3D计算机图形学（原书第3版）
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- 原书名： 3D Computer Graphics,Third Edition
- 原出版社： Addison Wesley
编辑推荐
本书从3D计算机图形学的数学基础开始，详细论述了建立三维图形所需的各种方法，此外，本书还介绍了高级辐射度方法、动画、预计算技术等。更可贵的是，书中对所论述的各种方法的应用范围及其局限性进行了详细的分析。对于那些对3D计算机图形学感兴趣的读者来说，本书是一本详尽的参考书。
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本书介绍了3d计算机图形学的基础知识，包括计算机图像的概念和实现，从“计算机图形学的数学基础”到“表示和绘制”，再到“基于图像的绘制和照片建模”，最后讨论了计算机动画技术(包括连接结构、碰撞检测、粒子动画等)。此外，本书还涵盖了计算机图形学的新进展，包括高级辐射度方法、动画、预计算技术等。
本书适合作为高等院校相关专业的教材，同时对于那些对3d计算机图形学感兴趣的读者来说，本书也是一本详尽的参考书。
本书讨论将物体的数学或几何描述转换成可视产品时所涉及的过程。数学或几何描述是一种计算机图形学模型，而可视产品是模拟真实物体外观的二维投影。此外，本书还涵盖了计算机图形学的新进展，主要包括：
·高级辐射度方法
·动画
·预计算技术
·具有高复杂性的实时应用，例如渐进式网格优化、bsp树、照片建模技术等。
随书光盘中含有400幅图形和几个计算机图形学程序。
本书适合作为高等院校相关专业的教材，同时对于那些对3d计算机图形学感兴趣的读者来说，本书也是一本详尽的参考书。
本书讨论将物体的数学或几何描述转换成可视产品时所涉及的过程。数学或几何描述是一种计算机图形学模型，而可视产品是模拟真实物体外观的二维投影。此外，本书还涵盖了计算机图形学的新进展，主要包括：
·高级辐射度方法
·动画
·预计算技术
·具有高复杂性的实时应用，例如渐进式网格优化、bsp树、照片建模技术等。
随书光盘中含有400幅图形和几个计算机图形学程序。
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本书提供作译者介绍
Alan Watt，英国谢菲尔德大学计算机科学系高级讲师和计算机图形学研究室主任，曾编写过多本优秀教材，除本书外，他还与人合著有《3D游戏》(已由机械工业出版社引进出版)、 《The Computer Image》等。
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第1章 计算机图形学的数学基础 1
1.1 处理三维结构 1
1.1.1 计算机图形学中的三维仿射变换 1
1.1.2 改变坐标系的变换 6
1.2 结构变形变换 7
1.3 向量和计算机图形学 9
1.3.1 向量的加法 9
1.3.2 向量的长度 10
1.3.3 法向量和叉积 10
1.3.4 法向量和点积 11
1.3.5 与法向量反射相关的向量 12
1.4 光线和计算机图形学 13
1.4.1 光线几何—相交 14
1.4.2 相交—光线与球 14
1.4.3 相交—光线与凸多边形 15
1.4.4 相交—光线与包围盒 16
1.4.5 相交—光线与二次形 18
1.4.6 光线跟踪几何—反射和折射 18
1.5 图像平面中的插值性质 20
第2章 三维物体的表示和建模（1） 21
1.1 处理三维结构 1
1.1.1 计算机图形学中的三维仿射变换 1
1.1.2 改变坐标系的变换 6
1.2 结构变形变换 7
1.3 向量和计算机图形学 9
1.3.1 向量的加法 9
1.3.2 向量的长度 10
1.3.3 法向量和叉积 10
1.3.4 法向量和点积 11
1.3.5 与法向量反射相关的向量 12
1.4 光线和计算机图形学 13
1.4.1 光线几何—相交 14
1.4.2 相交—光线与球 14
1.4.3 相交—光线与凸多边形 15
