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《三维模型变形算法：理论和实践（C#版本）》_1
《三维模型变形算法：理论和实践（C#版本）》_2
《三维模型变形算法：理论和实践（C#版本）》_3
内容简介：
VR三维技术系列
三维模型变形算法:理论和实践
(C#版本)
赵辉顾险峰雷娜著
電子工紫出版社
Publishing House of Electronics Industry
北京· BELJING
内容简介
《三维模型变形算法:理论和实现(C#版本)》介绍了三维模型变形算法和线条抽取算法。本书分为
章,详细讲述了 Blender软件中的变形、网格变形算法、外包框变形算法、均值坐标变形算法、格林变
形算法、拉普拉斯变形算法、拉普拉斯矩阵在三维模型近似、光滑、优化、骨骼抽取、顶点之间最短距离
算法上的应用;还有三维模型的频谱分析、骨骼动画算法、蒙皮算法、三维曲线生成算法、三维模型特征
曲线的抽取算法。本书包含了三维模型处理的各种核心算法。
本书不仅可以作为数字媒体技术专业的专业基础课,还可以作为计算机学科和软件工程学科“数据结
构和算法”、“计算机图形学”等课程的教材和参考书。我们提供了书里部分代码在网上的开源下载
未经许可,不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。
版权所有,侵权必究
图书在版编目(cP)数据
三维模型变形算法:理论和实践:C#版本/赵辉,顾险峰,雷娜著.一北京:电子工业出版社,20177
(VR三维技术系列)
lsBN978-7-121-31678-4
Ⅱ.①赵…②顾…③雷…Ⅲ.①三维动画软件-算法分析Ⅳ.①TP391.41
中guo版本图书馆CP数据核字(2017)第120538号
策划编辑:张迪(zhangdi@phei.com.cn)
责任编辑:张迪
印刷:中guo电影出版社印刷厂
装订:三河市良远印务有限公司
出版发行:电子工业出版社
北京市海淀区万寿路173信箱邮编10006
开本:787×10021/16印张:18.75字数:480千字
版次:2017年7月第1版
印次:2017年7月第1次印刷
定价:99.00元
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序
2015年以来,虚拟现实技术的应用在guo际guo内发展很快。教育、医疗、娱乐
影视、游戏、.安.全.、交通等各行各业都对虚拟现实技术进行了大量应用。虚拟现实
技术的基础和核心是三维计算机图形学,分为四大模块:建模、渲染、动画、交互
目前guo内大量的虚拟现实应用都局限于在西方开发的虚拟现实引擎的技术上进行开
发的上层应用。我们这套丛书着重底层核心技术的讲解,三维计算机图形学在知识
结构上来说需要数学、物理、工程、计算机编程、艺术五个方面。设计建模、渲染
等算法需要微分几何、线性代数、概率统计等数学知识的理解和掌握;动画模拟需
要流体、刚体等物理知识的理解和掌握;把这些数学、物理理论变为程序需要极强
的编码能力,也就是从理论到实践的工程能力;三维图形学的最终表现形式是视觉
上可看得到的,因此也需要良好的艺术修养和审美。虚拟现实和它所依赖的三维计
算机图形学特别适合锻炼并能够融会贯通学生的数学、物理、工程、编程和艺术能
力。三维计算机图形学是一个跨学科的领域,三维图形学处理的是三维模型数据
学生在这个领域中学到的数学建模、工程等能力,也可以用到其他行业,如人工智
能等,对其他行业的大数据进行分析和处理
2008年以来,全guo各个高等院校纷纷在各自软件工程学科专业的基础上开设了
数字媒体技术专业。数字媒体技术专业和计算机科学专业的区别是,前者主要是着
重学习二维图像和三维图形相关的算法和应用开发,而后者还需要学习其他计算机
科学相关的知识。由于开设和建立时间短,各学校的数字媒体技术专业的教学工作
都还处在摸索阶段,也没有形成统一、成熟的教材体系。根据在数字媒体技术专业
多年的教学实践经验,我们总结出本专业要以计算机三维图形学的理论和算法为基
础,以三维应用开发为导向进行建设。
根据多年一线教学经验与反馈,以及当前的三维图形学研究成果,我们编写了
本套丛书。本套丛书涵盖了三维图形学算法的三个方面:建模、动画和渲染。内容
根据数字媒体技术专业的教学特点分散到5本ⅤR三维技术系列图书中。通过本系列
专业图书,再加上已有的成熟的计算机基础编程教材,以及三维软件使用的教材
