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出版者:中国电力

作者:格伦德盖革

出品人:

页数:476

译者:陈逸

出版时间:2003-1

价格:55.00元

装帧:

isbn号码:9787508312859

丛书系列:

图书标签:

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计算机图形学基础与应用 本书导读：深入探索数字图像的构建与渲染之道 在信息技术飞速发展的今天，计算机图形学已渗透到我们生活的方方面面，从电影特效、电子游戏到医学影像、工业设计，无处不闪耀着其独特的光芒。本书旨在为读者构建一个扎实、系统的计算机图形学知识体系，深度剖析从数学原理到实际应用的全过程，使读者能够真正掌握数字图像生成与处理的核心技术。 第一部分：图形学的数学基石 计算机图形学的实现严重依赖于强大的数学工具。本部分将从最基础的几何概念入手，逐步深入到复杂的线性代数和变换理论。 第一章：空间几何与坐标系统 我们首先需要理解对象在三维空间中的表示方式。本章详细阐述了点、线、面等基本元素的数学定义，以及它们如何在笛卡尔坐标系、齐次坐标系中被精确描述。齐次坐标的引入，是实现复杂几何变换（如平移）的关键桥梁，这一点将在后续章节中得到充分应用。此外，向量代数，包括点积和叉积的几何意义，是理解光照和法线计算的基础，我们将对此进行详尽的讨论和公式推导。 第二章：二维与三维几何变换 几何变换是图形学中最核心的操作之一，它决定了物体的位置、姿态和大小。本章系统讲解了平移、旋转、缩放这三种基本变换的矩阵表示。我们将深入探讨复合变换的原理，即如何通过矩阵乘法将多个变换串联起来，以实现物体在世界坐标系中的精确控制。特别是对于三维旋转，我们将剖析欧拉角（Euler Angles）的局限性，并重点介绍四元数（Quaternions）在避免万向锁问题上的优越性，这是专业级3D引擎开发中不可或缺的知识点。 第三部分：投影与观察 如何将三维场景准确地“投射”到二维屏幕上，是图形管线中的关键步骤。 第三章：透视投影与正交投影 本章区分并详细讲解了两种主要的投影类型。正交投影（Orthographic Projection）常用于工程图纸，保持了平行性；而透视投影（Perspective Projection）则更贴近人眼视觉，通过近平面和远平面的设置，模拟景深和远小近大的效果。我们将推导透视除法的数学模型，并讲解如何构造一个标准的视图矩阵（View Matrix）和投影矩阵（Projection Matrix），将世界坐标下的点变换到规范的裁剪空间（Canonical View Volume）。 第四章：光栅化：从几何到像素 这是将连续的几何信息转换为离散像素信息的阶段。本章聚焦于三角形遍历。我们将详细介绍扫描线算法的原理，包括如何使用边函数（Edge Functions）高效地判断一个像素是否被三角形所覆盖。此外，布雷森汉姆直线算法（Bresenham's Line Algorithm）和圆的绘制算法的整数优化方法也将被深入分析，这些是图形硬件实现的基础。 第四部分：着色与光照模型 图像的真实感很大程度上取决于光照的模拟效果。本部分将从物理光学原理出发，构建逼真的着色模型。 第五章：局部光照模型 我们首先从最基础的兰伯特定反射模型（Lambertian Model，即漫反射）入手，理解其与物体表面法线的关系。随后，我们将引入冯氏光照模型（Phong Reflection Model），这是图形学中最经典的局部光照模型，它包含了环境光、漫反射光和镜面反射光三个组成部分。镜面反射的“高光”效果需要精确计算反射向量和视角向量的夹角，本章会给出完整的公式推导和实现要点。 第六章：纹理映射与材质 为了增加表面的细节，纹理映射是必不可少的。本章讲解了如何将二维图像（纹理）参数化地“贴附”到三维表面上，包括纹理坐标的插值和过滤技术（如最近邻插值和双线性插值），以避免锯齿和摩尔纹。我们还将探讨更高级的材质属性，如凹凸贴图（Bump Mapping）和法线贴图（Normal Mapping），这些技术通过修改表面的法线信息，极大地增强了视觉的粗糙度和细节感，而无需增加实际的几何复杂度。 第五部分：高级渲染技术 为了追求照片级的真实感，我们需要超越简单的局部光照模型。 第七章：深度缓存与可见性判定 在三维场景中，物体之间存在遮挡关系，只有最靠近观察者的表面才应该被绘制。本章详细介绍Z-Buffer（深度缓存）的工作原理，这是现代图形硬件实现可见性判断的主流方法。我们将分析深度值如何在非线性映射下存储，以及它在像素填充阶段如何进行快速比较和更新，确保正确地渲染被遮挡的部分。 第八章：全局光照的初步探索 全局光照考虑了光线在场景中的多次反射，是实现物理真实感（Photorealism）的关键。本章将概述全局光照的基本概念，包括间接光照和焦散。我们将介绍辐射度（Radiosity）方法的基本思想，它主要用于处理漫反射光线的相互影响，虽然计算量大，但对于室内场景的均匀照明效果极佳。同时，也会简要介绍光线追踪（Ray Tracing）的基本流程，包括光线与场景的交点计算，为后续更深入的研究打下基础。 总结与展望 本书以严谨的数学推导为基础，结合实际的渲染流程，为读者构建了一个从几何数据输入到最终像素输出的完整知识图谱。通过对投影、光栅化、光照模型和可见性算法的系统学习，读者将能够理解现代图形渲染引擎的工作机制，并具备开发和优化自己的小型图形系统的能力。本书的知识体系是后续学习计算机动画、虚拟现实（VR）和扩展现实（XR）技术的重要先决条件。

