游戏开发与计算机图形学中的数学

想入门游戏开发或计算机图形学，却被数学门槛拦住？本书专为你而来！以Python、Pygame和PyOpenGL为工具，从向量、矩阵等基础数学，到光照、纹理、相机导航等核心技术，全流程拆解游戏开发与图形学的数学逻辑。书中满是可直接运行的代码示例和阶梯式项目练习，从绘制2D图形到构建3D场景，手把手带你打通数学与技术的壁垒。不管你是学生、编程爱好者还是行业新人，都能通过本书夯实核心基础、提升实操能力，轻松开启游戏开发与计算机图形学的进阶之路！

在图形与游戏开发的奇幻世界里，数学宛如隐藏在幕后的魔法师，是塑造逼真三维场景、实现流畅对象操作的核心力量。当你想深入探索实时计算机图形生成、精准操作三维对象时，扎实的数学技能必不可少。本书是一本全面且实用的指南，它摒弃了枯燥的理论堆砌，以一系列基于问题的实践练习为引，带你回归数学的“基础”，层层递进地揭开计算机图形学的神秘面纱。从绘制简单的图形线条与形状，到熟练应用向量与顶点；从构建和渲染网格，到巧妙运用顶点着色器提升渲染效率，每一个环节都紧密围绕数学原理展开，让你在实践中领悟数学与图形开发的紧密联系。借助Python、Pygame和PyOpenGL，你将创建属于自己的基于数学的引擎和API，并在构建应用程序和示例的过程中不断实践，逐步掌握将这些理论知识转化为实际成果的能力。读完本书，你不仅能深入理解数学在三维虚拟环境创建、渲染和操作中的关键作用，更能洞悉顶级图形和游戏引擎背后的核心秘密。无论你是初涉游戏开发领域的新手，还是渴望提升技能的有经验开发者，本书都将为你提供宝贵的知识和经验。通过阅读本书，你将：精通Python、PyCharm、Pygame和PyOpenGL的基本使用方法。尝试不同的图形API绘图命令。复习基础三角学，理解其在三维环境构建中的重要性。应用向量和矩阵来移动、定位和缩放三维对象。巧妙运用纹理、颜色等渲染三维对象，打造视觉盛宴。学会编写顶点着色器，利用GPU实现高效渲染。

佩妮·德·比尔（Penny de Byl）一位全栈开发工程师，拥有图形学荣誉学士学位以及游戏人工智能方向的博士学位。她热衷于教学，在澳大利亚和欧洲的多所高校从事游戏开发与计算机图形学教学工作，至今已有超过25年的教龄。她的畅销教材Holistic Game Development with Unity被全球100多所院校采用。她凭借出色的教学能力斩获众多奖项，包括澳大利亚政府颁发的卓越教学奖，以及Unity移动游戏课程竞赛奖。

译者序

前言

关于作者

关于审校者

第一部分 基础工具

第1章 你好，图形窗口

1.1 技术要求

1.2 从Python、PyCharm和Pygame开始

1.3 创建一个基本的图形窗口

1.4 使用窗口和笛卡儿坐标系

1.4.1 实操

1.4.2 练习

1.5 总结

1.6 答案

第2章 开始绘制

2.1 技术要求

2.2 颜色

2.2.1 实操

2.2.2 练习

2.3 线条

2.3.1 实操1

2.3.2 练习

2.3.3 实操2

2.4 文本

2.4.1 实操

2.4.2 练习

2.5 多边形

2.5.1 实操

2.5.2 练习

2.6 光栅图像

2.7 总结

2.8 答案

第3章 逐像素绘制线条图

3.1 技术要求

3.2 原始方法：用蛮力画线

3.3 改进方法：使用布雷森汉姆算法

3.4 用布雷森汉姆方法画圆

3.5 抗锯齿

3.6 总结

第4章 图形与游戏引擎组件

4.1 技术要求

4.2 探索OpenGL图形管线

4.3 使用网格绘制模型

4.3.1 实操

4.3.2 练习

4.4 通过相机观察场景

4.5 将像素投影到屏幕上

4.6 理解OpenGL中的三维坐标系

4.6.1 透视投影

4.6.2 练习1

4.6.3 投影到NDC

4.6.4 实操

4.6.5 练习2

……

第二部分 基础三角学

第三部分 基本变换

第四部分 基本渲染技术