性（Attributes）与可变变量（Varyings）：介绍顶点属性（如顶点坐标、法线、纹理坐标）如何从CPU传递到顶点着色器，以及可变变量（Varyings）如何在顶点着色器和片段着色器之间传递插值后的数据。 GLSL函数库：介绍GLSL提供的常用数学函数（如`dot`, `cross`, `normalize`, `reflect`, `refract`, `sin`, `cos`, `pow`, `mix`等），以及纹理采样函数（如`texture2D`, `texture`）。第三章：经典渲染技术与GLSL实现基础光照模型：环境光（Ambient Light）：模拟场景中所有物体均匀受到的光照。漫反射光（Diffuse Light）：基于Lambertian模型的模拟，物体表面接收到的光强度与表面法线和光源方向的点积成正比。镜面反射光（Specular Light）：模拟高光效果，基于Phong或Blinn-Phong模型的反射/视线方向与法线的夹角。组合光照：将以上三种光照模型结合，实现逼真的表面着色。材质属性：讲解如何通过统一变量定义和使用材质的颜色、反光度、高光强度等参数。纹理映射（Texture Mapping）： 2D纹理：介绍纹理坐标、纹理过滤（线性、最近邻）和纹理环绕模式。纹理采样：在片段着色器中如何使用`texture2D`等函数获取纹理颜色，并将其与光照计算结果结合。多重纹理：讲解如何使用多个纹理通道（如漫反射纹理、法线贴图、高光贴图）来丰富物体表面细节。法线贴图（Normal Mapping）：详细讲解法线贴图的原理，如何利用纹理存储的法线向量来模拟表面凹凸不平的视觉效果，而无需增加模型的几何复杂度。着色器实例：提供多个实际的GLSL着色器代码示例，如简单的彩色立方体、纹理立方体、带光照的球面模型等，并给出相应的C调用代码。第二部分：三维模型参数化算法本部分将深入探讨三维模型参数化的概念、常用算法及其在GLSL中的应用。参数化是将三维网格表面映射到一个二维平面上的过程，它对于纹理映射、网格编辑、几何处理等至关重要。第四章：三维模型参数化的理论基础什么是参数化？讲解参数化的定义、目标和重要性。参数域（Parameter Domain）：介绍常用的参数域，如单位正方形、单位圆盘等。参数化误差：讨论参数化过程中可能出现的误差，如拉伸（Distortion）、重叠（Overlap）和缝隙（Gaps）。参数化指标：介绍衡量参数化质量的指标，如拉伸率、面积变形等。 UV坐标：解释UV坐标在三维模型中的作用，以及如何通过参数化获得UV坐标。第五章：经典参数化算法详解无缝参数化（Seamless Parameterization）：介绍实现参数化后能够无缝拼接纹理的条件和方法。基于图论的参数化：翼图（Winged Edge）和半边数据结构（Half-Edge Data Structure）：讲解用于表示网格拓扑结构的数据结构，对理解网格操作至关重要。绘制网格（Chart Parameterization / Seam-based Parameterization）：讲解如何将模型分解为多个“图块”（Charts），并在每个图块上进行局部参数化，然后通过“接缝”（Seams）进行拼合。 Floater-Reininger算法：（如果内容包含）详细讲解该算法的原理，包括如何通过求解离散调和映射来得到参数化。基于求解方法的参数化：均匀坐标参数化（Uniform Coordinates Parameterization）：介绍如何通过求解一个泊松方程来获得参数化。角度基参数化（Angle-Based Parameterization）：讲解该方法如何通过保留角度信息来减少拉伸。 LSCM（Least Squares Conformal Maps）：详细介绍LSCM算法，它是一种常用的共形参数化方法，力求最小化拉伸。讲解其数学原理、求解过程以及在C中的实现思路。 ABF（Angle Based Flattening）：介绍ABF算法，它也是一种共形参数化方法，侧重于保留局部角度。参数化算法的实现考量：讨论在C中实现这些算法时可能遇到的挑战，如网格数据结构的构建、线性方程组的求解（可能需要第三方库）、处理复杂网格拓扑等。第六章：GLSL在参数化纹理生成中的应用实时参数化纹理烘焙：讲解如何在GPU上利用GLSL实现参数化纹理的烘焙过程，例如将法线贴图、颜色贴图等从模型空间烘焙到参数空间。程序化纹理生成：结合参数化，利用GLSL编写程序化纹理生成器，例如基于数学函数或噪声函数的纹理，可以直接在模型表面生成复杂细节。