[套装书]增强现实：原理与实践+计算机图形学原理及实践（原书第3版）(基础篇）（2册）

1.3.8　游戏 17
1.4　相关领域 17
1.4.1　混合现实连续体 18
1.4.2　虚拟现实 18
1.4.3　普适计算 18
1.5　小结 20
第2章　显示 21
2.1　多模态呈现 21
2.1.1　听觉呈现 21
2.1.2　触力觉呈现 22
2.1.3　嗅觉和味觉呈现 23
2.2　视觉感知 24
2.3　需求与特点 25
2.3.1　增强方法 25
2.3.2　单视和体视 27
2.3.3　调焦 28
2.3.4　遮挡 30
2.3.5　分辨率和刷新率 31
2.3.6　视场 32
2.3.7　视点偏移 33
2.3.8　亮度和对比度 35
2.3.9　扭曲和畸变 36
2.3.10　延迟 36
2.3.11　人因工程学 36
2.3.12　社会接受度 36
2.4　空间显示模型 37
2.5　视觉显示 38
2.5.1　近眼显示器 39
2.5.2　手持式显示器 46
2.5.3　固定式显示器 47
2.5.4　投影式显示器 52
2.6　小结 56
第3章　跟踪 57
3.1　跟踪、标定和注册 57
3.2　坐标系 58
3.2.1　模型变换 59
3.2.2　视图变换 59
3.2.3　投影变换 59
3.2.4　参考帧 59
3.3　跟踪技术的特点 60
3.3.1　物理现象 60
3.3.2　测量原理 60
3.3.3　测量的几何属性 61
3.3.4　传感器布置 61
3.3.5　信号源 61
3.3.6　自由度 62
3.3.7　测量坐标 62
3.3.8　空间传感器布置 62
3.3.9　工作区范围 63
3.3.10　测量误差 63
3.3.11　时间特性 64
3.4　固定跟踪系统 64
3.4.1　机械跟踪 64
3.4.2　电磁跟踪 65
3.4.3　超声波跟踪 66
3.5　移动传感器 66
3.5.1　全球定位系统 67
3.5.2　无线网络 68
3.5.3　磁力仪 68
3.5.4　陀螺仪 69
3.5.5　线性加速度计 69
3.5.6　里程表 70
3.6　光学跟踪 70
3.6.1　基于模型跟踪与无模型跟踪 71
3.6.2　照明 71
3.6.3　标志点与自然特征 73
3.6.4　目标识别 77
3.7　传感器融合 79
3.7.1　互补传感器融合 79
3.7.2　竞争传感器融合 79
3.7.3　协作传感器融合 80
3.8　小结 81
第4章　增强现实中的计算机视觉 82
4.1　标志点跟踪 83
4.1.1　摄像机表示 84
4.1.2　标志点检测 85
4.1.3　单应位姿估计 87
4.1.4　位姿优化 90
4.2　多摄像机红外跟踪 90
4.2.1　斑块检测 91
4.2.2　建立点对应关系 91
4.2.3　双摄像机的三角测量 92
4.2.4　两台以上摄像机的三角测量 93
4.2.5　包含球体标志物的目标匹配 93
4.2.6　绝对朝向 94
4.3　自然特征检测跟踪 94
4.3.1　兴趣点检测 95
4.3.2　创建描述符 98
4.3.3　匹配描述符 99
4.3.4　n点透视位姿 99
4.3.5　鲁棒的位姿估计 100
4.4　增量跟踪 101
4.4.1　主动搜索 102
4.4.2　Kanade-Lucas-Tomasi跟踪 102
4.4.3　零归一化交叉相关 103
4.4.4　分层搜索 104
4.4.5　联合检测与跟踪 105
4.5　同时定位与地图构建 106
4.5.1　本质矩阵的五点算法 107
4.5.2　集束调整 108
4.5.3　并行跟踪与地图构建 108
4.5.4　重定位与闭环 109
4.5.5　稠密地图构建 110
4.6　户外跟踪 112
4.6.1　可扩展的视觉匹配 113
4.6.2　传感器先验信息 114
4.6.3　几何先验信息 115
4.6.4　同时跟踪、地图构建及定位 116
4.7　小结 120
第5章　标定与注册 121
5.1　摄像机标定 121
