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第1章　绪论1

1.1 内容概要1

1.2　符号和定义2

1.2.1　数学符号2

1.2.2 几何定义4

1.3　进一步阅读资料与相关资源4

第2章　图形绘制管线5

2.1 体系结构5

2.2　应用程序阶段7

2.3　几何阶段7

2.3.1　模型和视点变换7

2.3.2　光照和着色8

2.3.3　投影9

2.3.4　裁减10

2.3.5　屏幕映射10

2.4　光栅阶段10

2.5　体验管线12

2.5.1　应用程序阶段12

2.5.2 几何阶段12

2.5.3　光栅阶段12

2.6　本章小结12

2.7　进一步阅读资料与相关资源13

第3章　图形变换14

3.1　基本变换15

3.1.1　平移变换15

3.1.2　旋转变换15

3.1.3　缩放变换17

3.1.4　错切变换18

3.1.5　变换级联19

3.1.6　刚体变换19

3.1.7　法线变换20

3.1.8　逆矩阵的计算21

3.2　特殊类型的矩阵变换和运算21

3.2.1　欧拉变换21

3.2.2　从欧拉变换中提取相关参数23

3.2.3　矩阵分解24

3.2.4　绕任意轴的旋转24

3.3 四元组26

3.3.1　有关的数学背景26

3.3.2　四元组的变换27

3.4　顶点混合31

3.5　投影34

3.5.1　正交投影34

3.5.2　透视投影36

3.6　进一步阅读资料与相关资源39

第4章　视觉外观40

4.1 光源40

4.2　材质41

4.3　光照和着色处理41

4.3.1　漫反射分量43

4.3.2　镜面反射分量44

4.3.3　环境分量47

4.3.4　光照方程48

4.4　走样和反走样49

4.4.1　采样和滤波理论50

4.4.2　基于屏幕的反走样技术54

4.5　透明度、alpha值，以及合成59

4.6　雾化62

4.7　伽玛校正64

4.8　进一步阅读资料与相关资源67

第5章　纹理贴图68

5.1　一般纹理贴图68

5.2　图像纹理贴图74

5.2.1　放大75

5.2.2　缩小76

5.3　纹理缓冲与压缩82

5.4　多通路纹理绘制83

5.5　多重纹理贴图84

5.6　纹理动画85

5.7　纹理贴图方法85

5.7.1　alpha贴图86

5.7.2　光照贴图86

5.7.3　光泽贴图88

5.7.4　环境贴图88

5.7.5 凸凹贴图96

5.7.6　其他纹理贴图技术102

5.8　进一步阅读资料与相关资源103

第6章　高级光照与着色技术104

6.1　辐射线测量和光度测量104

6.2　颜色测量108

6.3 BRDF理论111

6.4　BRDF的应用116

6.4.1 因式分解法116

6.4.2　环境贴图滤波117

6.5　顶点着色器121

6.6　像素着色125

6.7　着色器语言132

6.8　运动模糊134

6.9　场深度135

6.10　反射135

6.10.1　平面反射136

6.10.2　光泽效果138

6.10.3 曲面反射139

6.11 折射139

6.12　阴影141

6.12.1　平面阴影142

6.12.2　曲面阴影148

6.12.3　阴影体148

6.12.4　阴影图153

6.12.5 阴影优化157

6.13　全局光照157

6.13.1　辐射度算法157

6.13.2　射线跟踪方法160

6.14　进一步阅读资料与相关资源163

第7章　非照片级真实感绘制164

7.1　toon着色处理164

7.2　轮廓边缘绘制166

7.2.1　表面角轮廓166

7.2.2　过程几何轮廓167

7.2.3　通过图像处理生成轮廓169

7.2.4　轮廓边缘检测170

7.2.5　混和轮廓处理172

7.3　其他风格172

7.4　线条175

7.4.1　边缘加亮技术175

7.4.2　多边形边缘绘制175

7.4.3　隐藏线绘制176

7.4.4　光晕176

7.5　进一步阅读资料与相关资源177

第8章　基于图像的绘制178

8.1　绘制谱178

8.2　算法综述179

8.3　布告板技术180

8.3.1　对齐于屏幕的布告板181

