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出版者:中南大学出版社

作者:宋兆全

出品人:

页数:333

译者:

出版时间:2004-3

价格:32.00元

装帧:平装

isbn号码:9787810618564

丛书系列:

图书标签:

• 计算机绘图
• 图形学
• OpenGL
• DirectX
• CG
• 渲染
• 图像处理
• 可视化
• 编程
• 教程

好的，这是一份关于一本名为《计算机图形学基础与应用》的图书简介，它不包含《计算机绘图实用教程》中的内容。 --- 《计算机图形学基础与应用》 图书简介 内容概述 《计算机图形学基础与应用》是一本全面而深入的教材，旨在为读者提供坚实的计算机图形学理论基础，并介绍当前主流的图形学技术及其在现代计算领域的实际应用。本书不仅涵盖了经典图形学算法的核心原理，更紧密结合了实时渲染、三维建模与动画制作等前沿领域的发展。全书结构清晰，逻辑严谨，内容翔实，适合作为高校计算机、软件工程、数字媒体艺术等专业本科高年级及研究生的教材，同时也为从事游戏开发、影视特效、虚拟现实（VR）/增强现实（AR）等行业的专业技术人员提供了一本重要的参考手册。 本书的核心目标是构建一个从数学原理到编程实践的完整知识体系。它强调了图形学作为连接数学、物理与计算机科学的交叉学科特性，引导读者理解如何通过编程语言和图形硬件，将抽象的数学概念转化为震撼的视觉效果。 第一部分：图形学基础理论与数学原理 本部分是全书的基石，重点阐述了计算机图形学赖以生存的数学和几何基础。 1. 几何变换与坐标系统： 深入探讨了二维和三维空间中的基本几何变换，包括平移、旋转、缩放等仿射变换。详细讲解了齐次坐标系的使用，以及如何通过矩阵运算实现这些变换的组合与简化。此外，本书对不同的坐标系——如模型坐标系、世界坐标系、观察坐标系和投影坐标系——之间的转换过程进行了详尽的数学推导和算法实现分析。读者将学习如何精确地描述和控制三维物体的位置与姿态。 2. 投影技术： 区分并详细介绍了两种主要的投影方式：正交投影和透视投影。重点分析了透视失真现象的成因，以及如何通过投影矩阵模拟人眼视觉效果。本书还包含了视锥体的裁剪算法（如Cohen-Sutherland和Liang-Barsky算法在3D环境下的扩展应用），确保只有视域内的几何体能被后续处理。 3. 曲线与曲面表示： 现代图形学严重依赖参数化曲线和曲面来精确描述复杂自由形态。本书系统介绍了贝塞尔曲线（Bézier Curves）、B样条（B-Splines）以及NURBS（非均匀有理B样条）。不仅讲解了它们的数学定义和控制点原理，还深入分析了de Boor算法等在曲线评估中的应用，为三维建模奠定了基础。 第二部分：光栅化与实时渲染管线 本部分聚焦于现代实时渲染技术的核心——图形处理管线（Graphics Pipeline），这是理解GPU编程和高效渲染的关键。 1. 光栅化基础： 阐述了如何将连续的几何信息（顶点、边、面）转换为离散的像素信息。详细介绍了三角形的扫描转换算法（Triangle Setup and Rasterization），包括边函数（Edge Function）的原理及其在生成片段（Fragment）过程中的应用。 2. 深度缓冲与可见性判定： 深度测试（Z-Buffering）是实现三维场景深度感知的核心技术。本书详细解析了深度缓冲区的机制、精度问题以及深度写入的优化策略。同时，对遮挡剔除（Occlusion Culling）和背面剔除（Back-Face Culling）等提高渲染效率的技术进行了探讨。 3. 纹理映射与滤波： 纹理是赋予物体真实感外观的关键。本书全面介绍了二维纹理的映射坐标系、重复与钳位模式。深入讲解了不同类型的纹理滤波技术，如最近邻插值、线性插值，以及更高级的MIP贴图（MIP Mapping）技术，用于解决纹理在不同观察距离下的细节丢失和闪烁问题。 第三部分：高级着色技术与光照模型 本部分深入探讨了如何模拟真实世界中的光与物质的相互作用，是实现高度逼真渲染的重点。 1. 经典光照模型： 系统介绍并实现了Phong光照模型（包括环境光、漫反射光和镜面反射光）的数学表达式。随后，扩展到更先进的、基于物理的渲染（PBR）基础，介绍能量守恒和微表面理论的初步概念。 2. 着色器编程导论： 详述了现代图形API（如OpenGL/DirectX）中的可编程管线。重点剖析了顶点着色器（Vertex Shader）和片段着色器（Fragment Shader）的功能和编程接口。读者将学习如何使用GLSL（OpenGL Shading Language）或HLSL来定制几何处理和像素颜色计算的每一个环节。 3. 阴影技术： 阴影是增加场景真实感的关键要素。本书详细对比了阴影体积法、阴影体（Shadow Volumes）以及当前主流的阴影贴图（Shadow Mapping）技术。特别关注了软阴影（Soft Shadows）的实现方法，如百分比逼近模糊（PCF）算法。 第四部分：三维建模与动画基础 本部分将理论知识应用到具体的图形制作流程中，涵盖了从模型创建到动态表现的全过程。 1. 层次化建模与场景图： 介绍了如何使用场景图（Scene Graph）来组织复杂的3D场景，实现物体的层次化结构和继承变换，这对于管理大型复杂模型至关重要。 2. 骨骼动画与变形： 讲解了角色动画的核心技术——骨骼绑定（Skeletal Animation）。详细分析了蒙皮（Skinning）过程，包括权重计算和插值方法，以实现骨骼运动驱动模型形变的平滑过渡。 3. 关键帧动画与插值： 介绍了如何使用关键帧来定义动画轨迹，并探讨了各种插值技术（如线性插值、三次样条插值）在保证动画流畅性方面的应用。 总结 《计算机图形学基础与应用》注重理论的严谨性和实践的可操作性。全书配有丰富的图例和算法流程图，旨在帮助读者建立清晰的认知框架。通过对本书的学习，读者将掌握构建现代图形应用所需的核心技术栈，能够独立分析和设计高效的渲染算法，为深入研究计算机视觉、人机交互和沉浸式技术打下坚实的基础。

