计算机图形学起源于图灵奖获得者、美国科学院和工程院院士Ivan Surtherland在20世纪60年代发明的交互式绘图系统——“画板”。在过去半个世纪的时间里，计算机图形学的研究与发展可谓“一日千里”，并且在CAD/CAM/CAE、影视制作、计算机游戏、计算机仿真等领域有着广泛的应用。事实上，计算机图形学已经成为相对成熟的学科，理论和方法精彩纷呈，是计算机科学中最活跃的分支，也是计算机科学和工程应用之间的桥梁。
20世纪80—90年代，是国际上计算机图形学蓬勃发展的黄金时期，而国内则处于刚起步阶段。那时，有关计算机图形学的中文教材和参考书甚少，使得图形学的入门较为困难。为了吸引学生和科技工作者投入到计算机图形学，推动国内计算机图形学的发展，老一辈的学者高瞻远瞩，开始翻译或者编著计算机图形学教材，例如北京航空航天大学的唐荣锡教授，清华大学的唐泽圣教授、孙家广教授，浙江大学的梁友栋教授、石教英教授、彭群生教授、汪国昭教授等前辈。今天看来，这些经典的图形学教材，对推动当时国内计算机图形学的普及和发展起到了很好的作用，培养了一大批的图形工作者。
近二十年来，计算机科学和技术发生了巨大的变化，以人工智能、云计算、大数据、虚拟现实与增强现实等为代表的新技术也带动了计算机图形学的进一步发展，涌现出了更加激动人心的图形学浪潮。然而，目前的图形学教材略显滞后，尚未及时整理和吸收这些新发展。这就迫切需要一本能够反映图形学崭新内容的教材，以使初学者或者具有图形学基础知识的人能够及时掌握这些新发展。
本书的出现，恰好能够弥补上述的不足。本书对以往图形学教材的内容做了大幅的扩展，尤其是涵盖了许多计算机图形学的新发展。这是本书的一大特色，对新形势下计算机图形学学科的传承与发扬具有重要的意义。具体到章节安排上，本书的第2、3、5章是经典图形学的建模和绘制内容，而其余章节则详细介绍了近二十年计算机图形学在方法和应用方面取得的新进展，包括数字几何处理、非真实感绘制、基于图形的影像处理、计算摄像等内容。这为初学者快速掌握最新的计算机图形学理论、方法和技术，提供了很好的入门教材和参考资料。
除了理论和方法学习，计算机图形学也是一门很注重实践的学科，需要通过编程来实现各种图形学算法。因此，本书列举了很多的例题，并在书中给出了一些代表性算法关键步骤的伪代码。相应的源代码也提供了网络下载。这对初学者正确理解和快速掌握本书中所介绍的图形学方法和技术大有裨益。同时，每章后的思考题和书后的参考文献也能引发读者继续深入学习。
值得一提的是，本书的作者黄华教授和张磊副教授长期从事计算机图形学的教学和科研工作，在国内外重要学术期刊和会议上发表了大量的论文。他们对经典计算机图形学的内容和现代计算机图形学的新进展都有着深入的研究和体会，在此基础上汇聚成了本书的内容。虽不一而足，但仍可借鉴。因此，相信本书的问世，将能够及时、全面、翔实地介绍计算机图形学的过去和现在的内容，为初学者或者具有一定图形学基础的低年级学生提供一本新的教材和参考书，推进计算机图形学的进一步发展。


清华大学
计算机科学与技术系
2020年1月〖1〗现代计算机图形学基础我从2013年开始接手研究生“计算机图形学”课程的教学工作。甫一接手就寻找合适的教材，以满足研究生培养的要求。说实话，我并没找到一本合适的教材。主要原因是，目前市面上大多数的图形学教材内容比较陈旧，基本都是传统图形学的内容，而最近的一二十年，计算机图形学突飞猛进。传统图形学的建模、绘制的很多内容都已经被集成到GPU中，普通人员接触不到，而图形学近二十年的进展在目前教材中体现过少。作为研究生，必须了解较新的学科发展状况。从那时起就萌发了编写“计算机图形学”课程讲义的想法，让研究生通过这门课程既能掌握经典图形学的内容，也能了解现代图形学的新进展。
还是在2013年5月，清华大学胡事民教授将他最近几年给研究生讲授“计算机图形学”课程的课件提供给了我，同时，我也收集了其他兄弟高校的课件。基于这些课件我完成了自己的课件。此后每年授课过程中，都会对课件进行修改和完善。
2016年秋，我获批了学校图形学与虚拟现实研究生教学团队建设项目，编写“计算机图形学”课程的讲义是该项目的目标之一。于是在2016年冬天，我们邀请浙江大学鲍虎军教授、清华大学胡事民教授和雍俊海教授、山东大学张彩明教授等国内计算机图形学领域的资深专家，对我们的课程讲义大纲进行了评审。与会专家充分肯定了出版一本适合研究生教学用的图形学教材非常必要，并对课程的内容提出了大量的建设性意见。这让我们深受鼓舞。
此后，我们就开始根据课程讲义大纲编写教材，虽然已经有了课件，但编写起来还是非常耗时耗力的，毕竟落在纸面上，需要尽可能地准确和严谨。这样，经过两年的辛勤努力，到了2018年冬天，终于拿出了一个初稿，并将书名定为《现代计算机图形学基础》。2018年12月，我们又请清华大学胡事民教授和浙江大学鲍虎军教授对初稿进行了审阅，两位教授再次提出了一些宝贵意见，特别是鲍虎军教授对教材的章节安排给出了重要建议。
感谢清华大学出版社龙启铭先生。因为此前有过合作，在2018年冬天，和龙启铭先生聊天时谈起我们正在编写“计算机图形学”课程的教材。不曾想龙启铭先生非常积极，提出看看书稿，书稿看完后，就提议由清华大学出版社出版，并提出了部分章节内容扩充、提供伪代码以及插图制作等方面的建议。我们在此基础上进一步对书稿进行了修改完善，终在2019年秋天完成了书稿第一版定稿。
本书中，除了传统计算机图形的几何建模、真实感绘制、计算机动画等内容外，还包括了数字几何处理、非真实感绘制、基于图形的影像处理、计算摄像、GPU图形计算等，不少内容都取自近二十年图形学方向的高水平论文，可充分反映计算机图形学的新进展。同时，在教材编写过程中，考虑传统图形学的建模、绘制等内容都已经被集成到GPU中了，我们较大幅度压缩了这部分的内容。
本书既可以用于研究生教材和计算机图形学相关方向的科研工作者查阅，也可以选择部分内容作为本科生教材。本书配套的源代码、课件等都通过网络提供。
因才疏学浅，且时间、精力有限，本书中如出现错误之处，敬请指出，以便后续完善。
最后，衷心感谢浙江大学鲍虎军教授、清华大学胡事民教授等专家，清华大学出版社龙启铭先生，以及其他对本书的出版给予支持和帮助的所有人。没有你们，就不会有这本教材。

黄华
2020年1月