Practical Algorithms for 3D Computer Graphics, Second Edition

در دنیای امروز، گرافیک سه‌بعدی (3D computer graphics) از صنعت سرگرمی و بازی‌های رایانه‌ای گرفته تا شبیه‌سازی‌های علمی و واقعیت مجازی، نقشی انکارناپذیر ایفا می‌کند. کتاب «Practical Algorithms for 3D Computer Graphics, Second Edition» نوشتهٔ آر. استوارت فرگوسن (R. Stuart Ferguson)، به‌عنوان مرجعی جامع و عملی، الگوریتم‌های بنیادینی را آموزش می‌دهد که هستهٔ اصلی تمام بسته‌های نرم‌افزاری گرافیک سه‌بعدی را تشکیل می‌دهند و برای هر توسعه‌دهنده‌ای در این حوزه حیاتی هستند.

دربارهٔ کتاب Practical Algorithms for 3D Computer Graphics

ویرایش دوم این کتاب که در سال ۲۰۱۳ منتشر شده، بر پایهٔ اصول ریاضی نسخهٔ پیشین بنا شده اما با افزودن جدیدترین تکنیک‌ها و الگوریتم‌ها به‌روز شده است. این کتاب با استفاده از کتابخانه‌های استاندارد اوپن‌جی‌ال (OpenGL) و نسخهٔ مخصوص دستگاه‌های همراه آن (OpenGL ES)، شما را قادر می‌سازد تا مجموعه‌ای کامل از برنامه‌ها را برای انیمیشن‌سازی، مدل‌سازی و تولید تصاویر سه‌بعدی ایجاد کنید. این کتاب که به‌عنوان منبعی درسی برای دوره‌های ترکیبی تئوری و عملی گرافیک توصیه شده، با پشتیبانی از نرم‌افزار متن‌باز مدل‌سازی و انیمیشن OpenFX، رویکردی عملی و مبتنی بر تجربه را ارائه می‌دهد که به تشویق فراگیران برای آزمایش کمک می‌کند. مطالب کتاب در سه بخش اصلی تدوین شده‌اند: بخش اول با عنوان «اصول پایه»، مفاهیم ریاضی و ساختمان داده‌های مورد نیاز را پوشش می‌دهد و به مبانی تجسم و انیمیشن می‌پردازد. بخش دوم، «گرافیک سه‌بعدی کاربردی»، به برنامه‌نویسی مدرن با اوپن‌جی‌ال، گرافیک برای دستگاه‌های همراه و استفاده از مجموعه‌ابزار کامل OpenFX اختصاص دارد. بخش سوم نیز الگوریتم‌های عملی برای مدل‌سازی و بافت‌های رویه‌ای را شامل می‌شود. از نکات برجسته این ویرایش، اضافه شدن مباحث جدیدی مانند مدل‌سازی ذرات، الگوریتم «مارچینگ کیوبز» (marching cubes) برای تولید سطوح سه‌بعدی، و تکنیک‌های پیشرفته‌ای برای نمایش مو و خز است.

دربارهٔ نویسنده

آر. استوارت فرگوسن (زاده ۱۹۵۳)، نویسندهٔ این کتاب، تجربه‌ای غنی در زمینهٔ گرافیک رایانه‌ای دارد و سابقهٔ کار بر روی دو برنامهٔ جامع تجاری انیمیشن و مدل‌سازی سه‌بعدی به نام‌های «Envisage 3D» و «SoftFX» را در کارنامهٔ خود دارد. همچنین، فرگوسن به‌عنوان یکی از توسعه‌دهندگان پروژهٔ متن‌باز OpenFX فعالیت داشته و از این طریق با پیشرفت‌های فناوری در این حوزه به‌روز باقی مانده است.