1.4.4 相交—光线与包围盒 16
1.4.5 相交—光线与二次形 18
1.4.6 光线跟踪几何—反射和折射 18
1.5 图像平面中的插值性质 20
第2章 三维物体的表示和建模（1） 21
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近年来，随着计算机的计算速度与精度不断提高、功能不断增强，硬件、软件进一步发展完善，计算机图形学中遇到的各种问题逐步得到解决。其结果是计算机显示的图形越来越生动和丰富多彩，主要表现在：
1. 由二维图形向三维图形转变
由于消隐和图形之间的布尔运算等方法，以及绘制三维图形的绘图软件的出现，可以由二维图形直接生成三维图形。
2. 由静态向动画转变
无论二维图形还是三维图形都只能反映事物静止的状态，人们更希望它能显示动态变化过程。动画软件的开发成功可以更形象地表现事物的变化过程，揭示其内在规律，使得原来必须要做实验才能解决的问题可以通过动画来完成，提高了效率。
3. 由线框图向真实感图转变
用线条绘制的三维形体真实感差。利用光栅扫描显示器以及各种算法（如填充、裁剪、消隐、光照等），三维物体除显示不同颜色外，还可以显示不同的材质、纹理、光照、视点等，从而使三维物体更接近真实。
以上的改变与3D计算机图形学的不断发展是密不可分的。
本书从3D计算机图形学的数学基础开始，详细论述了建立三维图形所需的各种方法，从建立线框图的多边形表示、Bezier曲线以及多边形网格，到绘制真实感图形采用的隐藏面消除、纹理、映射、阴影算法以及全局照明模型、辐射度理论等。此外，本书还介绍了高级辐射度方法、动画、预计算技术等。更可贵的是，书中对所论述的各种方法的应用范围及其局限性进行了详细的分析。对于那些对3D计算机图形学感兴趣的读者来说，本书是一本详尽的参考书。
由于译者水平的限制，难免在译文中出现错误，敬请广大读者批评指正。
包 宏
2005年 4月
1. 由二维图形向三维图形转变
由于消隐和图形之间的布尔运算等方法，以及绘制三维图形的绘图软件的出现，可以由二维图形直接生成三维图形。
2. 由静态向动画转变
无论二维图形还是三维图形都只能反映事物静止的状态，人们更希望它能显示动态变化过程。动画软件的开发成功可以更形象地表现事物的变化过程，揭示其内在规律，使得原来必须要做实验才能解决的问题可以通过动画来完成，提高了效率。
3. 由线框图向真实感图转变
用线条绘制的三维形体真实感差。利用光栅扫描显示器以及各种算法（如填充、裁剪、消隐、光照等），三维物体除显示不同颜色外，还可以显示不同的材质、纹理、光照、视点等，从而使三维物体更接近真实。
以上的改变与3D计算机图形学的不断发展是密不可分的。
本书从3D计算机图形学的数学基础开始，详细论述了建立三维图形所需的各种方法，从建立线框图的多边形表示、Bezier曲线以及多边形网格，到绘制真实感图形采用的隐藏面消除、纹理、映射、阴影算法以及全局照明模型、辐射度理论等。此外，本书还介绍了高级辐射度方法、动画、预计算技术等。更可贵的是，书中对所论述的各种方法的应用范围及其局限性进行了详细的分析。对于那些对3D计算机图形学感兴趣的读者来说，本书是一本详尽的参考书。
由于译者水平的限制，难免在译文中出现错误，敬请广大读者批评指正。
包 宏
2005年 4月
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这本书是第3版，讨论将物体的数学或几何描述转换成可视产品时所涉及的过程─数学或几何描述是一种计算机图形学模型，而可视产品是模拟真实物体外观的二维投影。经常采用一种合成摄像机的类比。假如我们牢记在计算机图形学中摄像机通常不适用的一些重要的限制（场深度和运动模糊是其中的两个例子），而且有些计算机图形学中的功能在摄像机中也不会出现（比如远、近裁剪平面），则合成摄像机是一个好的提法。