5.1.1　摄像机内参 121
5.1.2　校正镜头畸变 122
5.2　显示器标定 123
5.2.1　单点主动对准法 125
5.2.2　使用指向装置的头戴式显示器标定 126
5.2.3　手–眼标定 127
5.3　注册 129
5.3.1　几何测量失真 129
5.3.2　误差传播 129
5.3.3　延迟 130
5.3.4　滤波和预测 130
5.4　小结 131
第6章　视觉一致性 132
6.1　注册 132
6.2　遮挡 134
6.2.1　遮挡细化 135
6.2.2　概率遮挡 136
6.2.3　无模型遮挡 136
6.3　光度注册 138
6.3.1　基于图像的光照 139
6.3.2　光探针 140
6.3.3　离线光照采集 142
6.3.4　基于静止图像的光度注册 142
6.3.5　基于镜面反射的光度注册 142
6.3.6　基于漫反射的光度注册 143
6.3.7　基于阴影的光度注册 144
6.3.8　室外光度注册 145
6.3.9　重建精确光源 145
6.4　通用光照 145
6.4.1　差分渲染 146
6.4.2　实时全局光照 147
6.4.3　阴影 148
6.4.4　漫射全局光照 150
6.4.5　镜面全局光照 152
6.5　消隐现实 153
6.5.1　感兴趣区域的确定 153
6.5.2　隐藏区域的观察与建模 154
6.5.3　感兴趣区域的移除 154
6.5.4　基于投影的消隐现实 155
6.6　摄像机仿真 155
6.6.1　镜头畸变 156
6.6.2　模糊 157
6.6.3　噪声 157
6.6.4　渐晕 158
6.6.5　色差 158
6.6.6　拜耳模式伪影 158
6.6.7　色调映射伪影 158
6.7　风格化增强现实 159
6.8　小结 159
第7章　情境可视化 161
7.1　挑战 162
7.1.1　数据过载 162
7.1.2　用户交互 163
7.1.3　注册误差 163
7.1.4　视觉干扰 163
7.1.5　时间一致性 164
7.2　可视化注册 165
7.2.1　本地注册情境可视化 165
7.2.2　全局注册情境可视化 165
7.2.3　注册不确定性 166
7.3　注释和标记 166
7.3.1　标记基础 166
7.3.2　优化技术 167
7.3.3　时间一致性 168
7.3.4　图像导引放置 170
7.3.5　易读性 170
7.4　X射线可视化 171
7.4.1　物体空间幻影 171
7.4.2　图像空间幻影 172
7.4.3　G缓冲器实现 173
7.5　空间操作 174
7.5.1　爆炸图 174
7.5.2　空间扭曲 176
7.6　信息过滤 177
7.6.1　基于知识的过滤 177
7.6.2　空间过滤 177
7.6.3　基于知识的过滤与空间过滤的结合 179
7.7　小结 180
第8章　交互 181
8.1　输出模态 181
8.1.1　增强放置 181
8.1.2　灵巧显示 182
8.1.3　魔镜 184
8.2　输入模态 186
8.2.1　刚体的跟踪和操控 186
8.2.2　人体跟踪 187
8.2.3　手势 188
8.2.4　触控 189
8.2.5　基于物理的界面 190
8.3　有形界面 191
8.3.1　有形表面 191
8.3.2　通用有形物体 191
8.3.3　特定有形物体 192
8.3.4　透明有形物体 194
8.4　真实表面上的虚拟用户界面 195
8.5　增强纸 196
8.6　多视界面 197
8.6.1　多显示焦点+上下文 197
8.6.2　共享空间 197
8.6.3　多位置 198
8.6.4　跨视图交互 200
8.7　触力觉交互 201
8.8　多模态交互 202
8.9　会话代理 203
8.10　小结 205
第9章　建模与注释 206
9.1　指定几何 206
9.1.1　点 206
9.1.2　平面 208
9.1.3　体 208
9.2　指定外观 209
9.3　半自动重建 210