8.3.2　面向世界的布告板182

8.3.3　轴向布告板184

8.3.4　替代技术184

8.4　透镜眩光和敷霜效果187

8.5　粒子系统188

8.6　深度精灵188

8.7　层次图像缓存190

8.8　全屏布告板技术191

8.9　天空体192

8.10　固定视点效果192

8.11　图像处理193

8.12　体绘制技术194

8.13　进一步阅读资料与相关资源195

第9章　加速算法196

9.1　空间数据结构196

9.1.1　包围体层次197

9.1.2　BSP树198

9.1.3　八叉树200

9.1.4　场景图201

9.2　裁减技术202

9.3　背面与聚集背面裁减203

9.3.1　背面裁减203

9.3.2　聚集背面裁减204

9.4　层次视锥裁减206

9.5　入口裁减207

9.6　细节裁减208

9.7　遮挡裁减208

9.7.1　遮挡地平线211

9.7.2　遮挡物收缩与视锥扩张213

9.7.3　轴遮挡裁减214

9.7.4　硬件遮挡查询216

9.7.5　层次Z缓冲算法216

9.7.6　HOM算法218

9.7.7　射线空间遮挡裁减220

9.8　LOD220

9.8.1 LOD切换220

9.8.2 LOD选取223

9.8.3　时间临界LOD绘制225

9.9　大型模型的绘制226

9.10　点绘制227

9.11 进一步阅读资料与相关资源227

第10章　管线优化229

10.1　瓶颈定位229

10.1.1　应用程序阶段测试230

10.1.2　几何阶段测试230

10.1.3　光栅阶段测试231

10.2　性能测定231

10.3　最优化方法231

10.3.1　应用程序阶段231

10.3.2　几何阶段234

10.3.3　光栅阶段236

10.3.4　总体优化238

10.4　图形管线的平衡240

10.5　多处理器技术242

10.5.1 多处理器管线方法242

10.5.2　并行处理方法244

10.6　进一步阅读资料与相关资源245

第11章 多边形技术246

11.1　三维数据的来源246

11.2　细化与三角剖分247

11.2.1　着色问题249

11.2.2　边缘裂缝与T型顶点251

11.3　合并252

11.4　三角形条带、扇形，以及网格255

11.4.1 三角形条带法255

11.4.2　三角扇形法257

11.4.3　三角形条带的生成257

11.4.4　三角形网格260

11.4.5　顶点与变址缓冲器／数组261

11.5　网格简化263

11.5.1　动态简化方法264

11.5.2　基于视点的简化方法267

11.6　进一步阅读资料与相关资源269

第12章　曲线和曲面270

12.1　参数曲线270

12.1.1　Bézier曲线271

12.1.2　连续性和分段Bézier曲线274

12.1.3　三次Hermite插值276

12.1.4　Kochanek-Bartels曲线277

12.2　参数曲面278

12.2.1　Bézier面片278

12.2.2　Bézier三角形282

12.2.3 N-Patches283

12.2.4 API及硬件支持286

12.2.5　连续性286

12.3　高效细化287

12.3.1　差分方法287

12.3.2　自适应细化289

12.3.3　分数细化293

12.4　隐表面294

12.5　细分曲线295

12.6　细分表面297

12.6.1　Loop细分方法298

12.6.2　修正后的蝶形细分方法300

12.6.3　？细分方法303

12.6.4　Catmull-Clark细分方法304

12.6.5　分段平滑细分305

12.6.6　位移细分306

12.6.7　法线、纹理和颜色插值307

12.6.8　实际细分与绘制308

12.7　进一步阅读资料与相关资源310

第13章　相交测试方法311

13.1　拾取硬件加速312

13.2　定义和工具312

13.3　包围体的创建315

13.4　重要规则316

13.5 “射线／球体”相交测试317

13.5.1　数学方法317

13.5.2　优化方法318

