书籍摘要

作者简介

Gabriel Gambetta 是一位资深软件工程师，自幼对编程充满热情，从五岁起就开始编写游戏。他在乌拉圭的一所大学教授计算机图形学多年，并创立了一家游戏开发公司。目前，他在谷歌苏黎世担任高级软件工程师。他的教学经验和对图形学的深刻理解，使他能够以通俗易懂的方式讲解复杂的计算机图形学概念。

内容概述

《Computer Graphics from Scratch》是一本面向初学者和专业人士的计算机图形学入门书籍，专注于 3D 渲染技术。本书以简单易懂的方式，逐步引导读者构建两个完整的渲染器：一个光线追踪器（raytracer）和一个光栅化器（rasterizer）。通过这两个渲染器的实现，读者将深入理解光线与物体表面的交互、阴影和反射的生成，以及如何从任意视角渲染场景。

书籍结构

第一部分：光线追踪（Raytracing）

• 基础概念：介绍了画布（canvas）、坐标系统、颜色模型等基本概念。
• 基本光线追踪：通过简单的光线与球体的交点计算，实现基本的渲染功能。
• 光照模型：引入点光源、方向光源和环境光，模拟光线与物体的交互。
• 阴影与反射：实现阴影和镜面反射效果，使场景更加逼真。
• 扩展光线追踪器：讨论了如何优化光线追踪器，包括支持其他几何体、透明物体和折射等高级特性。

第二部分：光栅化（Rasterization）

• 绘制直线：从简单的直线绘制算法入手，逐步扩展到更复杂的形状。
• 填充三角形：介绍了如何使用线性插值算法绘制填充三角形。
• 阴影三角形：通过插值算法实现三角形内的颜色渐变效果。
• 透视投影：讲解了如何将 3D 点投影到 2D 平面上。
• 场景描述与渲染：介绍了如何使用模型和实例的概念来组织和渲染复杂的 3D 场景。
• 裁剪（Clipping）：讨论了如何裁剪超出视野范围的物体，以避免渲染不必要的部分。
• 隐藏面消除：介绍了深度缓冲（depth buffering）和背面剔除（back face culling）等技术，以正确渲染固体物体。
• 着色（Shading）：实现了平面着色、Gouraud 着色和 Phong 着色等多种着色技术。
• 纹理映射：讲解了如何将纹理应用到三角形上，以增加物体的细节。
• 扩展光栅化器：讨论了法线映射、环境映射和阴影映射等高级技术，进一步提升渲染效果。

适用人群

本书适合对计算机图形学感兴趣的高中生、大学生以及专业工程师。作者假设读者具备基本的编程知识和高中数学水平，无需依赖任何特定的图形 API 或硬件加速技术。书中提供了详细的伪代码和在线 JavaScript 演示，方便读者理解和实践。

特色与价值

• 从零开始：本书从最基础的概念讲起，逐步构建复杂的渲染器，让读者真正理解 3D 渲染的原理。
• 简单易懂：作者避免了复杂的数学推导，用通俗易懂的语言讲解图形学的核心概念。
• 实践性强：通过伪代码和在线演示，读者可以轻松将理论应用于实际，动手实现自己的渲染器。
• 覆盖面广：不仅涵盖了光线追踪和光栅化两种主要渲染技术，还介绍了多种高级特性，如阴影、反射、纹理映射等。

总之，《Computer Graphics from Scratch》是一本理想的入门书籍，能够帮助读者快速掌握计算机图形学的核心概念和渲染技术。