9.4　自由曲面建模 213
9.5　注释 214
9.6　小结 216
第10章　开发 217
10.1　增强现实开发的需求 218
10.1.1　真实世界界面 218
10.1.2　硬件抽象 218
10.1.3　开发流程 219
10.2　开发要素 219
10.2.1　角色 220
10.2.2　故事 220
10.2.3　舞台 220
10.2.4　交互 220
10.2.5　设置 220
10.3　独立开发方法 221
10.3.1　桌面开发 221
10.3.2　表演开发 223
10.4　插件方法 223
10.5　网络技术 224
10.6　小结 225
第11章　漫游 227
11.1　人类漫游基础 227
11.2　探索与发现 228
11.3　路线可视化 228
11.4　视点导航 230
11.4.1　目标对象导引 230
11.4.2　目标视点导引 232
11.5　多视角 233
11.5.1　同步多视角 233
11.5.2　过渡接口 235
11.6　小结 236
第12章　协作 237
12.1　协作系统特性 237
12.2　同地协作 238
12.2.1　个人显示器与视图 240
12.2.2　目光感知 241
12.2.3　共享空间内的敏捷协作 242
12.3　远程协作 243
12.3.1　视频共享 244
12.3.2　包含虚拟物体的视频共享 244
12.3.3　包含几何重建的视频共享 246
12.3.4　指向和手势 247
12.3.5　包含敏捷用户的远程协作 247
12.4　小结 248
第13章　软件架构 250
13.1　增强现实应用程序的要求 250
13.1.1　环境控制和场景动态 250
13.1.2　显示空间 251
13.1.3　虚实一致 251
13.1.4　语义知识 251
13.1.5　物理空间 251
13.2　软件工程要求 252
13.2.1　平台抽象 252
13.2.2　用户界面抽象 252
13.2.3　重用性和扩展性 253
13.2.4　分布式计算 253
13.2.5　解耦仿真 253
13.3　分布式对象系统 253
13.3.1　对象管理 254
13.3.2　案例学习：“绵羊” 255
13.4　数据流 256
13.4.1　数据流图 257
13.4.2　多模态交互 257
13.4.3　线程和调度 258
13.4.4　案例学习：可穿戴的增强现实装置 259
13.5　场景图 261
13.5.1　场景图的基本原理 261
13.5.2　依赖图 262
13.5.3　场景图集成 262
13.5.4　分布式共享场景图 264
13.6　开发者支持 265
13.6.1　参数配置 265
13.6.2　脚本声明 265
13.6.3　案例学习：增强现实导游 267
13.6.4　程序脚本 267
13.6.5　混合语言编程 268
13.6.6　运行时重配置 268
13.6.7　选择一种增强现实平台 269
13.7　小结 269
第14章　未来 271
14.1　商业案例驱动力 271
14.1.1　专业用户 271
14.1.2　普通消费者 272
14.2　增强现实开发者的愿望清单 272
14.2.1　摄像机底层API 273
14.2.2　多摄像机 273
14.2.3　大视场摄像机 273
14.2.4　传感器 273
14.2.5　统一内存 274
14.2.6　移动GPU上的并行编程 274
14.2.7　更好的显示设备 274
14.3　户外增强现实 275
14.3.1　非合作用户 275
14.3.2　有限的设备能力 275
14.3.3　定位成功率 276
14.4　与智能对象交互 276
14.5　虚拟现实与增强现实的融合 277
14.6　增强人 277
14.7　作为戏剧媒介的增强现实 278
14.8　作为社交计算平台的增强现实 279
14.9　小结 280
参考文献 281



