視景仿真技術及應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:西安電子科技大學齣版社

作者:程誌全

出品人:

頁數:304

译者:

出版時間:2001-7

價格:30.00元

裝幀:簡裝本

isbn號碼:9787560610122

叢書系列:

圖書標籤:

• 1
• 視景仿真
• 飛行仿真
• 虛擬現實
• 訓練仿真
• 圖形技術
• 計算機圖形學
• 實時渲染
• 仿真技術
• 軍事仿真
• 航空航天

模擬技術的演進與未來：一場跨越時空的探索 本書聚焦於模擬技術在不同領域的核心原理、發展脈絡及其在現代社會中的深遠影響。 本書並非聚焦於視覺呈現的某一特定技術，而是旨在構建一個宏觀的視角，審視人類如何通過構建和操作模型，來理解、預測和乾預復雜的現實世界。我們將深入探討從早期的物理模型到當代先進的數字孿生概念的演變，涵蓋其背後的數學基礎、計算模型以及在工程、科學、軍事和藝術等多個領域的實際部署。 第一部分：模擬的基石——從物理到數學的橋梁 本部分追溯模擬技術的曆史源頭，解析其從經驗主義嚮科學量化轉化的關鍵步驟。 第一章：古代的縮影與早期的機製模型 人類對模擬的渴望根植於生存的需求。本章將考察早期文明如何利用縮小比例的模型（如航模、建築沙盤）進行規劃和試驗。我們將分析早期的機械計算裝置，如安提基特拉機械，它們代錶瞭人類試圖將復雜現象（如天體運行）編碼進可操作的物理係統中的早期嘗試。重點在於理解這些早期的“模擬器”如何服務於預測和決策。 第二章：牛頓力學與連續係統建模 18世紀至19世紀，經典物理學的確立為現代模擬提供瞭堅實的數學框架。本章詳細闡述瞭微分方程在描述自然現象中的核心作用。我們將解析如何將一個物理過程（如流體流動、熱傳導或機械振動）轉化為一組可求解的數學錶達式。重點討論拉格朗日和哈密頓力學，它們為後續的係統級動態模擬奠定瞭基礎，強調能量和守恒定律在模型構建中的重要性。 第三章：離散化方法的誕生與數值分析的興起 數學模型往往難以直接求解。本章將深入探討數值分析如何成為連接連續模型與有限計算能力的橋梁。我們將詳細介紹數值積分方法（如歐拉法、龍格-庫塔法）和有限差分法在求解常微分方程（ODE）和偏微分方程（PDE）中的應用。討論雅可比迭代和高斯-賽德爾等綫性方程組求解技術，這些技術是所有現代計算模擬的底層支撐。 第二部分：計算驅動的範式轉變 隨著電子計算機的齣現，模擬的能力獲得瞭指數級的增長，這標誌著模擬技術進入瞭以數據和算法為核心的新紀元。 第四章：早期計算機模擬與濛特卡洛方法 本章迴顧瞭二戰時期，特彆是在曼哈頓計劃中，濛特卡洛方法如何被創造性地用於解決涉及隨機過程的復雜問題。我們將解析其核心思想——通過大量隨機抽樣來逼近確定性結果，並討論其在核物理、金融工程中的早期應用。同時，探討最早期的模擬程序如何受限於有限的內存和低速的處理器，以及研究人員如何設計齣更高效的算法來剋服這些限製。 第五章：網格與單元的革命——有限元分析（FEA）的原理與實踐 有限元分析（FEA）是工程模擬領域最具影響力的技術之一。本章將係統地介紹FEA的理論基礎，包括形函數、剛度矩陣的構建以及邊界條件的施加。我們將通過結構力學和傳熱學案例，展示如何將一個連續的物理域分割成離散的單元，從而將復雜的PDE問題轉化為可由計算機處理的大型代數方程組。討論不同階數單元的選擇對精度和計算成本的影響。 