计算机图形学中的算法大多数都适用于三维空间，这一空间中的物体在整个建立图形过程的稍后阶段会被映射到一个二维显示器或称图像平面中。一般情况下，计算机图形学按下面的过程产生图像，即从一个非常详尽的几何描述开始，再对其进行一系列的变换以便反映三维空间中观察者和物体的位置关系，然后，通过执行一种称为绘制的过程使物体看起来有立体感并真实来模拟真实性。在20世纪80年代早期，研究工作有结合到一起的倾向（在20世纪70年代进行的反射模型、隐藏面消除等研究中实施），这种倾向导致了一种事实上将立体物体的图像合成的方法的出现。当前，对移动的计算机图像和虚拟现实的需求使以上的工作成果显得不够了。目前，关于如何对复杂物体进行建模使其性质和形状动态地变化，以及如何获取现实世界的丰富信息而不必对其进行非常详细的描述等方面，正在进行大量的研究工作。这些努力正在产生大量的合成方法和建模方法，但是目前还没有出现一种新的产生图像的技术可以与自20世纪70年代中期建立的伪标准建模和绘制实体物体的方法相媲美。
这一切是如何开始的呢？如我们所知，计算机图形学中的大多数进展都是以硬件的革命和可用的新设备的出现为动力的。很多软件迅速被开发出来以利用这些产生图像的硬件。从这个角度考虑，最重要的进展是所谓的光栅显示器，这是一种在PC的开发之后不久就大量充斥市场的设备。在这种设备中，完整的图像被存放于存储器中，该存储器称为帧存储器、屏幕缓存或刷新存储器。离散的计算机图像通过视频控制器连续不断地被转换成一组水平扫描线（光栅），然后再被馈入到TV监视器中。通过一个应用程序来产生图像，该应用程序通常访问一个物体或多个物体的模型或几何描述。图1中展示了这样一个系统中的几个主要组成部分。虚线右侧的显示硬件可以与处理器分离，但是近来在增强型PC或图形工作站中，它们通常是集成在一起的。光栅图形设备发展的重要性超过了所有其他硬件，它使得经明暗处理的三维物体的显示成为可能，这是一个非常重要的理论发展。三维物体与光源之间的相互作用可以被计算并且其效果可以被投影到二维空间并由显示设备显示出来。这种经明暗处理的图像是现代计算机图形学的基础。
两个使得经明暗处理的图像成为可能的早期里程碑式的成就是1971年由Gourand开发和1975年由Phong开发的算法，这些算法使得在对物体进行明暗处理时，对像素点亮度的计算变得容易且迅速。Phong技术目前仍是主流，并且无疑会对大多数计算机图形学中的明暗处理图像起作用。
明暗处理图像简史
当从专业人员的角度来看待计算机图形学时，可以看到自20世纪70年代中期以来，开发的动机一直是追求图像的真实性，即追求那种使物体或场景的图像与电视图像或照片相近的技术，这种技术应用的一个更新的趋势是在科学和工程（如医药）中显示信息。
图像真实性的基础是光与物体间交互的计算，这种计算可分成两个方面，即局部反射模型的建立及全局反射模型的建立，局部或直接反射模型只考虑物体与光源间的相互作用，就好像物体和光线在一个黑暗的空间漂浮着。也就是说，只考虑来自物体的第一次反射。全局反射模型考虑光线是如何从一个物体反射并传到另一个物体上的。换句话说，打到表面上一个点上的光或者来自一个光源（直接光），或者来自先打到了另一个物体上再反射出来的间接光。全局交互在大多数情况下还是一个未解的问题，当前已有两种部分解（即光线跟踪和辐射度）被广泛使用。
计算机图形学的研究一直朝着更科学的研究方向前进—早期取得了主要进展，并被合并到一种实用的技术中。后来的显著进展似乎更难于获得。可以说大多数图像使用Phong的局部反射模型（1975年首次报道）产生，很少使用光线跟踪模型（1980年第一次公开），用辐射度方法（1984年首次报道）的也很少。尽管在光-场景交互方法学方面还在进行着大量的研究，但计算机图形学领域的许多当前研究更关注应用，例如，关注动画、可视化和虚拟现实这样的一般应用。在最重要的计算机图形学刊物上（SIGGRAPH会议年度论文集），1985年总共有22篇文章讨论了图像的产生（绘制、建模和硬件），与之相比仅有13篇与应用有一些关系。10年之后在1995年，有37篇关于应用的文章，19篇关于图像生成技术的文章。
用局部交互建模表面反射
两个紧接着出现的技术进步是隐藏面消除算法和明暗处理图像技术的发展，它们模拟物体与光源的相互作用。大多数隐藏面消除研究是在20世纪70年代进行的。对于普通用途的使用，当前最通用的算法是Z缓冲器算法，这是一种非常容易实现并容易与明暗处理或绘制算法结合的算法。