13.6 “射线／长方体”相交测试319

13.6.1　平板层方法319

13.6.2　吴氏算法321

13.6.3 “线段／长方体”重叠检测321

13.7 “射线／三角形”相交测试322

13.7.1　相交算法322

13.7.2　具体实现324

13.8 “射线／多边形”相交测试324

13.9 “平面／长方体”相交测试327

13.9.1　AABB327

13.9.2　OBB329

13.10 “三角形／三角形”相交测试329

13.10.1　间隔重叠法330

13.10.2　ERIT方法332

13.10.3　性能比较333

13.11 “三角形／长方体”重叠测试333

13.12 “BV/BV”相交测试334

13.12.1 “球体／球体”相交测试335

13.12.2 “球体／长方体”相交测试335

13.12.3 “AABB/AABB”相交测试335

13.12.4 “k-DOP/k-DOP”相交测试336

13.12.5 “OBB/OBB”相交测试336

13.13　视锥体的相交测试339

13.13.1 “截锥体／球体”相交测试340

13.13.2 “截锥体／圆柱体”相交测试342

13.13.3 “截锥体／长方体”相交测试342

13.13.4　截锥体平面的获取343

13.14 “轴／长方体”和“轴／球体”相交测试344

13.15 “线／线”相交测试345

13.15.1　二维情形345

13.15.2　三维情形346

13.16 3　个平面之间的相交测试347

13.17　动态相交测试347

13.17.1 “球体／平面”动态相交测试348

13.17.2 “球体／球体”动态相交测试348

13.17.3 “球体／多边形”动态相交测试349

13.17.4　动态分离轴测试方法352

13.18　进一步阅读资料与相关资源352

第14章　碰撞检测354

14.1　使用射线进行碰撞检测355

14.2　使用BSP树进行动态碰撞检测356

14.3　一般层次碰撞检测359

14.3.1　层次创建359

14.3.2　层次间的碰撞检测360

14.3.3　耗数函数361

14.4　OBBTree362

14.5 k-DOPTree364

14.6　多物体碰撞检测系统366

14.6.1　第一级碰撞检测366

14.6.2　总结368

14.7　其他主题368

14.7.1　向前跟踪368

14.7.2　临界时间碰撞检测369

14.7.3　距离查询370

14.7.4　变形模型371

14.7.5　碰撞反应372

14.8　进一步阅读资料与相关资源373

第15章　图形硬件375

15.1　缓冲器和缓冲作用375

15.1.1　一个简单的显示系统375

15.1.2　颜色缓冲器376

15.1.3　Z缓冲和W缓冲377

15.1.4　单、双和三缓冲378

15.1.5　立体缓冲器380

15.1.6　模板和累积缓冲技术380

15.1.7　T-缓冲技术381

15.1.8　缓冲器内存381

15.2　透视校正插值381

15.3　体系结构382

15.3.1　概要383

15.3.2　内存体系结构387

15.3.3　端口与总线带宽387

15.3.4　延迟389

15.3.5　Z压缩和遮挡裁减389

15.3.6　案例分析：Xbox390

15.3.7　案例分析：InfiniteReality393

15.3.8　案例分析：KYRO395

15.3.9　其他一些体系结构396

15.4　进一步阅读资料与相关资源397

第16章　未来展望398

16.1 实时计算机图形学的发展趋势398

16.2　您应该怎么做399

附录A　线性代数401

A.1 欧氏空间401

A.2　几何解释403

A.3　矩阵406

A.3.1　矩阵的定义与相关运算406

A.3.2　基的改变411

A.4　齐次表示412

A.5　几何学412

A.5.1 直线412

A.5.2　平面414

A.5.3 凸包414

A.5.4　其他内容415

A.6　进一步阅读资料与相关资源416

附录B　三角法则417

B.1 定义417

B.2　三角函数定律与三角函数公式418

B.3　进一步阅读资料与相关资源421

参考文献422