视景仿真技术及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西安电子科技大学出版社

作者:程志全

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2001-7

价格:30.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787560610122

丛书系列:

图书标签:

• 1
• 视景仿真
• 飞行仿真
• 虚拟现实
• 训练仿真
• 图形技术
• 计算机图形学
• 实时渲染
• 仿真技术
• 军事仿真
• 航空航天

模拟技术的演进与未来：一场跨越时空的探索 本书聚焦于模拟技术在不同领域的核心原理、发展脉络及其在现代社会中的深远影响。 本书并非聚焦于视觉呈现的某一特定技术，而是旨在构建一个宏观的视角，审视人类如何通过构建和操作模型，来理解、预测和干预复杂的现实世界。我们将深入探讨从早期的物理模型到当代先进的数字孪生概念的演变，涵盖其背后的数学基础、计算模型以及在工程、科学、军事和艺术等多个领域的实际部署。 第一部分：模拟的基石——从物理到数学的桥梁 本部分追溯模拟技术的历史源头，解析其从经验主义向科学量化转化的关键步骤。 第一章：古代的缩影与早期的机制模型 人类对模拟的渴望根植于生存的需求。本章将考察早期文明如何利用缩小比例的模型（如航模、建筑沙盘）进行规划和试验。我们将分析早期的机械计算装置，如安提基特拉机械，它们代表了人类试图将复杂现象（如天体运行）编码进可操作的物理系统中的早期尝试。重点在于理解这些早期的“模拟器”如何服务于预测和决策。 第二章：牛顿力学与连续系统建模 18世纪至19世纪，经典物理学的确立为现代模拟提供了坚实的数学框架。本章详细阐述了微分方程在描述自然现象中的核心作用。我们将解析如何将一个物理过程（如流体流动、热传导或机械振动）转化为一组可求解的数学表达式。重点讨论拉格朗日和哈密顿力学，它们为后续的系统级动态模拟奠定了基础，强调能量和守恒定律在模型构建中的重要性。 第三章：离散化方法的诞生与数值分析的兴起 数学模型往往难以直接求解。本章将深入探讨数值分析如何成为连接连续模型与有限计算能力的桥梁。我们将详细介绍数值积分方法（如欧拉法、龙格-库塔法）和有限差分法在求解常微分方程（ODE）和偏微分方程（PDE）中的应用。讨论雅可比迭代和高斯-赛德尔等线性方程组求解技术，这些技术是所有现代计算模拟的底层支撑。 第二部分：计算驱动的范式转变 随着电子计算机的出现，模拟的能力获得了指数级的增长，这标志着模拟技术进入了以数据和算法为核心的新纪元。 第四章：早期计算机模拟与蒙特卡洛方法 本章回顾了二战时期，特别是在曼哈顿计划中，蒙特卡洛方法如何被创造性地用于解决涉及随机过程的复杂问题。我们将解析其核心思想——通过大量随机抽样来逼近确定性结果，并讨论其在核物理、金融工程中的早期应用。同时，探讨最早期的模拟程序如何受限于有限的内存和低速的处理器，以及研究人员如何设计出更高效的算法来克服这些限制。 第五章：网格与单元的革命——有限元分析（FEA）的原理与实践 有限元分析（FEA）是工程模拟领域最具影响力的技术之一。本章将系统地介绍FEA的理论基础，包括形函数、刚度矩阵的构建以及边界条件的施加。我们将通过结构力学和传热学案例，展示如何将一个连续的物理域分割成离散的单元，从而将复杂的PDE问题转化为可由计算机处理的大型代数方程组。