---------------------------计算机图形学原理及实践（原书第3版）(基础篇）---------------------------


出版者的话
译者序
前言
作者简介
第1章　绪论1
　1.1　计算机图形学简介1
　　1.1.1　计算机图形学的世界3
　　1.1.2　应用领域的现状与前景3
　　1.1.3　关于用户界面的思考5
　1.2　简要历史6
　1.3　一个光照的例子7
　1.4　目标、资源和适度的抽象8
　　1.4.1　深度理解与常见的做法9
　1.5　图形学中的常数和一些参数值的量级9
　　1.5.1　光能量和光子到达率9
　　1.5.2　显示器的特性和眼睛的分辨率10
　　1.5.3　数码相机的特性10
　　1.5.4　复杂应用的处理需求10
　1.6　图形管线11
　　1.6.1　纹理映射与近似12
　　1.6.2　更为详细的图形管线13
　1.7　图形学与艺术、设计、感知的关系14
　1.8　基本图形系统16
　　1.8.1　图形数据16
　1.9　视为黑盒的多边形绘制18
　1.10　图形系统中的交互18
　1.11　不同类型的图形应用18
　1.12　不同类型的图形包19
　1.13　构建真实感绘制模块：概述20
　　1.13.1　光线20
　　1.13.2　物体和材料21
　　1.13.3　接收来自场景中的光线22
　　1.13.4　图像显示22
　　1.13.5　人类视觉系统23
　　1.13.6　数学运算23
　　1.13.7　积分和采样24
　1.14　学习计算机图形学24
第2章　2D图形学简介——基于WPF26
　2.1　引言26
　2.2　2D图形流水线概述26
　2.3　2D图形平台的演变27
　　2.3.1　从整数坐标到浮点数坐标27
　　2.3.2　即时模式与保留模式29
　　2.3.3　过程语言与描述性语言30
　2.4　使用WPF定义2D场景31
　　2.4.1　XAML应用程序结构31
　　2.4.2　采用抽象坐标系定义场景31
　　2.4.3　坐标系的选择范围33
　　2.4.4　WPF画布坐标系34
　　2.4.5　使用显示变换35
　　2.4.6　构造并使用模块化模板37
　2.5　用WPF实现的2D图形动态显示42
　　2.5.1　基于描述性动画的动态显示42
　　2.5.2　基于过程代码的动态显示44
　2.6　支持各种形状系数45
　2.7　讨论和延伸阅读46
第3章　一个古老的绘制器47
　3.1　一幅丢勒的木刻画47
　3.2　可见性49
　3.3　实现49
　　3.3.1　绘图52
　3.4　程序55
　3.5　局限性57
　3.6　讨论和延伸阅读59
　3.7　练习60
第4章　2D图形测试平台62
　4.1　引言62
　4.2　测试平台的细节63
　　4.2.1　使用2D测试平台63
　　4.2.2　割角63
　　4.2.3　基于测试平台的程序的结构64
　4.3　C#代码68
　　4.3.1　坐标系70
　　4.3.2　WPF数据依赖71
　　4.3.3　事件处理71
　　4.3.4　其他几何物体73
　4.4　动画73
　4.5　交互74
　4.6　测试平台的一个应用程序74
　4.7　讨论77
　4.8　练习77
第5章　人类视觉感知简介78
　5.1　引言78
　5.2　视觉系统79
　5.3　眼睛82
　　5.3.1　眼睛的生理机能82
　　5.3.2　眼睛中的光感受器83
　5.4　恒常性及其影响85
　5.5　延续性87
　5.6　阴影88
　5.7　讨论和延伸阅读89
　5.8　练习90
第6章　固定功能的3D图形平台和层次建模简介92
　6.1　引言92
　　6.1.1　WPF 3D部分的设计92
　　6.1.2　对光与物体交互的物理过程的近似93
　　6.1.3　WPF 3D概述93
　6.2　网格和光照属性94
　　6.2.1　场景设计94
　　6.2.2　生成更真实的光照98
　　6.2.3　固定功能绘制中的“光照”与“着色”101
　6.3　曲面表示和绘制102
　　6.3.1　基于插值的着色处理（Gouraud着色）102