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这本书给我带来的最深层次的感受，是它对于软件工程核心思想的贯彻。它没有局限在某一特定框架的版本更新上，而是致力于讲解那些跨越技术代际的通用原理。例如，对模块化设计和接口抽象的深度剖析，即使未来.NET平台发生了翻天覆地的变化，这些关于软件架构的原则依然是金科玉律。我特别喜欢书中对性能优化的探讨，它没有给出太多“玄学”的调优建议，而是基于底层原理，详细分析了内存管理、垃圾回收（GC）机制对程序运行的影响，并给出了在实际编码中避免常见性能陷阱的具体方法。这让我不再盲目地去追求那些表面上的速度提升，而是能从根本上优化我的程序效率。对于有志于向架构师方向发展的读者来说，这本书提供的宏观视角至关重要。它让我明白，开发不仅仅是写代码，更是设计一个可持续演进的系统。它是一本厚重但绝不晦涩的著作，每一页的知识点都经过了精心的打磨和提炼，读完后感觉自己不仅仅学会了一门语言的编程，更是掌握了一种系统思考和解决复杂工程问题的能力。

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我一直觉得，一本好的编程书，除了内容要精深外，阅读体验和行文风格也至关重要，这本书在这方面做得几乎无可挑剔。它的语言风格非常平易近人，不像某些技术书籍那样，动不动就用大量被翻译得生硬拗口的术语轰炸读者，读起来就像是和一个技术非常牛掰的朋友在咖啡馆里讨论代码一样轻松自然。排版设计上也看得出是用心了，关键的代码块和核心概念都用粗体或者不同的颜色高亮显示，即便是快速翻阅查找资料时，也能一眼锁定重点，效率极高。我记得有一次半夜赶一个截止日期，实在困得不行，但翻到关于XML序列化和反序列化的那一章时，作者的讲解角度非常新颖，让我瞬间精神一振，把之前积累的疲惫感都冲淡了。特别是书中穿插的“陷阱提示”和“最佳实践”板块，简直是经验的结晶，这些往往是教科书上不会提及，但却是实际开发中踩坑最多的地方。这本书的结构层次感极强，从入门到精通的过渡非常平滑，不会出现前面讲得太简单后面突然难度飙升的断裂感，它像一条平缓向上的斜坡，稳健地把我从一个初学者带到了能够独立设计中小型应用架构的水平。

