非真实感图形学：造型、绘制与动画技术

　　作为一个与真实感图形学相对应的图形学分支，非真实感图形学关注于那些原来由手工制作，现在改由计算机自动生成的图画、图像和动画，并涉及到通常的计算机图形学所讲述的各方面内容。本书深入而系统地讲解了非真实感图形学的基本原理，以及非真实感效果的造型、绘制和动画算法等。本书从研究的角度，考察了真实感图形学从二维图像到三维图像的发展历程。在二维图像部分，更多地涉及图像处理的内容，如各种特殊效果的处理等。在三维图像部分，本书开始关注与非真实感相关的图形学研究内容，如造型技术和光照模型等。本书不但内容全面，还提供了大量图形图像实例、可供直接编写程序的算法以及章后习题，为对非真实感图形学感兴趣的读者提供了一个很好的切入点。本书适合作为高年级本科生或研究生的教材，也可供非真实感图形学领域的研究者作为参考。

　　ThomasStorthotte德国马格德堡大学计算机科学专业的教授，Storthotte教授在马格德堡开创了计算视学的本科生和研究生课程，领导着计算机图形学和交互式系统实验赛马。他还曾在多所大学和位于海德堡的IBM科学中心进行过教学和研究，从事并负责过欧盟资助的研究项目，并担任欧盟在布鲁塞尔的科学顾问。叶修辞教育部长江学者奖励计划特聘教授，浙江大学计算机科学与技术学院教授、博士生导师，计算机图形与图像技术实验室主任，杭州华大基因研发中心计算机图形学首席科学家，国家863计划三维数字化设计与制造专题工作组顾问。主要研究方向为CAD/CAM、计算机图形/图像技术、生物信息等、GIS以及数据库技术。

第1章    导论    1.1    关于真实感    1.2    非真实感绘制    1.2.1    成功的目标及标准    1.2.2    一种观点    1.3    通向非真实感绘制算法的途径    1.3.1    图像瑕疵    1.3.2    模型瑕疵    1.3.3    图像和模型瑕疵的计算框架    1.4    对非真实感绘制的想像    1.4.1    科学和医学插图    1.4.2    技术插图    1.4.3    考古插图    1.4.4    讲故事    第2章    图像像素操作    2.1    半调法    2.1.1    有序抖动    2.1.2    误差扩散    2.1.3    在NPR中的应用    2.2    掩膜    2.2.1    基本方法    2.2.2    调整图像和屏幕的强度    2.2.3    过程式掩膜    2.2.4    在抖动网屏中嵌入形状    2.3    点画法    2.3.1    自动法    2.3.2    交互法    2.4    图像马赛克    2.4.1    选择盖瓦网格或图案    2.4.2    安排图像瓦片    2.4.3    选择瓦片图像    2.4.4    颜色修正    第3章    线条、曲线和笔划    3.1    画“不正确的”线条    3.1.1    对手绘图画的观察    3.1.2    用计算机画摆动的线条    3.2    画“艺术的”线条：路线和风格的隐喻    3.2.1    变形图像    3.2.2    使用路线的信息：线条风格    3.2.3    模拟水彩画    3.3    一般化：多分辨率曲线    3.3.1    曲线的小波表示    3.3.2    编辑多分辨率曲线    3.4    画线方法的比较    第4章    模拟自然的介质和艺术手法    4.1    模拟湿颜料的画法    4.1.1    使用细胞自动机来模拟水彩画    4.1.2    使用流体模拟，由计算机生成水彩画    4.1.3    绘制模拟结果    4.2    模拟纸上的铅笔画    4.2.1    显微级别    4.2.2    模型    4.2.3    结果    4.3    模拟木版画和版画    4.3.1    铜板版画的光线跟踪方法    4.3.2    版画的图像处理方法    第5章    基于笔划的插图    5.1    笔划和笔划纹理    5.1.1    单一笔划的定义和绘制    5.1.2    构建笔划纹理    5.2    细节和方向    5.2.1    轮廓和阴影    5.2.2    方向    5.2.3    对细节的抽象    5.3    基于笔划的图像的比例改变    5.3.1    比例调整操作的目标    5.3.2    将输入近似成连续函数    5.3.3    不连续边缘    5.3.4    创建和重构再现    第6章    用二维半数据结构工作    6.1    G缓冲器    6.2    G缓冲器上的操作    6.3    可理解的绘制    6.4    交互绘画    6.5    用于二维抖动的三维参数    第7章    几何模型及其在非真实感绘制中的运用    7.1    作为数据类型的几何模型    7.1.1    数据    7.1.2    数据上的操作    7.1.3    实现    7.2    多边形模型    7.2.1    对多边形模型的描述    7.2.2    针对多边形模型的操作    7.2.3    针对非真实感绘制的边分类    7.2.4    计算交点    7.2.5    确定总体形状    7.3    自由曲面    7.3.1   自由曲面模型描述    7.3.2    自由曲面模型上针对绘制的操作    第8章    非真实感绘制光照明模型    8.1    相对于照明传达形状    8.2    一个基本光照明模型    8.3    彩色插图    8.4    基于成分的光照明模型    8.4.1    标准光照明和阴影    8.4.2    边缘阴影、高原及背面光照明    8.4.3    曲率光照明    8.4.4    传输与透明    8.4.5    总体亮度    8.5    实现要点    第9章    变形非真实感绘画作品    9.1    图像空间变形    9.1.1    基本算法    9.1.2    放大区域    9.1.3    陡坡函数    9.1.4    偏心焦点和多重焦点    9.2    物体空间变形    9.2.1    区间结构    9.2.2    调整大小的操作    9.2.3    一个例子    9.2.4    算法讨论    9.2.5    面向爆炸图的应用    9.3    使变形可理解    9.3.1    识别轴    9.3.2    主导轴    9.3.3    观察暗示空间    9.4    动画上下文中的变形    9.4.1    变形变换    9.4.2    对模型进行变形    第10章    非真实感绘制的应用    10.1    非真实感动画      10.1.1    在静态图像中表示运动      10.1.2    基于粒子系统的非真实感动画    10.2    建筑插图      10.2.1    一个经验研究      10.2.2    表达设计中的不确定性    10.3    绘制植物      10.3.1    绘制树干、树枝及末梢      10.3.2    绘制树叶    10.4    对医学与技术文本进行图示      10.4.1    从文本生成插图      10.4.2    生成标记      10.4.3    生成图题    10.5    针对盲人的触觉绘制      10.5.1    硬件      10.5.2    触觉感知      10.5.3    将可视化结果转换为触觉表达物      10.5.4    触觉地图    第11章    非真实感绘制的概念框架    11.1    方法论的否认    11.2    数学预备知识：等价关系、等价类及商      11.2.1    集合与元素      11.2.2    笛卡儿积与关系      11.2.3    等价关系与变量      11.2.4    等价类与不变量      11.2.5    商、射（同构）和抽象      11.2.6    数学基础总结    11.3    物理学基础：经由光线传达      11.3.1    物理上下文      11.3.2    检测光：观察的基本原则      11.3.3    与取景相关的（p-）等价关系总结    11.4    神经生物学上下文：look-ahead集合和look-around集合      11.4.1    感知的上下文    11.5    视觉传达模型      11.5.1    视觉传达中的层与语义变换    11.6    总结及与非真实感绘制的实际联系    图片资料和致谢清单    参考文献