第六章：流體力學的挑戰——計算流體力學（CFD）的進展 流體力學模擬因其非綫性和湍流的復雜性而成為計算科學的試金石。本章將聚焦於納維-斯托剋斯方程的求解。我們將比較不同的數值格式，如有限體積法（FVM），並深入探討如何處理不可壓縮流體和處理湍流模型（如RANS、LES和DNS）。本章還會涉及網格生成技術，從結構網格到非結構化網格，及其對模擬穩定性和精度的關鍵影響。 第三部分：多尺度、多物理場耦閤與智能模擬 進入21世紀，模擬不再局限於單一物理領域，而是朝著更精細化、更集成化的方嚮發展。 第七章：從原子到宏觀——多尺度建模的挑戰 現實世界中的現象往往跨越多個尺度（如材料的微觀結構影響宏觀性能）。本章探討如何構建能夠連接不同尺度模型的框架。我們將介紹分子動力學（MD）模擬在材料科學中的應用，以及如何利用“粗粒化”技術將MD的結果傳遞給更宏觀的連續介質模型（如FEA）。討論在不同尺度之間進行信息傳遞和驗證的挑戰。 第八章：係統集成——多物理場耦閤模擬 許多工程問題涉及電磁、熱、力學、化學反應的相互作用。本章研究多物理場耦閤的理論和技術。我們將區分單嚮耦閤（一個場的結果作為另一個場的輸入）和雙嚮耦閤（場間相互影響）。重點分析如何處理不同物理場求解器之間的時間步長差異和收斂性問題，例如在進行電磁熱分析時如何保持係統的整體穩定性。 第九章：不確定性量化與可信計算 任何基於模型的預測都帶有不確定性。本章強調瞭將不確定性（由輸入參數的誤差或模型的簡化引起）納入模擬結果的重要性。我們將介紹不確定性量化（UQ）的基本方法，如概率加權采樣和基於響應麵的方法。討論如何通過靈敏度分析來識彆模型中最敏感的輸入參數，從而指導實驗驗證和模型校準，提升模擬結果的可信度和工程魯棒性。 第四部分：模擬技術的應用前沿與未來展望 本部分將目光投嚮模擬技術在當代高科技領域中的前沿應用，並展望其未來的發展方嚮。 第十章：高性能計算（HPC）與模擬的未來 現代復雜係統的模擬（如天氣預報、大型機構設計）嚴重依賴超級計算機。本章將探討並行計算架構（如MPI和OpenMP）如何被應用於優化求解器和網格操作。討論GPU加速在加速迭代過程中的潛力，以及異構計算環境如何重塑大規模科學計算的範式。 第十一章：實時交互與數字孿生概念的興起 本章探討模擬從離綫分析工具嚮實時反饋係統轉變的趨勢。我們將分析“數字孿生”（Digital Twin）的概念，它如何通過實時數據流將物理資産的狀態映射到高保真度的計算模型中。討論在工業物聯網（IIoT）背景下，如何利用高頻數據驅動模型修正，實現預測性維護和優化操作。 第十二章：人工智能賦能的下一代模擬 本章展望人工智能與模擬技術的深度融閤。討論深度學習如何被用於加速傳統求解器的收斂速度（例如，作為預條件子），以及如何利用機器學習從大量的仿真數據中提取潛在的物理規律，從而構建“數據驅動的代理模型”（Surrogate Models），這些模型能以極高的速度提供近似的物理預測，彌補傳統基於物理模型計算量過大的缺陷。討論純數據驅動模型與物理約束模型的結閤（Physics-Informed Neural Networks, PINNs）的潛力與局限。 結語： 本書緻力於為讀者提供一個全麵、深入的模擬技術知識體係，它不僅涵蓋瞭支撐現代工程和科學研究的數學和計算基礎，也探討瞭技術在應對復雜全球性挑戰中扮演的關鍵角色。模擬技術是人類理解世界、規劃未來的有力工具，其未來將與人工智能和高性能計算的進步緊密相連。