在明暗处理图像技术中，主要技术支撑是Phong反射模型。这是一个灵巧的但完全经验性的模型，它常常在运行结束时使物体反射的光比它接收到的光还要多。其参数是基于来自一个表面的光反射的最粗略的估计。尽管如此，这仍是在计算机图形学中最广泛采用的模型，它产生了大量的图像。为什么会如此呢？这是因为用户发现该模型是合适的并易于实现。
以理论为基础的反射模型试图更准确地建模反射，并且其参数具有物理意义，即这些参数对于一个真实的表面是可以测量的。例如，光在一个各向同性的表面（如塑料）上的反射与其在一个各向异性的表面（如抛光的铬）上的反射是不同的，这种影响可以通过明确地建模表面特性来模拟。这类模型试图在毫米级模拟光的行为（这时，粗糙程度和表面几何因素比光的波长要大许多）。这类模型的目的是模拟材料特性—不同的材料为何看起来有区别。反过来，一个模型的参数可以从一个真实的表面测得，并用于模拟。到目前为止，在绘制系统领域内实际采用的方法中，更完善的或理论性更高的局部反射模型似乎还没有得到广泛的采纳甚至实现。这可能是由于事实上用户并不认为值得为明暗处理物体的外表看起来稍微改进而付出更多的处理成本。
所有这些试图要精确建模来自表面的光的模型都是局部模型，也就是说，它们只考虑了光与物体的相互作用，就像物体漂浮在一个自由空间中，而没有考虑物体与物体之间的相互作用。因此，由此而产生的主要问题之一就是明暗处理没有被纳入到模型中（明暗处理是一种由于全局交互而产生的现象），因此必须用一个单独的算法进行计算。
Phong反射模型的建立加强了对添加明暗处理算法和纹理映射的研究，而这两项研究又增强了明暗处理物体的外观效果，并且减弱了基本Phong模型的那种看起来像漂浮在自由空间中的塑料的感觉。
建模全局交互
20世纪80年代出现了两个具有重大意义的全局模型，即试图评估物体间相互作用的光反射模型。全局交互产生的现象包括确定一个明暗处理区内的光强度、物体之间相互产生的反射（光学相互作用）以及被称为颜色泄漏的细微影响，这种颜色泄漏使得从一个漫反射表面发出的颜色渗入到另一个邻近的物体表面（漫反射相互作用）。明暗处理区域内的光强度只能通过全局交互计算确定。根据定义，明暗处理区域不能直接从光源得到光，而只能从其他物体反射的光中间接得到光。当我们在一个场景中看一个闪光的物体时，你可能希望从其上面看到其他物体的反射。像镀铬板这样非常光滑的表面的特性更像一面镜子，它记录下其周围所有物体表面的细节，并根据其自身的表面曲率对所有这一切进行几何变形。
成功的全局模型有光线跟踪和辐射度。然而，在其基本实现中，这两个模型都只是照顾到了全局照明的一个方面。光线跟踪方法实现了完美的光学反射—非常光滑的物体互相反射，而辐射度建模漫反射相互作用，即光从粗糙表面反射出来，照明其他物体。漫反射相互作用在室内人造材料中是普遍存在的，如将地毯铺到地板上或墙上的粗糙修饰。在房间中，不能看到光源的区域是由漫反射相互作用来照明的。由于这两种模型所模拟的现象互不相交，所以由两个模型产生的图像也具有标识性的特性。光线跟踪的图像非常适合于完美的递归反射以及锐角折射的情况，而辐射度模型的图像通常适用于柔和光照室内物体并且不包含闪光的物体。
计算机图形学并不是一种纯粹的科学，在计算机图形学中有关光与表面相互作用的许多研究工作都是采用现有的物理模型，然后再用一个计算机图形学算法加以模拟，这就可能会对原数学模型引入许多简化，以便使其可以作为计算机图形学的算法来执行。光线跟踪和辐射度是这种趋势的典型例子。由于实际的原因，计算机图形学中进行了简化，在数学家看起来这可能过于粗糙，而这种过程仍然能成功的原因是当我们观察一个合成的场景时，我们并没有感觉到在数学上进行了简化，除非简化到出现了走样的程度。然而，大多数人可以很容易地将一幅计算机图像与一幅照片区分开。这样一来，计算机图像就有了一个属于其自己的“真实性”。该真实性是模型的函数，一个计算机图形与一幅真实场景的照片之间的相近程度因采用方法的不同而有很大差别。在计算机图形学中“照片真实性”是指图像看起来真实，而不是按像素对像素的方式逼近一幅照片。这种对计算机图形学产生的图像的主观判断稍稍降低了广泛采用的“照片真实性”的含义，但情况确实如此。在人类对于计算机图形学图像与等价于真实场景的图像（如电视图像）的感知进行比较方面仅有过很少量的研究。