چرا باید Practical Algorithms for 3D Computer Graphics را بخوانید؟

پوشش کامل الگوریتم‌های بنیادین: این کتاب الگوریتم‌های اصلی مورد استفاده در تمام نرم‌افزارهای گرافیک سه‌بعدی را از مدل‌سازی و انیمیشن گرفته تا رندرینگ، به‌روشنی و با دقت بالایی پوشش می‌دهد. رویکردی کاملاً عملی و کاربردی: با استفاده از برنامه‌نویسی اوپن‌جی‌ال و پشتیبانی از نرم‌افزار OpenFX، این کتاب به شما امکان می‌دهد تا الگوریتم‌ها را به‌صورت عملی پیاده‌سازی کرده و مهارت‌های خود را ارتقا دهید. منبعی به‌روز برای فناوری‌های مدرن: این ویرایش دوم شامل مباحث جدیدی مانند گرافیک سه‌بعدی برای دستگاه‌های همراه، واقعیت مجازی و تکنیک‌های پیشرفته مدل‌سازی است که آن را برای توسعه‌دهندگان امروزی بسیار مرتبط می‌سازد. مرجعی عالی برای توسعه‌دهندگان بازی: بررسی‌های معتبر، این کتاب را به‌ویژه برای دانشجویان و حرفه‌ای‌هایی که به‌دنبال شغلی در زمینهٔ توسعهٔ بازی‌های رایانه‌ای هستند، بسیار مفید ارزیابی کرده‌اند. دسترسی به محتوای تکمیلی آنلاین: کتاب با کدهای منبع، نمونه‌های جامع و مستندات آنلاین همراه است که فرآیند یادگیری را تسهیل می‌کند.

این کتاب برای چه کسانی مناسب است؟

این کتاب برای طیف وسیعی از علاقه‌مندان و متخصصان گرافیک رایانه‌ای طراحی شده است. این منبع برای تازه‌واردانی که به حوزه پژوهش گرافیک و بازی‌های سه‌بعدی قدم گذاشته‌اند، بسیار ارزشمند است. همچنین، توسعه‌دهندگان نرم‌افزار با تجربه‌تر که قصد دارند ماژول‌های الحاقی برای برنامه‌های سه‌بعدی بنویسند یا کدهای شِیدر (shader) برای موتورهای بازی‌های تجاری توسعه دهند، می‌توانند از آن به‌عنوان یک مرجع عالی استفاده کنند. با این حال، به‌گفتهٔ یکی از منتقدان، این کتاب برای مبتدیان مطلق در نظر گرفته نشده و داشتن آشنایی اولیه با مبانی گرافیک می‌تواند مفید باشد.

سوالات متداول

تفاوت اصلی این ویرایش دوم با ویرایش اول کتاب در سال ۲۰۰۱ چیست؟

از زمان انتشار ویرایش اول، جنبه‌های پیاده‌سازی گرافیک سه‌بعدی دستخوش تغییرات قابل‌توجهی شده، به‌ویژه با پیشرفت فناوری‌های واقعیت مجازی. ویرایش دوم با اضافه کردن مباحث جدیدی مانند برنامه‌نویسی مدرن اوپن‌جی‌ال، گرافیک موبایل، مدل‌سازی ذرات و تکنیک‌های رندر مو و خز، این تحولات را منعکس می‌کند.

آیا برای استفاده از این کتاب به نرم‌افزار خاصی نیاز است؟

بله، کتاب بر استفاده از کتابخانه‌های اوپن‌جی‌ال (OpenGL) و اوپن‌جی‌ال ای‌اس (OpenGL ES) تأکید دارد و همچنین از نرم‌افزار متن‌باز OpenFX به‌عنوان یک مجموعه ابزار کامل برای مدل‌سازی و انیمیشن پشتیبانی می‌کند. کدهای نمونه و مثال‌های متعدد نیز به‌صورت آنلاین در دسترس هستند.

آیا این کتاب برای کسانی که قصد ورود به صنعت بازی‌سازی را دارند، مفید است؟

بله، این کتاب به‌صراحت برای افرادی که به پژوهش گرافیک و بازی‌های سه‌بعدی رایانه‌ای علاقه‌مندند، مناسب معرفی شده است. دیدگاه عملی و پوشش الگوریتم‌های کلیدی، آن را به منبعی ارزشمند برای توسعه‌دهندگان بازی تبدیل می‌کند.