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這本書的知識廣度令人驚嘆，它似乎涵蓋瞭視景仿真領域幾乎所有的關鍵分支。我尤其想提一下其中關於人機交互和沉浸感設計的章節。在很多技術書籍中，用戶體驗往往被邊緣化，但這本書卻將其提升到瞭戰略高度。作者詳細分析瞭視覺輻輳調節衝突（VAC）等關鍵問題，並提齣瞭基於眼動追蹤的動態注視點渲染策略。這種對用戶感知細節的關注，使得這本書的層次一下子拔高瞭。閱讀這部分內容時，我不斷在思考如何將這些前沿的感知科學成果應用到我們現有的産品迭代中去。它引導我去思考，一個好的仿真係統，最終的成功與否，取決於它能否騙過人眼和大腦。總的來說，這是一部既有硬核技術深度，又不乏對人類感知係統深刻理解的傑作，是拓寬我專業視野的寶貴財富。

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說實話，我本來是抱著試試看的心態買的這本書，因為市麵上很多同類書籍要麼過於晦澀難懂，要麼就是內容陳舊，跟不上最新的技術發展。然而，這本《視景仿真技術及應用》徹底顛覆瞭我的看法。作者在描述實時渲染管綫優化時所展現齣的洞察力令人印象深刻。他們不僅清晰地闡述瞭傳統方法的局限性，還詳細介紹瞭當前主流的GPU並行計算策略，這部分內容對於從事遊戲開發和虛擬現實領域的人來說，簡直是及時雨。我尤其喜歡其中穿插的那些關於延遲渲染和陰影繪製的優化技巧，很多是我以前在網上搜尋瞭很久都找不到的係統性總結。閱讀過程中，我感覺自己像是上瞭一堂高強度的專業進修課，收獲滿滿，對整個仿真係統的構建邏輯有瞭全新的認識。這本書的邏輯鏈條非常清晰，從底層的數據結構到上層的交互設計，層層遞進，毫無跳躍感。

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這本書的行文風格非常具有“工程師美學”，它不是那種文學化的描述，而是直擊核心，用最精確的術語和最嚴謹的邏輯來構建知識體係。我特彆留意瞭其中關於物理建模與傳感器融閤的部分，這是很多教材容易一帶而過的地方。這本書卻花費瞭大量篇幅，深入探討瞭環境光照模型和大氣散射的數學基礎，這對於構建高保真度的仿真環境至關重要。我發現，作者在處理這些復雜的數學推導時，總能巧妙地穿插一些工程上的簡化和實用化的考量，使得理論既有高度，又具可操作性。對我這個習慣於從宏觀到微觀逐步深入的讀者來說，這種結構安排非常友好。閤上書本的時候，我有一種強烈的滿足感，感覺自己不僅學到瞭“術”，更理解瞭“道”，即設計一個強大仿真係統的底層哲學。

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我是一個相對偏嚮應用側的從業者，平時更關注快速實現和效果呈現。因此，我最關注這本書在“應用”層麵的實踐指導。這本書在這方麵做得非常齣色，它沒有局限於理論的象牙塔中，而是提供瞭大量可復用的代碼片段和架構建議。例如，在介紹大規模場景的流式加載策略時，書中給齣的解決方案非常具有前瞻性，考慮到瞭內存管理和網絡帶寬的限製。我嘗試著按照書中的思路去優化我們項目中的一個瓶頸模塊，效果立竿見影，性能提升瞭不止一個檔次。這本書的作者群顯然是一批久經沙場的實乾傢，他們深知在實際項目中，性能永遠是王道。這本書的價值不僅僅在於傳授知識，更在於它提供瞭一套經過實戰檢驗的解決方案框架，是解決實際問題的利器，而不是束之高閣的參考書。

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這本書的裝幀和排版簡直是視覺盛宴，厚實的紙張和精美的插圖讓人愛不釋手。我拿到手的時候，就迫不及待地翻閱起來，裏麵的案例分析詳實而具體，讓我對那些復雜的理論有瞭直觀的理解。特彆是關於高精度地形數據處理的那一章，作者似乎把多年積纍的實戰經驗都傾囊相授瞭，每一個步驟都講解得非常到位，甚至連一些容易踩的“坑”都提前指瞭齣來。這本書的深度遠超我的預期，它不僅僅是一本技術手冊，更像是一位經驗豐富的前輩在手把手地指導你入門並精進。我個人特彆欣賞作者那種嚴謹又兼具啓發性的敘述方式，它不隻是羅列公式和算法，更著重於“為什麼”和“如何做”，真正做到瞭理論與實踐的完美結閤。對於任何想要深入研究圖形學和渲染技術的專業人士來說，這本書的價值是難以估量的，它絕對值得被放在案頭，時常翻閱參考。

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