實(shí)時(shí)渲染關(guān)注于快速的在電腦上生成一系列的畫面卤妒，是圖形學(xué)中交互性最強(qiáng)的一個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)一個(gè)畫面出現(xiàn)的屏幕上字币，用戶做出操作或者反應(yīng)荚孵，并且這個(gè)操作會(huì)影響接下來生成什么樣的畫面。用戶反饋和計(jì)算機(jī)渲染組成的循環(huán)維持在一個(gè)足夠快的頻率里進(jìn)行纬朝，就使得用戶不會(huì)感覺自己看到的是單獨(dú)的一張張畫面收叶，更確切的說，會(huì)使用戶沉浸在這樣的一個(gè)動(dòng)態(tài)過程中共苛。
畫面顯示的頻率是通過每秒鐘渲染多少幀（FPS）來表示或者赫茲（Hertz）判没。在頻率為每秒鐘一幀的時(shí)候，幾乎沒有交互性可言隅茎，用戶會(huì)痛苦的等待每一幀新畫面的生成澄峰。當(dāng)達(dá)到6FPS的時(shí)候，交互性的感覺開始出現(xiàn)辟犀。電子游戲致力于達(dá)到30,60,72或者更高的FPS俏竞，因?yàn)樵谶@樣的渲染速度下，用戶可以聚焦于自己的游戲操作和反應(yīng)上。
電影投影儀的畫面頻率是24FPS魂毁，但是通過一個(gè)快門系統(tǒng)(shutter system)把每一幀顯示2或4次來避免畫面閃爍玻佩。刷新率（refresh rate）和顯示頻率（display rate）是兩個(gè)不同的概念，刷新率用Hertz（Hz）表示席楚。一個(gè)能夠把每幀照亮（illuminates）3次的快門（shutter）就擁有72Hz的刷新率咬崔。LCD顯示器同樣也區(qū)分刷新率和顯示頻率兩個(gè)概念。
觀看屏幕上以24FPS播放的畫面是可以接受的一個(gè)狀態(tài)烦秩，但是更高的頻率有助于最小化響應(yīng)時(shí)間（response time）垮斯。低至15毫秒的時(shí)間延遲可以減緩和干擾（slow and interfere）互動(dòng)性。舉例而言只祠，虛擬現(xiàn)實(shí)類產(chǎn)品使用的頭戴式顯示器一般需要90FPS來降低延遲感兜蠕。
對(duì)于實(shí)時(shí)渲染來說不止要考慮交互性。如果渲染速度作為唯一的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)抛寝，任何能快速響應(yīng)玩家指令并且在屏幕上畫點(diǎn)什么的程序都可以滿足牺氨。實(shí)時(shí)的渲染一般意味著產(chǎn)生三維的圖片。
交互性和三維空間感這兩點(diǎn)對(duì)于實(shí)時(shí)渲染這個(gè)定義來說是充分的墩剖，但是出現(xiàn)了第三個(gè)元素成為了其定義中的一部分：圖形加速的硬件猴凹。很多人認(rèn)為1996年出現(xiàn)的3Dfx Voodoo 1 card是消費(fèi)級(jí)三維圖形顯卡的開端。隨著這個(gè)市場(chǎng)快速的進(jìn)步岭皂，每個(gè)臺(tái)式機(jī)郊霎，筆記本，和移動(dòng)設(shè)備都擁有了內(nèi)置的顯卡爷绘。圖1.1和1.2是一些經(jīng)過硬件加速的渲染結(jié)果书劝。
圖形硬件的進(jìn)步助力了在交互計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的研究成果大爆炸。我們將會(huì)聚焦于提供方法來加快渲染速度和提高圖像質(zhì)量土至，于此同時(shí)描述加速算法和圖形APIs的特性和限制购对。我們將無法深度的覆蓋每一個(gè)主題，所以我們的目標(biāo)是展現(xiàn)關(guān)鍵的概念和術(shù)語陶因，解釋相關(guān)領(lǐng)域里最魯棒和具有可行性的算法骡苞，并且提供鏈接通往最佳的進(jìn)一步獲取信息的地方。希望我們做的這些努力楷扬，提供給你理解這些領(lǐng)域的工具解幽，會(huì)值得你花時(shí)間和精力來閱讀此書。
1.1 內(nèi)容概覽
下面是對(duì)書中章節(jié)的簡(jiǎn)要介紹烘苹。
Chapter 2躲株， 圖形渲染管線（The Graphics Rendering Pipeline）。實(shí)時(shí)渲染的核心就是設(shè)置一系列的渲染步驟來描述一個(gè)場(chǎng)景（scene）并轉(zhuǎn)化為可視的東西镣衡。