计算机图形学中的算法大多数都适用于三维空间，这一空间中的物体在整个建立图形过程的稍后阶段会被映射到一个二维显示器或称图像平面中。一般情况下，计算机图形学按下面的过程产生图像，即从一个非常详尽的几何描述开始，再对其进行一系列的变换以便反映三维空间中观察者和物体的位置关系，然后，通过执行一种称为绘制的过程使物体看起来有立体感并真实来模拟真实性。在20世纪80年代早期，研究工作有结合到一起的倾向（在20世纪70年代进行的反射模型、隐藏面消除等研究中实施），这种倾向导致了一种事实上将立体物体的图像合成的方法的出现。当前，对移动的计算机图像和虚拟现实的需求使以上的工作成果显得不够了。目前，关于如何对复杂物体进行建模使其性质和形状动态地变化，以及如何获取现实世界的丰富信息而不必对其进行非常详细的描述等方面，正在进行大量的研究工作。这些努力正在产生大量的合成方法和建模方法，但是目前还没有出现一种新的产生图像的技术可以与自20世纪70年代中期建立的伪标准建模和绘制实体物体的方法相媲美。
这一切是如何开始的呢？如我们所知，计算机图形学中的大多数进展都是以硬件的革命和可用的新设备的出现为动力的。很多软件迅速被开发出来以利用这些产生图像的硬件。从这个角度考虑，最重要的进展是所谓的光栅显示器，这是一种在PC的开发之后不久就大量充斥市场的设备。在这种设备中，完整的图像被存放于存储器中，该存储器称为帧存储器、屏幕缓存或刷新存储器。离散的计算机图像通过视频控制器连续不断地被转换成一组水平扫描线（光栅），然后再被馈入到TV监视器中。通过一个应用程序来产生图像，该应用程序通常访问一个物体或多个物体的模型或几何描述。图1中展示了这样一个系统中的几个主要组成部分。虚线右侧的显示硬件可以与处理器分离，但是近来在增强型PC或图形工作站中，它们通常是集成在一起的。光栅图形设备发展的重要性超过了所有其他硬件，它使得经明暗处理的三维物体的显示成为可能，这是一个非常重要的理论发展。三维物体与光源之间的相互作用可以被计算并且其效果可以被投影到二维空间并由显示设备显示出来。这种经明暗处理的图像是现代计算机图形学的基础。
两个使得经明暗处理的图像成为可能的早期里程碑式的成就是1971年由Gourand开发和1975年由Phong开发的算法，这些算法使得在对物体进行明暗处理时，对像素点亮度的计算变得容易且迅速。Phong技术目前仍是主流，并且无疑会对大多数计算机图形学中的明暗处理图像起作用。
明暗处理图像简史
当从专业人员的角度来看待计算机图形学时，可以看到自20世纪70年代中期以来，开发的动机一直是追求图像的真实性，即追求那种使物体或场景的图像与电视图像或照片相近的技术，这种技术应用的一个更新的趋势是在科学和工程（如医药）中显示信息。
图像真实性的基础是光与物体间交互的计算，这种计算可分成两个方面，即局部反射模型的建立及全局反射模型的建立，局部或直接反射模型只考虑物体与光源间的相互作用，就好像物体和光线在一个黑暗的空间漂浮着。也就是说，只考虑来自物体的第一次反射。全局反射模型考虑光线是如何从一个物体反射并传到另一个物体上的。换句话说，打到表面上一个点上的光或者来自一个光源（直接光），或者来自先打到了另一个物体上再反射出来的间接光。全局交互在大多数情况下还是一个未解的问题，当前已有两种部分解（即光线跟踪和辐射度）被广泛使用。
计算机图形学的研究一直朝着更科学的研究方向前进—早期取得了主要进展，并被合并到一种实用的技术中。后来的显著进展似乎更难于获得。可以说大多数图像使用Phong的局部反射模型（1975年首次报道）产生，很少使用光线跟踪模型（1980年第一次公开），用辐射度方法（1984年首次报道）的也很少。尽管在光-场景交互方法学方面还在进行着大量的研究，但计算机图形学领域的许多当前研究更关注应用，例如，关注动画、可视化和虚拟现实这样的一般应用。在最重要的计算机图形学刊物上（SIGGRAPH会议年度论文集），1985年总共有22篇文章讨论了图像的产生（绘制、建模和硬件），与之相比仅有13篇与应用有一些关系。10年之后在1995年，有37篇关于应用的文章，19篇关于图像生成技术的文章。