""A valuable book to accompany any course that mixes the theory and practice of 3D graphics. The book's web site has many useful programs and code samples.""-Karen Rafferty, Queen's University, Belfast""The topics covered by this book are backed by the OpenFX modeling and animation software. This is a big plus in that it provides a practical perspective and encourages experimentation. ... [This] will offer students a more interesting and hands-on learning experience, especially for those wishing to pursue a career in computer game development.""-Naganand Madhavapeddy, Game Developer]]> Read more... Abstract: ""A valuable book to accompany any course that mixes the theory and practice of 3D graphics. The book's web site has many useful programs and code samples.""-Karen Rafferty, Queen's University, Belfast""The topics covered by this book are backed by the OpenFX modeling and animation software. This is a big plus in that it provides a practical perspective and encourages experimentation. ... [This] will offer students a more interesting and hands-on learning experience, especially for those wishing to pursue a career in computer game development.""-Naganand Madhavapeddy, Game Developer]]> "Practical Algorithms for 3D Computer Graphics, Second Edition covers the fundamental algorithms that are the core of all 3D computer graphics software packages. Using Core OpenGL and OpenGL ES, the book enables you to create a complete suite of programs for 3D computer animation, modeling, and image synthesis. Since the publication of the first edition, implementation aspects have changed significantly, including advances in graphics technology that are enhancing immersive experiences with virtual reality. Reflecting these considerable developments, this second edition presents up-to-date algorithms for each stage in the creative process. It takes you from the construction of polygonal models of real and imaginary objects to rigid body animation and hierarchical character animation to the rendering pipeline for the synthesis of realistic images. New to the Second EditionNew chapter on the modern approach to real-time 3D programming using OpenGLNew chapter that introduces 3D graphics for mobile devices New chapter on OpenFX, a comprehensive open source 3D tools suite for modeling and animationDiscussions of new topics, such as particle modeling, marching cubes, and techniques for rendering hair and furMore web-only content, including source code for the algorithms, video transformations, comprehensive examples, and documentation for OpenFXThe book is suitable for newcomers to graphics research and 3D computer games as well as more experienced software developers who wish to write plug-in modules for any 3D application program or shader code for a commercial games engine"-- Provided by publisher "Preface Taken as a whole, the topics covered in this book will enable you to create a complete suite of programs for three-dimensional computer animation, modeling and image synthesis. It is about practical algorithms for each stage in the creative process. The text takes you from the construction of polygonal models of objects (real or imaginary) through rigid body animation into hierarchical character animation and finally down the rendering pipeline for the synthesis of realistic images of the models you build. The content of the first edition of the book, published in 2001, arose from my experience of working on two comprehensive commercial 3D animation and mod- eling application programs (Envisage 3D and SoftFX) for the personal computer in the 1990s. In that time the capabilities of both the hardware and software for creating computer graphics increased almost unimaginably. Back in 2001 it was hard to envisage how radically the graphics scene would change again as the special purpose graphics processors (GPUs) rolled out, with ever increasing capabilities. Since 2001 we have been finding new and exciting ways to take advantage of the advancements in graphics technology through an open source 3D animation and modeling program called OpenFX and in investigating how to enhance the immersive experience with virtual reality [60]. I am sure that the computer games of the future will have to interact with all the human senses and not just our sight. Glimpses of this are here now in the Nintendo Wii and the Microsoft Kinect"-- Provided by publisher MuPDF error: syntax error: invalid key in dict MuPDF error: syntax error: invalid key in dict MuPDF error: syntax error: invalid key in dict MuPDF error: syntax error: invalid key in dict MuPDF error: syntax error: invalid key in dict MuPDF error: syntax error: invalid key in dict MuPDF error: syntax error: invalid key in dict MuPDF error: syntax error: invalid key in dict MuPDF error: syntax error: invalid key in dict Front Cover 1 Contents 6 Preface 10 Part I: Basic principles 14 1. Introduction 16 2. Basic theory and mathematical results 24 3. Data structures for 3D graphics 82 4. Basic visualization 100 5. Realistic visualization 178 6. Computer animation 200 Part II: Practical 3D graphics 272 7. Real-time 3D: OpenGL 276 8. Mobile 3D: OpenGLES 306 9. The complete package: OpenFX 332 Part III: Practical algorithms for modeling and procedural textures 384 10. Modeling with polygonal datasets 388 11. Algorithms for procedural textures 466 Bibliography 512