Chapter 3霜定，圖形處理單元（The Graphics Processing Unit）〉涤疲現(xiàn)代GPU對(duì)渲染管線的各階段實(shí)現(xiàn)，是使用一堆固定功能的可編程的單元的組合望浩。
Chapter 4辖所，空間變換（Transform）≡瘢空間變換是最基本的工具奴烙，用來操作物體的頂點(diǎn)（position）助被，朝向（orientation）剖张，大小（size）揩环，和形狀（shape）以及相機(jī)的坐標(biāo)和視角搔弄。
Chapter 5，著色基礎(chǔ)（Shading Basic）丰滑。開始討論關(guān)于材質(zhì)（materials）和光（lights）的定義顾犹，以及如何使用來取得想要的表面效果，是真實(shí)感（realistic）還是風(fēng)格化的（stylized）褒墨。其他于表現(xiàn)相關(guān)的主題也會(huì)涉及炫刷，比如通過使用抗鋸齒（antialiasing），透明效果（transparency）和伽馬矯正（gamma correction）來提供更高的圖像質(zhì)量郁妈。
Chapter 6浑玛，紋理技術(shù)（Texturing）。作為最強(qiáng)大的工具之一用于在實(shí)時(shí)渲染中能夠快速的訪問和在表面顯示圖片噩咪。這個(gè)過程叫做紋理化顾彰，并且有非常多的不同辦法來實(shí)現(xiàn)。
Chapter 7胃碾，陰影（Shadows）涨享。為場(chǎng)景增加陰影可以增強(qiáng)真實(shí)感和理解。最流行的陰影計(jì)算算法會(huì)被介紹仆百。
Chapter 8厕隧，光和顏色（Light and Color）。在我們使用基于物理的渲染（physically based rendering）之前俄周，我們首先需要理解如何量化光照和顏色栏账。并且在我們的基于物理渲染的流程處理完畢后，我們需要把結(jié)果轉(zhuǎn)化為用于屏幕顯示的值栈源，這個(gè)過程中需要考慮到屏幕的屬性和觀看的環(huán)境挡爵。這兩個(gè)主題都會(huì)在這一章里被涵蓋。
Chapter 9甚垦，基于物理的著色（Physically Based Shading）茶鹃。我們從頭建立一個(gè)對(duì)于物理著色模型的理解涣雕。這一章會(huì)開始于以物理現(xiàn)象為基礎(chǔ)（underlying physical phenomena），包含許多渲染材質(zhì)的模型闭翩，并且結(jié)束于混合材質(zhì)并濾波挣郭，以避免鋸齒和保留表現(xiàn)效果。
Chapter 10疗韵，局部光照（Local Illumination）兑障。探討描述更精致的光照的算法〗锻簦考慮表面著色流译，即光照由物體表面自發(fā)，那些擁有各種特色形狀的物理物體（physical objects）者疤。
Chapter 11福澡，全局光照（Global Illumination）。模擬光和場(chǎng)景之間多次交互增強(qiáng)畫面真實(shí)感的算法驹马。我們討論環(huán)境和方向遮蔽革砸，以及全局光照的漫反射和高光的渲染方法，也有一些有希望的（promising）統(tǒng)一的（unified）方法糯累。
Chapter 12算利，圖像空間的效果（Image-Space Effects）。圖形硬件非常擅長高速處理圖像泳姐。首先會(huì)討論圖像濾波和二次投影（reprojection）效拭，然后我們后調(diào)研幾個(gè)流行的后處理效果：鏡頭光圈（lens flares），動(dòng)態(tài)模糊（motion flur）仗岸，和景深（depth of field）允耿。
Chapter 13，超越多邊形（Beyond Polygon）扒怖。三角形不總是最快的或者最真實(shí)的描述物體的方式较锡。其他的表示方式基于使用圖片，頂點(diǎn)云（point clouds）盗痒，voxels（體素）蚂蕴，和其他各具優(yōu)點(diǎn)的采樣組合形式（sets of samples）。
Chapter 14俯邓，體積的和半透明的渲染（Volumetric and Translucency Rendering）骡楼。這里的關(guān)注點(diǎn)在于體積化的材質(zhì)表現(xiàn)的理論和實(shí)現(xiàn)，以及和光源的交互稽鞭。物理效果的模擬范圍從大規(guī)模的氣體效果（large-scale atmospheric）到頭發(fā)纖維（hair fibers）間的光線散射（scattering）鸟整。