讨论不同阶数单元的选择对精度和计算成本的影响。 第六章：流体力学的挑战——计算流体力学（CFD）的进展 流体力学模拟因其非线性和湍流的复杂性而成为计算科学的试金石。本章将聚焦于纳维-斯托克斯方程的求解。我们将比较不同的数值格式，如有限体积法（FVM），并深入探讨如何处理不可压缩流体和处理湍流模型（如RANS、LES和DNS）。本章还会涉及网格生成技术，从结构网格到非结构化网格，及其对模拟稳定性和精度的关键影响。 第三部分：多尺度、多物理场耦合与智能模拟 进入21世纪，模拟不再局限于单一物理领域，而是朝着更精细化、更集成化的方向发展。 第七章：从原子到宏观——多尺度建模的挑战 现实世界中的现象往往跨越多个尺度（如材料的微观结构影响宏观性能）。本章探讨如何构建能够连接不同尺度模型的框架。我们将介绍分子动力学（MD）模拟在材料科学中的应用，以及如何利用“粗粒化”技术将MD的结果传递给更宏观的连续介质模型（如FEA）。讨论在不同尺度之间进行信息传递和验证的挑战。 第八章：系统集成——多物理场耦合模拟 许多工程问题涉及电磁、热、力学、化学反应的相互作用。本章研究多物理场耦合的理论和技术。我们将区分单向耦合（一个场的结果作为另一个场的输入）和双向耦合（场间相互影响）。重点分析如何处理不同物理场求解器之间的时间步长差异和收敛性问题，例如在进行电磁热分析时如何保持系统的整体稳定性。 第九章：不确定性量化与可信计算 任何基于模型的预测都带有不确定性。本章强调了将不确定性（由输入参数的误差或模型的简化引起）纳入模拟结果的重要性。我们将介绍不确定性量化（UQ）的基本方法，如概率加权采样和基于响应面的方法。讨论如何通过灵敏度分析来识别模型中最敏感的输入参数，从而指导实验验证和模型校准，提升模拟结果的可信度和工程鲁棒性。 第四部分：模拟技术的应用前沿与未来展望 本部分将目光投向模拟技术在当代高科技领域中的前沿应用，并展望其未来的发展方向。 第十章：高性能计算（HPC）与模拟的未来 现代复杂系统的模拟（如天气预报、大型机构设计）严重依赖超级计算机。本章将探讨并行计算架构（如MPI和OpenMP）如何被应用于优化求解器和网格操作。讨论GPU加速在加速迭代过程中的潜力，以及异构计算环境如何重塑大规模科学计算的范式。 第十一章：实时交互与数字孪生概念的兴起 本章探讨模拟从离线分析工具向实时反馈系统转变的趋势。我们将分析“数字孪生”（Digital Twin）的概念，它如何通过实时数据流将物理资产的状态映射到高保真度的计算模型中。讨论在工业物联网（IIoT）背景下，如何利用高频数据驱动模型修正，实现预测性维护和优化操作。 第十二章：人工智能赋能的下一代模拟 本章展望人工智能与模拟技术的深度融合。讨论深度学习如何被用于加速传统求解器的收敛速度（例如，作为预条件子），以及如何利用机器学习从大量的仿真数据中提取潜在的物理规律，从而构建“数据驱动的代理模型”（Surrogate Models），这些模型能以极高的速度提供近似的物理预测，弥补传统基于物理模型计算量过大的缺陷。讨论纯数据驱动模型与物理约束模型的结合（Physics-Informed Neural Networks, PINNs）的潜力与局限。 结语： 本书致力于为读者提供一个全面、深入的模拟技术知识体系，它不仅涵盖了支撑现代工程和科学研究的数学和计算基础，也探讨了技术在应对复杂全球性挑战中扮演的关键角色。模拟技术是人类理解世界、规划未来的有力工具，其未来将与人工智能和高性能计算的进步紧密相连。