实时UV编辑辅助：讨论如何利用GLSL在运行时对UV坐标进行一些简单的编辑和优化，例如接缝的绘制和纹理的平铺。实例：提供C调用GLSL进行简单参数化纹理烘焙的示例，例如将一个简单的纹理图案应用到一个经过参数化的模型上。第三部分：三维模型变形算法本部分将聚焦于三维模型的变形算法，包括如何通过数学方法改变模型的形状，使其产生动态效果，如角色动画、表情变化、物体形变等。第七章：三维模型变形的原理与分类变形的基本概念：讲解变形的目标，即在保持模型拓扑结构（或允许一定程度的拓扑变化）的同时，改变其几何形状。变形的类型：刚体变换（Rigid Transformations）：仅包括平移、旋转和缩放，通常不属于复杂变形范畴。相似变换（Similarity Transformations）：包含刚体变换和均匀缩放。仿射变换（Affine Transformations）：包含线性变换和非刚体缩放、剪切等。非线性变形（Non-linear Deformations）：这是本书重点关注的范畴，包括弹性变形、塑性变形、自由形态变形（Free-Form Deformation, FFD）等。变形的评估：讨论如何评估变形效果，如保持体积、保持形状特征、是否自然等。第八章：经典变形算法详解自由形态变形（Free-Form Deformation, FFD）： FFD的基本思想：讲解如何用一个外部的“控制体”（通常是aabb包围盒或更复杂的结构）来定义变形空间，然后通过控制点的移动来驱动内部模型的变形。控制体与模型映射：讲解如何将模型中的顶点映射到控制体内，并利用插值函数（如Bézier曲线、B-Spline曲面）计算新的顶点位置。 FFD在C中的实现：详细讲解如何在C中实现FFD算法，包括控制体的构建、顶点到控制体的坐标转换、插值计算等。骨骼蒙皮（Skeletal Animation / Skinning）：骨骼系统：介绍骨骼（Bones）和关节（Joints）的概念，以及如何构建一个骨骼层次结构。蒙皮权重（Skinning Weights）：讲解每个顶点受到的骨骼影响程度，即蒙皮权重。顶点变换：讲解如何根据骨骼的变换（旋转、平移）和顶点的蒙皮权重，计算出顶点在世界空间中的最终位置。 GLSL在骨骼蒙皮中的应用：演示如何在顶点着色器中实现骨骼蒙皮，利用统一变量传递骨骼的变换矩阵数组，并在顶点着色器中进行计算。实例：提供一个简单的骨骼蒙皮演示，例如一个由几个骨骼控制的简单模型，通过C控制骨骼动画，在GLSL中实现变形。基于拉普拉斯算子的变形（Laplacian Deformation）：（如果内容包含）介绍拉普拉斯算子在形状分析和变形中的应用，如何通过求解拉普拉斯方程来实现平滑的形状编辑。第九章：GLSL在实时变形动画中的应用顶点着色器中的变形计算：强调将大部分变形计算放在顶点着色器中进行，以实现实时性。表情混合（Blend Shapes / Morph Targets）：讲解如何预设多个目标形状（Morph Targets），然后通过线性插值（加权混合）来创建各种表情或形变。演示在GLSL中如何实现表情混合。基于物理的变形：（如果内容包含）简要介绍如何利用GPU进行一些简单的物理模拟，例如弹簧-阻尼系统，来实现布料、流体等效果的变形。性能优化：讨论在GLSL中实现复杂变形时可能遇到的性能瓶颈，以及如何进行优化，例如使用顶点缓冲对象（VBO）、实例化渲染（Instancing）等。综合实例：构建一个小型项目，演示如何将参数化纹理和骨骼蒙皮/FFD变形结合起来，创建一个具有动态纹理和形状变化的模型。本书特色：理论与实践并重：深入剖析每个算法背后的数学原理，并提供详尽的C代码实现，让读者既理解“为什么”，又掌握“怎么做”。 GLSL深度解析：详细讲解GLSL的语法、特性以及在各种渲染技术中的应用，帮助读者精通GPU编程。核心算法覆盖：重点关注三维图形领域最实用的参数化和变形算法，从经典到现代，为读者构建全面的知识体系。 C开发环境：以C作为主要的实现语言，方便广泛的.NET开发者学习和应用。丰富的实例：提供大量可运行的代码示例，涵盖从基础概念到复杂应用的各个层面，便于读者动手实践。通过本书的学习，读者将能够独立开发出具有高质量视觉效果和丰富交互性的三维图形应用，为游戏开发、虚拟现实、增强现实、科学计算等领域打下坚实的基础。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