　　6.3.2　将表面设置为多面体表面和平滑表面104
　6.4　WPF中的表面纹理105
　　6.4.1　基于分片拼接的纹理映射106
　　6.4.2　基于拉伸的纹理映射107
　6.5　WPF反射模型107
　　6.5.1　颜色设置107
　　6.5.2　光源几何108
　　6.5.3　反射率108
　6.6　基于场景图进行层次建模112
　　6.6.1　模块化建模的动因112
　　6.6.2　自顶向下的部件层次结构设计113
　　6.6.3　自下而上的构建和组合114
　　6.6.4　构件的重用118
　6.7　讨论120
第7章　2D和3D空间中的基础数学与几何121
　7.1　引言121
　7.2　记号121
　7.3　集合121
　7.4　函数122
　　7.4.1　反正切函数123
　7.5　坐标124
　7.6　坐标运算124
　　7.6.1　向量126
　　7.6.2　如何理解向量127
　　7.6.3　向量长度127
　　7.6.4　向量运算127
　　7.6.5　矩阵乘法130
　　7.6.6　其他类型的向量131
　　7.6.7　隐式直线132
　　7.6.8　平面直线的隐式描述133
　　7.6.9　能否采用y=mx+b134
　7.7　直线求交134
　　7.7.1　参数化参数化直线求交134
　　7.7.2　参数化隐式直线求交135
　7.8　更一般的求交计算135
　　7.8.1　光线平面求交136
　　7.8.2　光线球求交137
　7.9　三角形138
　　7.9.1　重心坐标138
　　7.9.2　空间三角形139
　　7.9.3　半平面和三角形140
　7.10　多边形141
　　7.10.1　内/外测试141
　　7.10.2　非简单多边形的内部143
　　7.10.3　平面多边形的符号面积：分而治之143
　　7.10.4　空间多边形的法向量144
　　7.10.5　更一般多边形的符号面积145
　　7.10.6　倾斜原理145
　　7.10.7　重心坐标的模拟146
　7.11　讨论147
　7.12

.　　第4章继续上一章中对光学跟踪问题的讨论，详细介绍了用于实时位姿估计的计算机视觉算法，例如根据观测图像确定摄像机的位置与朝向。为了便于讲解并使读者更广泛地了解背景知识，这一章由一系列案例研究组成。每一个案例研究仅介绍自身必需的相关知识，所以读者不需要事先深入了解计算机视觉方面的知识。此外，本书对涉及高等数学的问题做了标记，这些问题在实践中通常依赖OpenCV等软件库来解决，因此可以被视为“黑箱”，不想深入研究的读者可略过这部分内容。
　　第5章讨论用于增强现实的器件标定和注册方法。在增强现实应用中，第3章所述的用于光学跟踪的数字摄像机标定技术是实现可重复精确操作的必要前提。注册是几何上校准增强现实体验中的真实世界和虚拟世界的过程，从而有利于形成一致混合环境的错觉。
　　第6章聚焦于使真实和虚拟物体无缝融合的一系列计算机图形技术，包括虚拟和真实物体之间正确的遮挡或阴影关系。我们也解释了消隐现实，即消隐场景中的真实物体，并讨论了物理摄像机的仿真。
　　第7章关注可视化技术，目的是使信息更容易理解。在增强现实环境中，这意味着几何注册到真实场景物体上的计算机生成信息，必须按照便于用户理解的方式摆放和设计。我们同时探讨了二维增强（如文本标签）和三维增强（如物体内部的合成视图，也称作“重影”）。
　　第8章讨论与增强现实应用相关的交互技术与交互方式，主题涉及从简单的情境信息浏览到全面的三维交互。我们特别讨论了基于工具、窗口部件和手势的交互，以及增强现实与多种形式的可触摸用户界面之间的联系。我们也探讨了用于增强现实的多模态和基于智能体的界面。
　　第9章讨论交互式建模问题，也就是通过增强现实创建新的几何内容。内嵌于三维环境中的用户界面，为再创造该环境的数字版本提供了一种有效方法，这种能力对于所有涉及视觉计算的应用都是非常宝贵的。