用局部交互建模表面反射
两个紧接着出现的技术进步是隐藏面消除算法和明暗处理图像技术的发展，它们模拟物体与光源的相互作用。大多数隐藏面消除研究是在20世纪70年代进行的。对于普通用途的使用，当前最通用的算法是Z缓冲器算法，这是一种非常容易实现并容易与明暗处理或绘制算法结合的算法。
在明暗处理图像技术中，主要技术支撑是Phong反射模型。这是一个灵巧的但完全经验性的模型，它常常在运行结束时使物体反射的光比它接收到的光还要多。其参数是基于来自一个表面的光反射的最粗略的估计。尽管如此，这仍是在计算机图形学中最广泛采用的模型，它产生了大量的图像。为什么会如此呢？这是因为用户发现该模型是合适的并易于实现。
以理论为基础的反射模型试图更准确地建模反射，并且其参数具有物理意义，即这些参数对于一个真实的表面是可以测量的。例如，光在一个各向同性的表面（如塑料）上的反射与其在一个各向异性的表面（如抛光的铬）上的反射是不同的，这种影响可以通过明确地建模表面特性来模拟。这类模型试图在毫米级模拟光的行为（这时，粗糙程度和表面几何因素比光的波长要大许多）。这类模型的目的是模拟材料特性—不同的材料为何看起来有区别。反过来，一个模型的参数可以从一个真实的表面测得，并用于模拟。到目前为止，在绘制系统领域内实际采用的方法中，更完善的或理论性更高的局部反射模型似乎还没有得到广泛的采纳甚至实现。这可能是由于事实上用户并不认为值得为明暗处理物体的外表看起来稍微改进而付出更多的处理成本。
所有这些试图要精确建模来自表面的光的模型都是局部模型，也就是说，它们只考虑了光与物体的相互作用，就像物体漂浮在一个自由空间中，而没有考虑物体与物体之间的相互作用。因此，由此而产生的主要问题之一就是明暗处理没有被纳入到模型中（明暗处理是一种由于全局交互而产生的现象），因此必须用一个单独的算法进行计算。
Phong反射模型的建立加强了对添加明暗处理算法和纹理映射的研究，而这两项研究又增强了明暗处理物体的外观效果，并且减弱了基本Phong模型的那种看起来像漂浮在自由空间中的塑料的感觉。
建模全局交互
20世纪80年代出现了两个具有重大意义的全局模型，即试图评估物体间相互作用的光反射模型。全局交互产生的现象包括确定一个明暗处理区内的光强度、物体之间相互产生的反射（光学相互作用）以及被称为颜色泄漏的细微影响，这种颜色泄漏使得从一个漫反射表面发出的颜色渗入到另一个邻近的物体表面（漫反射相互作用）。明暗处理区域内的光强度只能通过全局交互计算确定。根据定义，明暗处理区域不能直接从光源得到光，而只能从其他物体反射的光中间接得到光。当我们在一个场景中看一个闪光的物体时，你可能希望从其上面看到其他物体的反射。像镀铬板这样非常光滑的表面的特性更像一面镜子，它记录下其周围所有物体表面的细节，并根据其自身的表面曲率对所有这一切进行几何变形。
成功的全局模型有光线跟踪和辐射度。然而，在其基本实现中，这两个模型都只是照顾到了全局照明的一个方面。光线跟踪方法实现了完美的光学反射—非常光滑的物体互相反射，而辐射度建模漫反射相互作用，即光从粗糙表面反射出来，照明其他物体。漫反射相互作用在室内人造材料中是普遍存在的，如将地毯铺到地板上或墙上的粗糙修饰。在房间中，不能看到光源的区域是由漫反射相互作用来照明的。由于这两种模型所模拟的现象互不相交，所以由两个模型产生的图像也具有标识性的特性。光线跟踪的图像非常适合于完美的递归反射以及锐角折射的情况，而辐射度模型的图像通常适用于柔和光照室内物体并且不包含闪光的物体。