关于三维模型参数化算法那一部分，我感觉这是本书真正的“杀手锏”之一。参数化，这个词听起来就带着一股高深的数学气息，但作者的讲解方式却异常接地气。他从最基础的参数曲线和参数曲面讲起，循序渐进地引入到复杂的网格参数化问题。特别是关于如何处理边界条件和优化参数分布的章节，作者引入了一种基于能量最小化的方法，并通过C代码示例展示了如何构建并求解这个优化问题。我过去在处理复杂曲面建模时，常常苦于找不到合适的参数域映射方法，导致贴图拉伸变形严重，而这本书提供了一个清晰的、可操作的解决方案。书中对于如何利用这些参数化结果来驱动几何变形的逻辑链条梳理得非常清晰，让我茅塞顿开，理解了动画和特效背后更深层次的几何处理原理。

评分☆☆☆☆☆

至于“变形算法”这部分内容，我必须说，它展现了作者深厚的工程实践功底。书中涵盖的变形技术种类繁多，从简单的刚体变换到复杂的非刚体变形，如骨骼动画中的蒙皮（Skinning）技术，都有详细的阐述。作者对蒙皮权重计算的几种主流方法的对比分析尤为精妙，他不仅解释了它们的数学原理，还着重比较了它们在性能和变形质量上的优劣，这对于选择合适的渲染管线至关重要。更让我感到惊喜的是，书中提到了如何利用GPU并行计算来实现实时的、基于晶格的非线性变形，这无疑是紧跟当前图形学前沿的。我特地花了一个周末时间，完全按照书中的步骤，用C和相关的数学库实现了一个简单的基于“自由形变”（Free-Form Deformation, FFD）的系统，效果立竿见影，对于游戏开发或虚拟现实应用来说，这是非常实用的知识储备。

评分☆☆☆☆☆

总的来看，这本书的结构设计非常合理，它像一个精心规划的旅程，从基础的API调用和着色器编程开始，逐步深入到复杂的几何处理和高级渲染技术。作者在每一个技术节点上都做到了“理论够用，实践先行”，既满足了想深入理解底层原理的硬核读者的需求，也照顾了希望快速搭建出漂亮场景的工程实现者。特别值得称赞的是，书中对C在图形编程中的应用探索，很多技术资料往往偏向于C++或OpenGL/Vulkan，而这本书用C作为载体，使得大量对.NET生态熟悉的开发者也能高效地进入图形学领域，这极大地降低了学习门槛。这本书不像是冷冰冰的技术手册，更像是一位经验丰富的导师，耐心地在你身边，手把手地引导你从零开始，构建起一个功能完备的三维渲染系统，绝对是值得反复研读的宝藏级别著作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，很大程度上体现在其对“实践”二字的执着追求上。它可不是那种只停留在理论层面空泛讨论的教科书。我印象最深的是关于光照模型的部分，作者没有仅仅停留在基础的Phong模型上，而是很快引入了更接近真实世界的PBR（基于物理的渲染）概念。书中对每一步计算的数学原理都有深入浅出的推导，同时，每推导完一个公式，紧接着就会给出对应的C代码实现，而且代码注释异常详尽，简直就是手把手教你如何将数学转化为GPU可执行的指令。我尝试着按照书中的步骤，自己亲手搭建了一个具有环境光遮蔽效果的场景，运行结果非常令人满意，那种成就感是看别人演示视频完全无法比拟的。作者在讲解纹理映射和帧缓冲对象（FBO）时，也特别注重实际应用中的技巧，比如如何优化纹理采样，如何高效地进行多通道渲染，这些都是在其他入门书籍中鲜少提及的宝贵经验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实抓人眼球，那种深邃的蓝黑色调，加上一些光影的线条勾勒出科技感十足的图形，立刻让人联想到那些复杂的计算机图形学概念。我刚拆开塑封膜，那种新书特有的油墨香气扑鼻而来，让人心情大好。翻开第一页，排版布局清晰明了，字体大小适中，阅读起来非常舒服，这对于一本技术类书籍来说至关重要。作者在绪论部分对于GLSL渲染管线的宏观介绍非常到位，没有直接扎进那些晦涩的数学公式里，而是先搭建了一个整体的框架，让人对即将学习的内容有一个全局的认识。特别是他用类比的方式解释了顶点着色器和片元着色器的职责分工，一下子就打消了我对图形学入门的畏惧感。而且，书中对开发环境的配置步骤讲解得极其细致，即便是像我这种对C和图形API接触不多的人，也能顺利搭建起自己的第一个渲染环境。这种由浅入深的引导方式，无疑为后续深入学习打下了坚实的基础，让人对这本书的后续内容充满了期待。