　　第10章讨论增强现实的开发方法。增强现实呈现的内容和信息库需要按照当前网络内容的开发方式来设计和创造。可以运用传统工具开发增强现实的内容，或者在增强现实本身中进行。开发需关注应用中超越几何和视觉特性的几个方面，特别是建造应用的语义和行为。开发应该由内容驱动，不需要或者只需要少量的传统编程工作。我们讨论了多种满足这个需求的方法，并且探究了将增强现实开发和新兴的开放网络标准相结合的一些新成果。
　　第11章讨论漫游，这是增强现实作为用户界面尤为相关的一个领域。陌生环境中的定向问题是移动信息系统应用中的一项重要挑战。我们概述了运用增强现实技术实施的漫游技术，并将它们与数字地图加以比较。
　　第12章研究协作问题。作为一种媒介，增强现实在个体之间的交流中有强大的应用潜力。这既包含同地协作（通过共享增强现实系统提供的附加提示拓展同地协作），也包含远程协作（在增强现实技术的大力支持下提供了远程呈现的新形式）。
　　第13章分析增强现实系统的底层架构。增强现实必须将实时系统、多媒体系统以及分布式系统的复杂需求结合起来。通过一种灵活的方式将这些需求结合起来并准确传达给程序员，是一项困难的工作。我们讨论了多种架构模式，包括分布式对象系统、数据流系统和场景图，并展示了一系列案例学习。
　　第14章回顾增强现实的发展轨迹，从一个在原型应用中体现实用性的研究领域，到潜在的大众消费级应用。我们同时分析了需要克服的障碍和亟待解决的问题，基于本书提供的材料展望了未来发展趋势，并总结了未来的研究内容。
　　如何使用本书及相关资料
　　如何使用本书取决于你与增强现实领域之间的关系，以及你的兴趣程度和关注点。我们讨论三种可能的角色。
　　如果你是一名开发者：专业开发者可以从本书中得到启发，并用于指导增强现实应用的设计、搭建和评测。有此类背景的读者将在讨论显示、跟踪和交互的章节找到关于硬件设备的有用信息。在应用内容的开发方面，视觉一致性、情境可视化和开发章节将会有所帮助，而跟踪、计算机视觉和标定与注册章节将涉及相应的注册技术。在交互及后续章节中介绍了用户界面设计。最后，软件架构章节提供了关于具体实施工作的重要信息。
　　如果你是一名教师：本书可作为不同类型和层次的大学教材。关于增强现实的研究生课程可将本书作为主教材。关于计算机图形学或视觉计算的课程可使用视觉一致性和可视化章节作为增强现实图形学方面的导论。关于计算机视觉的课程可使用跟踪和标定与注册章节讲授重要的实时计算机视觉技术。人机交互课程可使用交互、建模、开发、漫游及协作章节全面地介绍增强现实的概念。
　　如果你是一名研究者：对于兴趣点为实验性增强现实应用的开发和评测的研究者来说，本书可作为一本详尽的参考指南。最后一章为本领域的研究者和学生列举了需要解决的一系列重要问题。
　　本书网站
　　本书网站如下：
　　http://www.augmentedrealitybook.org
　　增强现实领域正在迅速发展。为了使本书成为动态的工作文档，网站上提供了教学资料等附加信息，并且包含与最新增强现实研究和应用相关的信息和链接。这是一项开放工作，欢迎读者为资料收集做出贡献，你的贡献将帮助我们更新网站以及本书的未来版本。
　　
　　
　　---------------------------计算机图形学原理及实践（原书第3版）(基础篇）---------------------------
　　
　　
　　本书面向学生、研究人员和从业人员，介绍计算机图形学的许多重要概念和思想。其中一些概念读者并不陌生，它们早已出现在广为流行的学术出版物、技术报告、教科书和行业报刊中。在某个概念出现一段时间后再将其写入教科书的好处是，人们可以更充分地理解它的长远影响并将其置于一个更大的背景中予以领悟。本书将尽可能详细地介绍这些概念（当然也略过了一些曾经火热但现在已不再重要的概念），并以一种清晰、流畅的风格将它们呈现给初学者。
　　本书属于第二代图形学教科书：我们并不将之前的所有工作全部认定为天然合理的，而是按今天的理解重新审视它们，进而更新其原有的陈述方式。
