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

圖形學科和圖像學科也是一個復合學科，包括多個細分領域，如算法、設備、交互、傳輸、軟件設計等。在應用方面，以計算機動畫、動漫、數(shù)字電影、電子游戲、虛擬現(xiàn)實為代表的數(shù)字媒體也作為一個細分領域，占據(jù)了突出的地位�，F(xiàn)今，數(shù)字媒體應用已經(jīng)擁有數(shù)十億使用者，這樣的應用規(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)，可以預見的是，在將來，圖形圖像技術(shù)及應用還會發(fā)展到更新的高度。

數(shù)字媒體領域既包括設計，也包括技術(shù)工作。其特點一般是基于某種應用軟件或應用平臺進行應用的設計開發(fā)，過程中必然會涉及圖形圖像的基礎原理和算法，掌握相關(guān)的知識是必要的。有關(guān)計算機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)與應用教學為目標，會發(fā)現(xiàn)合適的教材較少。多數(shù)教材講解基礎的算法、原理，而不能和應用實踐聯(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，不易理解，還容易陷入編程細節(jié)中。面對數(shù)字媒體專業(yè)，特別是設計方向的數(shù)字媒體專業(yè)，圖形圖像理論應著眼于以下目標：

（1）理解圖形圖像的數(shù)字構(gòu)成；

（2）理解主流設計工具（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)格面片計算、圖形著色、色彩計算及圖像幾何處理等；

（4）了解當前圖形圖像領域的技術(shù)發(fā)展，如先進的渲染技術(shù)、GPU計算等。

教材的主旨是讓學生具備基礎的、有實用價值的圖形圖像知識，在學習使用數(shù)字媒體設計工具時，容易理解其各種功能的作用和制約。在進行應用開發(fā)編程時，能夠設計技術(shù)路線，對技術(shù)步驟有較準確的把握。教學應該始終圍繞數(shù)字媒體設計開發(fā)工具（3ds Max、Photoshop、Unity、HTML5等）進行。

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算法，對學習者起到引領和提升作用。第1章為緒論；第2章介紹了圖形學的基本概念和體系；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算法；第6章介紹了曲線曲面建模的基本數(shù)學理論，包括Bezier曲線曲面和B樣條曲線曲面的數(shù)學原理；第7章介紹了色彩計算的幾種基礎算法，包括光照計算和紋理映射技術(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)；附錄為實驗指導。

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