计算机图形学并不是一种纯粹的科学，在计算机图形学中有关光与表面相互作用的许多研究工作都是采用现有的物理模型，然后再用一个计算机图形学算法加以模拟，这就可能会对原数学模型引入许多简化，以便使其可以作为计算机图形学的算法来执行。光线跟踪和辐射度是这种趋势的典型例子。由于实际的原因，计算机图形学中进行了简化，在数学家看起来这可能过于粗糙，而这种过程仍然能成功的原因是当我们观察一个合成的场景时，我们并没有感觉到在数学上进行了简化，除非简化到出现了走样的程度。然而，大多数人可以很容易地将一幅计算机图像与一幅照片区分开。这样一来，计算机图像就有了一个属于其自己的“真实性”。该真实性是模型的函数，一个计算机图形与一幅真实场景的照片之间的相近程度因采用方法的不同而有很大差别。在计算机图形学中“照片真实性”是指图像看起来真实，而不是按像素对像素的方式逼近一幅照片。这种对计算机图形学产生的图像的主观判断稍稍降低了广泛采用的“照片真实性”的含义，但情况确实如此。在人类对于计算机图形学图像与等价于真实场景的图像（如电视图像）的感知进行比较方面仅有过很少量的研究。
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文艺复兴以降，源远流长的科学精神和逐步形成的学术规范，使西方国家在自然科学的各个领域取得了垄断性的优势；也正是这样的传统，使美国在信息技术发展的六十多年间名家辈出；独领风骚。在商业化的进程中，美国的产业界与教育界越来越紧密地结合，计算机学科中的许多泰山北斗同时身处科研和教学的最前线，由此而产生的经典科学著作，不仅擘划了研究的范畴，还揭橥了学术的源变，既遵循学术规范，又自有学者个性，其价值并不会因年月的流逝而减退。
近年，在全球信息化大潮的推动下，我国的计算机产业发展迅猛，对专业人才的需求日益迫切。这对计算机教育界和出版界都既是机遇，也是挑战；而专业教材的建设在教育战略上显得举足轻重。在我国信息技术发展时间较短、从业人员较少的现状下，美国等发达国家在其计算机科学发展的几十年间积淀的经典教材仍有许多值得借鉴之处。因此，引进一批国外优秀计算机教材将对我国计算机教育事业的发展起积极的推动作用，也是与世界接轨、建设真正的世界一流大学的必由之路。
机械工业出版社华章图文信息有限公司较早意识到“出版要为教育服务”。自1998年开始，华章公司就将工作重点放在了遴选、移译国外优秀教材上。经过几年的不懈努力，我们与Prentice Hall，Addison-Wesley，McGraw—Hill，Morgan Kaufmann等世界著名出版公司建立了良好的合作关系，从它们现有的数百种教材中甄选出Tanenbaum，Stroustrup，Kernighan，Jim Gray等大师名家的一批经典作品，以“计算机科学丛书”为总称出版，供读者学习、研究及庋藏。大理石纹理的封面，也正体现了这套丛书的品位和格调。
“计算机科学丛书”的出版工作得到了国内外学者的鼎力襄助，国内的专家不仅提供了中肯的选题指导，还不辞劳苦地担任了翻译和审校的工作；而原书的作者也相当关注其作品在中国的传播，有的还专程为其书的中译本作序。迄今，“计算机科学丛书”已经出版了近百个品种，这些书籍在读者中树立了良好的口碑，并被许多高校采用为正式教材和参考书籍，为进一步推广与发展打下了坚实的基础。
随着学科建设的初步完善和教材改革的逐渐深化，教育界对国外计算机教材的需求和应用都步入一个新的阶段。为此，华章公司将加大引进教材的力度，在“华章教育”的总规划之下出版三个系列的计算机教材：除“计算机科学丛书”之外，对影印版的教材，则单独开辟出“经典原版书库”；同时，引进全美通行的教学辅导书“Schaum’s Outlines”系列组成’全美经典学习指导系列”。为了保证这三套丛书的权威性，同时也为了更好地为学校和老师们服务，华章公司聘请了中国科学院、北京大学、清华大学、国防科技大学、复旦大学、上海交通大学、南京大学、浙江大学、中国科技大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学、中国人民大学、北京航空航天大学、北京邮电大学、中山大学、解放军理工大学、郑州大学、湖北工学院、中国国家信息安全测评认证中心等国内重点大学和科研机构在计算机的各个领域的著名学者组成“专家指导委员会”，为我们提供选题意见和出版监督。