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我尝试着将书中的一些案例代码导入我的开发环境进行实际运行和修改，发现配套的代码资源组织得非常专业和规范。这些示例代码不仅仅是功能的堆砌，它们被设计成模块化的结构，易于理解和复用。更重要的是，作者似乎预料到了读者在实践中可能遇到的“坑”，在代码注释中提前给出了解释或替代方案。比如，在处理跨平台兼容性问题时，书中明确指出了不同操作系统或硬件架构下可能出现的差异，并提供了相应的调试思路。这对于我们这些忙碌的工程师来说，节省了大量摸索和试错的时间。此外，章节末尾的“思考与实践”环节设计得非常巧妙，它不是简单地重复课本内容，而是提出了需要读者结合所学知识进行创造性解决的问题，有效引导我们从被动接受知识转变为主动运用知识。这种引导式的学习设计，让我感受到了强烈的参与感和探索欲。

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我必须指出，这本书在软件应用层面的覆盖范围可以说是相当全面和与时俱进。现在市面上的绘图工具层出不穷，但这本书似乎有意识地挑选了那些在工业界和学术界都具有广泛影响力的主流开发环境和库进行讲解。它不仅限于理论的阐述，更注重实践操作的落地性。例如，书中对特定渲染管线中关键节点的代码实现分析得非常到位，每一个函数的作用、参数的含义都做了详细注释，这对于想要深入定制渲染效果的读者来说，价值无可估量。我特别喜欢它对性能优化的讨论部分，这部分内容通常在入门级教材中会被忽略，但恰恰是区分“能画图”和“画好图”的关键。作者没有停留在实现功能的层面，而是探讨了如何通过合理的算法选择和数据结构设计来提升渲染速度，这使得本书的深度远超一般的“操作手册”。读完相关的章节，我感觉自己的编程思维都被潜移默化地提升了，学会了从效率的角度去审视和设计图形算法。

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从整体的知识体系构建来看，这本书展现出了极高的专业视野。它并未将目光局限于某个特定软件或图形 API 的皮毛，而是努力打通了从底层数学原理到上层渲染效果实现的完整链条。它巧妙地平衡了理论的深度与实践的广度，使得即便是经验丰富的开发者也能从中获得新的启发，而新手也能找到坚实的学习起点。我特别欣赏作者对于“为什么”的追溯，而不是仅仅停留在“怎么做”。例如，在讨论光线追踪的基础时，作者花费了不少篇幅去探讨不同积分方法的适用场景和收敛速度，这使得读者在面对更前沿的渲染技术时，能够拥有一个稳固的理论基石去理解新的概念。这本书更像是一本可以长期放在手边、时不时翻阅以巩固基础和启发思路的参考书，而不是那种读完一遍就束之高阁的快餐式教材。它的价值是持久的，是能陪伴我们专业成长的。

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这本书的封面设计得非常吸引人，色彩搭配和谐，排版简洁明了，让人一眼就能感受到专业的气息。内容上，我最欣赏的是它对基础理论的深入浅出讲解。很多绘图教程往往一上来就堆砌复杂的数学公式和晦涩的术语，让人望而却步，但这本书显然在这方面下了很大功夫。它用非常形象的比喻和生动的实例，将光照模型、变换矩阵这些核心概念讲得透彻易懂。特别是关于向量和矩阵运算在三维空间中如何实现旋转和平移的部分，作者没有简单地罗列公式，而是通过可视化的方式，让读者能够直观地理解每一步操作背后的几何意义。这对于初学者来说，简直是雪中送炭。我感觉自己不再是单纯地记忆代码和参数，而是真正开始理解计算机是如何“看”和“画”出图形的。而且，教程中的步骤拆分得非常细致，即便是第一次接触这类题材的我，也能紧跟作者的思路，逐步构建起自己的认知框架。这种循序渐进的教学方法，极大地增强了我学习的信心和兴趣。

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这本书的排版和插图质量，绝对是目前我见过的技术书籍中的佼佼者。图文的结合达到了教科书级别的水准。要知道，计算机图形学是一门高度依赖视觉理解的学科，文字描述往往苍白无力。但这本书的配图，无论是流程图、结构图还是实际的渲染效果对比图，都清晰、精美，并且完美地服务于内容阐释。举个例子，在讲解纹理映射（Texture Mapping）时，作者不仅展示了最终效果，还配有详细的坐标系投影图，让读者能清晰地看到二维纹理是如何“包裹”到三维模型表面的。更值得称赞的是，很多复杂的数学推导过程，作者都配上了辅助性的图形注解，这极大地减轻了阅读压力。我经常发现，只需看一眼配图，那些原本需要反复研读几遍的段落，立刻就能豁然开朗。这种对细节的精益求精，体现了出版方和作者对读者的尊重。

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