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哇，这本书简直是编程学习者的福音！我之前对.NET平台一直有点畏惧，总觉得那些类库和框架复杂得像迷宫一样，但这本书的讲解方式完全颠覆了我的看法。作者在介绍基础概念时，没有一上来就堆砌晦涩的术语，而是用非常生动形象的比喻，把数据类型、变量这些枯燥的内容讲得清晰易懂，就像在听一位经验丰富的老师耐心讲解一样。最让我印象深刻的是它对面向对象编程（OOP）思想的阐述，它没有停留在理论层面，而是通过大量贴近实际应用的代码示例，展示了如何用类、对象、继承和多态来构建健壮的程序结构。特别是关于设计模式的应用，这本书给出的方案非常实用，让我明白了为什么有些代码写起来就是比我之前写得更优雅、更易于维护。我花了很长时间在调试各种复杂的逻辑错误上，但读完这本书中关于调试技巧和异常处理的那几章后，感觉自己的“内功”瞬间提升了一个档次，那些以前看起来束手无策的Bug，现在总能找到清晰的入口去解决。对于想要系统学习.NET开发，尤其是希望打下扎实基础的朋友来说，这本书的理论深度和实践广度是完美的结合点，绝对是书架上不可或缺的一本工具书，翻阅率极高，每次都会有新的体会。

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自从开始使用这本书作为我的主要参考资料后，我发现自己对代码的“审美”都有了提升。它教会了我如何写出不仅能运行，而且是“漂亮”的代码。很多同行的代码，功能上没问题，但可读性很差，充满了冗余和重复。这本书对代码重构的论述非常到位，它清晰地指出了哪些是“坏味道”的代码，并提供了具体的操作步骤来消除这些问题，讲解的逻辑严密得像一篇数学证明。例如，在处理集合操作时，它详细介绍了LINQ（语言集成查询）的强大之处，并展示了如何用极其简洁的语法来替代原本需要数倍篇幅的循环和条件判断，这极大地提升了我编写代码的速度和代码的表达力。此外，书中对于错误处理的哲学探讨也让我受益匪浅，它强调的“不要在运行期处理应该在编译期捕获的问题”的原则，帮助我养成了更严谨的编程习惯。我发现，我过去经常犯的那些因为疏忽参数检查而导致的程序崩溃，现在几乎完全避免了。这本书的价值在于，它不仅传授了技术，更是在培养一种专业程序员的思维习惯和职业素养，是那种可以陪伴你职业生涯很长一段时间的参考书。

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说实话，我接触过不少编程书籍，很多都是那种“API手册”的翻版，看完后感觉知识点倒是记了不少，但真要自己动手写点有意思的东西时，脑子里一片空白。这本书的厉害之处在于，它真正做到了“授人以渔”。它不仅仅停留在教你怎么调用某个函数或者属性上，而是深入探讨了“为什么”要这么做。比如，在涉及到数据持久化和数据库交互的部分，作者详细对比了不同的数据访问技术，分析了它们各自的优缺点和适用场景，这比那种只介绍ADO.NET如何操作的教材要高明太多了。我特别欣赏作者在讲解界面设计时所采用的策略模式，它教会了我如何编写出松耦合的UI代码，使得修改界面逻辑而不用担心牵连到业务层。书中的代码示例组织得非常巧妙，它们并非孤立的小片段，而是像乐高积木一样，可以相互组合、扩展，读者很容易就能将书中的知识点迁移到自己正在进行的项目中去。更难得的是，作者在讲解高级主题时，比如多线程和异步编程，并没有把它们写得高不可攀，而是通过清晰的流程图和执行顺序分析，让复杂的并发控制变得井然有序，极大地增强了我对构建高性能应用系统的信心。这本书绝对是那种读完之后，你会感觉自己的思维模式都被重塑了的佳作。

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