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这本书的行文风格非常具有“工程师美学”，它不是那种文学化的描述，而是直击核心，用最精确的术语和最严谨的逻辑来构建知识体系。我特别留意了其中关于物理建模与传感器融合的部分，这是很多教材容易一带而过的地方。这本书却花费了大量篇幅，深入探讨了环境光照模型和大气散射的数学基础，这对于构建高保真度的仿真环境至关重要。我发现，作者在处理这些复杂的数学推导时，总能巧妙地穿插一些工程上的简化和实用化的考量，使得理论既有高度，又具可操作性。对我这个习惯于从宏观到微观逐步深入的读者来说，这种结构安排非常友好。合上书本的时候，我有一种强烈的满足感，感觉自己不仅学到了“术”，更理解了“道”，即设计一个强大仿真系统的底层哲学。

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我是一个相对偏向应用侧的从业者，平时更关注快速实现和效果呈现。因此，我最关注这本书在“应用”层面的实践指导。这本书在这方面做得非常出色，它没有局限于理论的象牙塔中，而是提供了大量可复用的代码片段和架构建议。例如，在介绍大规模场景的流式加载策略时，书中给出的解决方案非常具有前瞻性，考虑到了内存管理和网络带宽的限制。我尝试着按照书中的思路去优化我们项目中的一个瓶颈模块，效果立竿见影，性能提升了不止一个档次。这本书的作者群显然是一批久经沙场的实干家，他们深知在实际项目中，性能永远是王道。这本书的价值不仅仅在于传授知识，更在于它提供了一套经过实战检验的解决方案框架，是解决实际问题的利器，而不是束之高阁的参考书。

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说实话，我本来是抱着试试看的心态买的这本书，因为市面上很多同类书籍要么过于晦涩难懂，要么就是内容陈旧，跟不上最新的技术发展。然而，这本《视景仿真技术及应用》彻底颠覆了我的看法。作者在描述实时渲染管线优化时所展现出的洞察力令人印象深刻。他们不仅清晰地阐述了传统方法的局限性，还详细介绍了当前主流的GPU并行计算策略，这部分内容对于从事游戏开发和虚拟现实领域的人来说，简直是及时雨。我尤其喜欢其中穿插的那些关于延迟渲染和阴影绘制的优化技巧，很多是我以前在网上搜寻了很久都找不到的系统性总结。阅读过程中，我感觉自己像是上了一堂高强度的专业进修课，收获满满，对整个仿真系统的构建逻辑有了全新的认识。这本书的逻辑链条非常清晰，从底层的数据结构到上层的交互设计，层层递进，毫无跳跃感。

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这本书的装帧和排版简直是视觉盛宴，厚实的纸张和精美的插图让人爱不释手。我拿到手的时候，就迫不及待地翻阅起来，里面的案例分析详实而具体，让我对那些复杂的理论有了直观的理解。特别是关于高精度地形数据处理的那一章，作者似乎把多年积累的实战经验都倾囊相授了，每一个步骤都讲解得非常到位，甚至连一些容易踩的“坑”都提前指了出来。这本书的深度远超我的预期，它不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的前辈在手把手地指导你入门并精进。我个人特别欣赏作者那种严谨又兼具启发性的叙述方式，它不只是罗列公式和算法，更着重于“为什么”和“如何做”，真正做到了理论与实践的完美结合。对于任何想要深入研究图形学和渲染技术的专业人士来说，这本书的价值是难以估量的，它绝对值得被放在案头，时常翻阅参考。

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这本书的知识广度令人惊叹，它似乎涵盖了视景仿真领域几乎所有的关键分支。我尤其想提一下其中关于人机交互和沉浸感设计的章节。在很多技术书籍中，用户体验往往被边缘化，但这本书却将其提升到了战略高度。作者详细分析了视觉辐辏调节冲突（VAC）等关键问题，并提出了基于眼动追踪的动态注视点渲染策略。这种对用户感知细节的关注，使得这本书的层次一下子拔高了。阅读这部分内容时，我不断在思考如何将这些前沿的感知科学成果应用到我们现有的产品迭代中去。它引导我去思考，一个好的仿真系统，最终的成功与否，取决于它能否骗过人眼和大脑。总的来说，这是一部既有硬核技术深度，又不乏对人类感知系统深刻理解的杰作，是拓宽我专业视野的宝贵财富。

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