这三套丛书是响应教育部提出的使用外版教材的号召，为国内高校的计算机及相关专业的教学度身订造的。其中许多教材均已为M．I．T．，Stanford，U．C．Berkeley，C．M．U．等世界名牌大学所采用。不仅涵盖了程序设计、数据结构、操作系统、计算机体系结构、数据库，编译原理、软件工程、图形学、通信与网络，离散数学等国内大学计算机专业普遍开设的核心课程，而且各具特色——有的出自语言设计者之手、有的历经三十年而不衰、有的已被全世界的几百所高校采用。在这些圆熟通博的名师大作的指引之下，读者必将在计算机科学的宫殿中由登堂而入室。
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近年，在全球信息化大潮的推动下，我国的计算机产业发展迅猛，对专业人才的需求日益迫切。这对计算机教育界和出版界都既是机遇，也是挑战；而专业教材的建设在教育战略上显得举足轻重。在我国信息技术发展时间较短、从业人员较少的现状下，美国等发达国家在其计算机科学发展的几十年间积淀的经典教材仍有许多值得借鉴之处。因此，引进一批国外优秀计算机教材将对我国计算机教育事业的发展起积极的推动作用，也是与世界接轨、建设真正的世界一流大学的必由之路。
机械工业出版社华章图文信息有限公司较早意识到“出版要为教育服务”。自1998年开始，华章公司就将工作重点放在了遴选、移译国外优秀教材上。经过几年的不懈努力，我们与Prentice Hall，Addison-Wesley，McGraw—Hill，Morgan Kaufmann等世界著名出版公司建立了良好的合作关系，从它们现有的数百种教材中甄选出Tanenbaum，Stroustrup，Kernighan，Jim Gray等大师名家的一批经典作品，以“计算机科学丛书”为总称出版，供读者学习、研究及庋藏。大理石纹理的封面，也正体现了这套丛书的品位和格调。
“计算机科学丛书”的出版工作得到了国内外学者的鼎力襄助，国内的专家不仅提供了中肯的选题指导，还不辞劳苦地担任了翻译和审校的工作；而原书的作者也相当关注其作品在中国的传播，有的还专程为其书的中译本作序。迄今，“计算机科学丛书”已经出版了近百个品种，这些书籍在读者中树立了良好的口碑，并被许多高校采用为正式教材和参考书籍，为进一步推广与发展打下了坚实的基础。
随着学科建设的初步完善和教材改革的逐渐深化，教育界对国外计算机教材的需求和应用都步入一个新的阶段。为此，华章公司将加大引进教材的力度，在“华章教育”的总规划之下出版三个系列的计算机教材：除“计算机科学丛书”之外，对影印版的教材，则单独开辟出“经典原版书库”；同时，引进全美通行的教学辅导书“Schaum’s Outlines”系列组成’全美经典学习指导系列”。为了保证这三套丛书的权威性，同时也为了更好地为学校和老师们服务，华章公司聘请了中国科学院、北京大学、清华大学、国防科技大学、复旦大学、上海交通大学、南京大学、浙江大学、中国科技大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学、中国人民大学、北京航空航天大学、北京邮电大学、中山大学、解放军理工大学、郑州大学、湖北工学院、中国国家信息安全测评认证中心等国内重点大学和科研机构在计算机的各个领域的著名学者组成“专家指导委员会”，为我们提供选题意见和出版监督。
这三套丛书是响应教育部提出的使用外版教材的号召，为国内高校的计算机及相关专业的教学度身订造的。其中许多教材均已为M．I．T．，Stanford，U．C．Berkeley，C．M．U．等世界名牌大学所采用。不仅涵盖了程序设计、数据结构、操作系统、计算机体系结构、数据库，编译原理、软件工程、图形学、通信与网络，离散数学等国内大学计算机专业普遍开设的核心课程，而且各具特色——有的出自语言设计者之手、有的历经三十年而不衰、有的已被全世界的几百所高校采用。在这些圆熟通博的名师大作的指引之下，读者必将在计算机科学的宫殿中由登堂而入室。
权威的作者、经典的教材、一流的译者、严格的审校、精细的编辑，这些因素使我们的图书有了质量的保证，但我们的目标是尽善尽美，而反馈的意见正是我们达到这一终极目标的重要帮助。教材的出版只是我们的后续服务的起点。华章公司欢迎老师和读者对我们的工作提出建议或给予指正，我们的联系方法如下：
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