　　甚至一些最基本的问题也可能变得非常棘手。举例来说，假如要设计一个适用于低光照环境（如电影院的暗环境）的程序。显然，我们不能采用亮屏幕显示器，这意味着在显示程序中采用亮度对比来区分环境中的不同对象不再适宜。也许可以改用彩色显示，但遗憾的是，在低光照环境中人们对颜色的感知同样有所降低，某些颜色的文字要比其他颜色更易读。在这种情况下，光标是否仍容易被用户看到呢？一种简单的应对方式是利用人眼对运动的感知能力，让光标持续抖动。于是，一个看似简单的问题最后涉及交互界面设计、颜色理论以及人类感知等领域。
　　尽管上述例子很简单，但仍隐含了某些假设：采用图形方式输出（而不是通过触觉或封闭良好的耳机来输出）；显示设备既非常规的影院屏幕，也不是头盔显示器。其中也包含了一些显式的假设，例如采用光标（也有一些用户界面不使用光标）。上述每一种假设都是对用户界面的一种选择。
　　遗憾的是，这种多方面内容相互交织的关系使得我们不可能完全按照某种顺序来讲述各主题，而且还能很好地介绍它们的研究动因和背景，也就是说，这些主题无法以线性方式展开。也许，我们可以先介绍它们涉及的所有相关的数学、感知理论或其他内容，总之，将较为抽象的内容和主题放在前面介绍，然后再介绍图形学应用。尽管这种内容组织方式可能便于参考（读者很容易找到讲述一般化向量叉积的有关章节），但对一本教科书而言，其效果并不好，原因是那些涉及主题研究动因的应用都要等到书的最后才会介绍。另一种展开方式是采取案例研究的思路，分别介绍各种不同的任务（难度不断增大），然后根据问题的需要讲述相关内容。在某些情况下，这确实是一种自然的内容演绎方式，但难以对各主题做出整体性、结构化的呈现。本书是这两种方式的折中：开始部分介绍了广泛使用的数学知识和常规的符号标记方式，然后逐个主题展开内容，根据需要补充介绍必要的数学工具。熟悉数学的读者完全可以跳过开始部分而不致错过任何图形学知识。其他人则可从这些章节中获益良多。教师授课时可根据需要对其进行取舍。基于主题的章节安排方式可能会导致内容上的重复。例如，本书从不同的细节层次对图形流水线进行了多次讨论。与其让读者回头参考之前的章节，有时我们会再次陈述部分内容，使对该问题的讨论更为流畅。毕竟让读者返回500页之前去查看一幅图并非令人惬意的事。
　　对本教材的作者来说，另一个挑战是选材的广度。本书的第1版确实覆盖了当时图形学出版物中的大部分内容，第2版至少也约略提到了其中大部分的研究工作。本版教材不再追求内容的覆盖度，理由很简单：当本书第2版出版时，我们一只手就能拿起SIGGRAPH会议的全部论文集（这些论文几乎包含了图形学领域的代表性工作）；如今，SIGGRAPH会议的全部论文集（仅仅是许多图形学出版物中的一种）叠在一起高达数米。即使是电子版的教材也无法将全部内容塞进1000页中。本书这一版旨在为读者指明在哪里可以找到和复制当今的大部分SIGGRAPH论文。下面是几点说明：
　　●第一，计算机图形学与计算机视觉的交叉面越来越大，但这并不能构成让我们将本书写成计算机视觉教材的理由，尽管一些有该领域丰富知识的人已经这样做了。
　　●第二，计算机图形学涉及编程，尽管许多图形学应用题目很大，但本书并没有试图讲授编程和软件工程。当然，在书中我们也会简要讨论一些专门针对图形学的编程方法（尤其是排错）。
　　●第三，许多图形学应用都提供了用户界面。在编写本书时，大多数界面均基于Windows操作系统，采用菜单和鼠标进行交互。不过基于触觉的交互界面正变得越来越常见。交互界面的研究曾经是图形学的一部分，但如今已成为一个独立的领域（尽管它仍和图形学有很大的交叉）。我们假定读者在编写含用户界面的程序方面已具备了一些经验，因此本书将不再对它们做深入讨论（除了其实现过程与图形学密切关联的3D界面外）。
　　毋庸置疑，图形学领域的研究论文区别很大：有些涉及很多的数学表述；有些介绍的是一个大规模的系统，涉及各种复杂的工程因素的权衡；还有些涉及物理学、色彩理论、地形学、摄影学、化学、动物学等各个学科的知识。我们的目标是让读者领会这些论文中的图形学贡献，而其他的相关知识则需要读者在课外自行学习。
　　历史上的方法
　　在历史上，图形学大多为一些面向当时急需解决的问题的专门方法。这么说并非对那些曾经使用这些方法的人有所不敬，他们手头有任务，必须想办法完成。其中