Chapter 15，非照相寫實(shí)主義的渲染（Non-Photorealistic Rendering）朦蕴。嘗試把場(chǎng)景變得很真實(shí)并非唯一的渲染方式篮条。其他的風(fēng)格弟头，比如卡通著色（cartoon shading）和水彩效果（watercolor effect），將會(huì)調(diào)研涉茧。線條和文本的生成技術(shù)也會(huì)討論赴恨。
Chapter 16，多邊形技術(shù)（Polygonal Techniques）伴栓。各種來源的幾何數(shù)據(jù)（Geometric data）有時(shí)需要進(jìn)行調(diào)整伦连，以獲得更快的速度和更好的效果。這里會(huì)介紹關(guān)于多邊形數(shù)據(jù)的表示和壓縮的各方面內(nèi)容钳垮。
Chapter 17惑淳，曲線和曲面（curves and curved surfaces）。更復(fù)雜的表面表示方式可以提供一些優(yōu)勢(shì)扔枫，比如能夠在質(zhì)量和渲染速度之間做出權(quán)衡（trade off）汛聚，更緊湊（compact）的表示锹安，和平滑（smooth）的表面生成短荐。
Chapter 18，管線優(yōu)化（Pipeline Optimization）叹哭。當(dāng)一個(gè)應(yīng)用運(yùn)行并使用高效的算法時(shí)忍宋，各種優(yōu)化技術(shù)可以使得程序運(yùn)行的更快。尋找性能瓶頸（bottleneck）并決定如何處理是這章的主題风罩。多線程也會(huì)被討論糠排。
Chapter 19，加速算法（Acceleration Algorithm）超升。在程序運(yùn)行起來之后入宦，需要做的是提升運(yùn)行速度。各種形式的裁剪（culling）和細(xì)節(jié)分層渲染（level of detail rendering）會(huì)涉及室琢。
Chapter 20乾闰，高效的著色（Effect Shading）。場(chǎng)景里出現(xiàn)大量的光時(shí)會(huì)顯著的降低性能盈滴。在判斷一個(gè)像素是否會(huì)顯示之前就完全的執(zhí)行著色操作是一種浪費(fèi)涯肩。我們會(huì)探索大量的方法阻止這種浪費(fèi)的發(fā)生，以及其他的低效的著色行為巢钓。
Chapter 21， 虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Virtual and Augmented Reality）。這些領(lǐng)域在以快速且穩(wěn)定的頻率生成真實(shí)的圖片時(shí)乱灵，會(huì)遇到一些特有的挑戰(zhàn)溯饵，和相應(yīng)的技術(shù)。
Chapter 22背镇，交叉檢測(cè)方法（Intersection Test Methods）咬展。交叉檢測(cè)對(duì)于渲染花履，用戶交互，碰撞檢測(cè)都非常重要挚赊。這里會(huì)深入探討大量的關(guān)于幾何交叉檢測(cè)的高效算法诡壁。
Chapter 23，圖形硬件（Graphics Hardware）荠割。這里會(huì)聚焦于一些部分如顏色深度（color depth）妹卿，幀緩沖（framebuffer）和基礎(chǔ)算數(shù)類型（basic architecture types）。提供一個(gè)有代表性的GPU學(xué)習(xí)例子蔑鹦。
Chapter 24夺克，The Future. Take a guess (we do). 這里不翻譯了。
由于篇幅限制嚎朽，我們提供了關(guān)于碰撞檢測(cè)（Collision Detection）章節(jié)的下載铺纽，在realtimerendering.com這個(gè)網(wǎng)站上，并且還有一些關(guān)于線性代數(shù)和三角形幾何的擴(kuò)展內(nèi)容哟忍。
1.2 符號(hào)（Notation）和定義（Definitions）
首先狡门，我們應(yīng)該解釋一些本書里用到的術(shù)語。想獲得關(guān)于本章節(jié)和本書中許多術(shù)語的詳盡解釋锅很，可以訪問realtimerendering.com上面的線性代數(shù)擴(kuò)展內(nèi)容其馏。
（這部分內(nèi)容暫時(shí)不看）