就可以完整地覆盖数字媒体技术专业的所有课程。
书里的代码采用C#编程语言。C#编程语言是一种结合了C++和Java优点的编
程语言。C#语言相对于其他编程语言来说比较容易学习和掌握,但是本套丛书里讲
述的原理和算法不仅限于C#语言。读者可以通过示例中的代码,采用自己熟悉的编
程语言来进行编程。本套丛书包含了很多计算机图形学会议 Siggraph论文里最新的、
核心的、关键突破和进展的图形学算法讲解、实现和分析。
前言
虚拟现实技术里面最核心的基础是计算机三维图形学技术。其中一个重要的模
块是三维模型的变形技术。这个技术涉及如何光滑地改变一个现有模型的形状,从
而使该模型的整体姿势发生变化,但是保持局部细节不变。例如,把一个杯子拉伸
等。变形算法从20世纪80年(违禁词语-已隐藏)始,到现在已经30多年的历程。有各种各样的类
别和方法,在商业软件,如Maya等已经进行应用。
本书不仅讲述了这些商业系统中成熟的应用,而且还讲述了最新的、还没有集
成到商业软件中的变形算法。虽然现在大部分虚拟现实的应用都是基于商业软件进
行三维模型的功能实现,但是针对特定的需求,需要掌握具体底层的技术,从而进
行开发。这本书针对变形算法提供了系统的讲解和实例,从而使读者能够对变形算
法有全面的了解、学习和掌握,并且可以直接进行应用
三维模型变形算法的设计也需要用到微分几何、物理等知识。但是它们是作为
我们设计算法的基石和指导,在算法设计过程中,我们针对特定的需求,需要通过
近似、简化等方法建立灵活的新的数学模型。也就是三维图形学的算法不仅仅是数
学、物理的纯粹计算。
《三维模型变形算法:理论和实现(C#版本)》介绍了三维模型变形算法和线条
抽取算法。本书分为14章,详细讲述了 Blender软件中的变形、网格变形算法、外
包框变形算法、均值坐标变形算法、格林变形算法、拉普拉斯变形算法、拉普拉斯
矩阵在三维模型近似、光滑、优化、骨骼抽取、顶点之间最短距离算法上的应用;
还有三维模型的频谱分析、骨骼动画算法、蒙皮算法、三维曲线生成算法、三维模
型特征曲线的抽取算法。本书包含了三维模型处理的各种核心算法
本书不仅可以作为数字媒体技术专业的专业基础课,还可以作为计算机学科和
软件工程学科“数据结构和算法”、“计算机图形学”等课程的教材和参考书。需要
书里部分代码的读者可以发邮件向作者索取,邮箱地址:graphicsresearch@qq.com。
赵辉
2017年05月于清华大学近春园
作者简介
赵辉,虚拟现实专家、清华大学丘成桐数学科学中心访问学
者、哈佛大学访问学者。主要研究计算微分几何、拓扑、三维模
型处理算法(三维模型简化、细分、分割、变形、光滑、参数
化、向量场、四边形化等)、三维动画算法(骨骼动画、蒙皮算
法)、渲染算法(非真实感渲染、实时渲染、基于物理渲染),以
及三维技术在3D打印、虚拟现实、增强现实、三维游戏、手机游戏、影视特效等的
应用
顾险峰,师从guo际著名微分几何大师丘成桐院士,现于纽约
州立大学石溪分校计算机科学系和应用数学系终身教授,清华大
学丘成桐数学科学中心客座教授,大连理工大学海天学者,首都
师范大学数字几何和成像实验室主任等。2005年获得美guoguo家自
然科学基金 CAREER奖,2006年获得中guoguo家自然科学基金海外
杰出青年学者奖,2013年第六届世界华人数学家大会晨兴应用数
学金奖等。
顾险峰教授和丘成桐先生及其合作者共同创立了一门新兴的跨领域学科:计算
共形几何。这门学科结合了现代几何和计算机科学,广泛应用于计算机图形学、计
算机视觉、可视化、几何建模、网络和医学图像等领域
雷娜,大连理工大学软件学院教授,博士生导师,北京市成
像技术高精尖创新中心兼职研究员;中guo工业与应用数学学会几
何设计与计算专业委员会委员;中guo数学会计算机数学专业委员
会委员;美guo数学会 Mathematical Review评论员;清华大学数学
科学中心访问教授;纽约州立大学石溪分校计算机系访问教授;
德克萨斯大学奥斯汀分校计算工程与科学研究所 research fellow
中科院数学与系统科学研究院访问学者。主要研究兴趣是应用现
代微分几何和代数几何的理论与方法解决工程及医学领域的问题,聚焦于计算共形
几何、计算拓扑、符号计算及其在计算机图形学、计算机视觉、几何建模和医学图
像中的应用。
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