從20世紀(jì)50年代開始，世界進(jìn)入了計(jì)算機(jī)時代，計(jì)算機(jī)開始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。在初的應(yīng)用中，圖形圖像就是主要的應(yīng)用方向，如機(jī)械設(shè)計(jì)（CAD）和電視信號編碼等。圖形學(xué)科和圖像學(xué)科也在計(jì)算機(jī)應(yīng)用的早期就已經(jīng)建立起來并快速發(fā)展，對圖形圖像的應(yīng)用建立了理論基礎(chǔ)。在圖形圖像學(xué)科研究及應(yīng)用的發(fā)展過程中，建立了較完整的理論體系和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為應(yīng)用的普及建立了技術(shù)基礎(chǔ)。隨著時代的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用逐漸從工業(yè)領(lǐng)域普及到了各個領(lǐng)域，特別開拓了以游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)為代表的數(shù)字媒體領(lǐng)域，對社會文化的進(jìn)步起到了引領(lǐng)作用。當(dāng)今社會，從產(chǎn)業(yè)的規(guī)模、從業(yè)人員、消費(fèi)群體等多方面看，可以說已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字媒體時代。

圖形學(xué)科和圖像學(xué)科也是一個復(fù)合學(xué)科，包括多個細(xì)分領(lǐng)域，如算法、設(shè)備、交互、傳輸、軟件設(shè)計(jì)等。在應(yīng)用方面，以計(jì)算機(jī)動畫、動漫、數(shù)字電影、電子游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)為代表的數(shù)字媒體也作為一個細(xì)分領(lǐng)域，占據(jù)了突出的地位。現(xiàn)今，數(shù)字媒體應(yīng)用已經(jīng)擁有數(shù)十億使用者，這樣的應(yīng)用規(guī)模也同時推動著數(shù)字媒體技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)、新算法不斷涌現(xiàn)，可以預(yù)見的是，在將來，圖形圖像技術(shù)及應(yīng)用還會發(fā)展到更新的高度。

數(shù)字媒體領(lǐng)域既包括設(shè)計(jì)，也包括技術(shù)工作。其特點(diǎn)一般是基于某種應(yīng)用軟件或應(yīng)用平臺進(jìn)行應(yīng)用的設(shè)計(jì)開發(fā)，過程中必然會涉及圖形圖像的基礎(chǔ)原理和算法，掌握相關(guān)的知識是必要的。有關(guān)計(jì)算機(jī)圖形圖像理論的教材有很多種，但如果以數(shù)字媒體開發(fā)與應(yīng)用教學(xué)為目標(biāo)，會發(fā)現(xiàn)合適的教材較少。多數(shù)教材講解基礎(chǔ)的算法、原理，而不能和應(yīng)用實(shí)踐聯(lián)系起來。還有一些教材是從圖形接口如DirectX等出發(fā)，脫離基礎(chǔ)，不易理解，還容易陷入編程細(xì)節(jié)中。面對數(shù)字媒體專業(yè)，特別是設(shè)計(jì)方向的數(shù)字媒體專業(yè)，圖形圖像理論應(yīng)著眼于以下目標(biāo)：

（1）理解圖形圖像的數(shù)字構(gòu)成；

（2）理解主流設(shè)計(jì)工具（如OpenGL、DirectX、Unity3d等）所涉及的概念和原理；

（3）掌握數(shù)字媒體開發(fā)中常用的圖形圖像算法，如圖形變換、網(wǎng)格面片計(jì)算、圖形著色、色彩計(jì)算及圖像幾何處理等；

（4）了解當(dāng)前圖形圖像領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，如先進(jìn)的渲染技術(shù)、GPU計(jì)算等。

教材的主旨是讓學(xué)生具備基礎(chǔ)的、有實(shí)用價值的圖形圖像知識，在學(xué)習(xí)使用數(shù)字媒體設(shè)計(jì)工具時，容易理解其各種功能的作用和制約。在進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)編程時，能夠設(shè)計(jì)技術(shù)路線，對技術(shù)步驟有較準(zhǔn)確的把握。教學(xué)應(yīng)該始終圍繞數(shù)字媒體設(shè)計(jì)開發(fā)工具（3ds Max、Photoshop、Unity、HTML5等）進(jìn)行。

本書共包括10章：第1章到第8章為圖形圖像知識的基礎(chǔ)部分；第9、10章為提高部分，這部分介紹了一些較高級的圖形學(xué)算法，對學(xué)習(xí)者起到引領(lǐng)和提升作用。第1章為緒論；第2章介紹了圖形學(xué)的基本概念和體系；第3章介紹了圖形圖像的數(shù)字化表達(dá)方法；第4章介紹了圖形變換原理，包括基本變換、組合變換、攝像機(jī)變換、視窗變換等基本理論；第5章介紹了裁剪、消隱、光柵化等圖形處理的基礎(chǔ)算法；第6章介紹了曲線曲面建模的基本數(shù)學(xué)理論，包括Bezier曲線曲面和B樣條曲線曲面的數(shù)學(xué)原理；第7章介紹了色彩計(jì)算的幾種基礎(chǔ)算法，包括光照計(jì)算和紋理映射技術(shù)；第8章介紹了圖像技術(shù)的一些基礎(chǔ)算法，包括圖像的表示、圖像變換、常用圖像特效算法；第9章介紹了幾種常見的動畫算法，包括骨骼動畫算法、布料動畫算法、粒子動畫算法、水面動畫算法等；第10章以NVIDIA芯片為代表介紹了目前主流的GPU渲染技術(shù)；附錄為實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。

由于編者水平有限、時間倉促，本書難免在內(nèi)容選材和敘述上有不妥和疏漏之處，竭誠歡迎廣大讀者批評指正。

編 者

2020年11月