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出版者:电子工业出版社

作者:(美)Sandra E.Eddy

出品人:

页数:454

译者:

出版时间:1999-4

价格:49.00元

装帧:

isbn号码:9787505352100

丛书系列:

图书标签:

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计算机图形学基础与高级应用 作者： [此处填写作者姓名，例如：李明 教授] 出版社： [此处填写出版社名称，例如：科学技术出版社] ISBN： [此处填写ISBN号，例如：978-7-111-XXXX-X] --- 内容简介 《计算机图形学基础与高级应用》 是一本全面、深入介绍计算机图形学理论、算法与实践的权威教材与参考手册。本书旨在为计算机科学、软件工程、人机交互、虚拟现实、游戏开发等领域的学生、研究人员及专业工程师提供坚实的理论基础和前沿的技术视野。 本书的结构设计兼顾了学科的系统性和工程实践的实用性。内容从最基本的图形表示和几何变换入手，逐步深入到复杂的三维场景建模、光照渲染、动画设计以及现代图形硬件架构等多个核心领域。 第一部分：图形学的基石——几何与坐标系统 本书开篇详尽阐述了计算机图形学赖以生存的数学基础。我们首先回顾了必要的线性代数知识，特别是向量、矩阵及其运算，这些是所有图形变换的根本。 二维与三维几何基础： 详细讲解了点、线、多边形等基本元素的数学描述。重点阐述了齐次坐标系在图形学中的关键作用，及其如何优雅地统一平移、旋转、缩放等仿射变换。 变换的组合与流水线： 深入剖析了模型变换、观察变换（视图变换）和投影变换（正交投影与透视投影）的数学原理和在图形管线中的顺序。本部分提供了大量的图示和案例，帮助读者清晰理解三维世界如何被投影到二维屏幕之上。 光栅化基础： 介绍了将几何模型转换为屏幕像素点的核心过程——光栅化。包括直线扫描转换算法（如DDA和Bresenham算法）以及多边形填充算法（如扫描线算法和区域填充算法）的原理与实现细节。 第二部分：三维模型的表示与处理 本部分聚焦于如何高效、精确地在计算机中表示复杂的现实世界对象。 曲线与曲面： 涵盖了参数化曲线和曲面的理论基础。贝塞尔（Bézier）曲线和曲面因其易于控制而被详细讲解；B样条（B-spline）和NURBS（非均匀有理B样条）作为工业标准，被赋予了专门的章节进行深入探讨，包括它们的控制点定义、局部控制特性以及度数提升与拼接方法。 三维模型数据结构： 对常见的模型存储结构，如多边形网格（Polygon Mesh）、体素（Voxel）、八叉树（Octree）、BSP树等进行了比较分析，讨论了它们在存储效率、渲染速度和拓扑操作方面的优缺点。 几何处理与细分： 涉及网格的简化、平滑处理，以及细分曲面（Subdivision Surfaces）算法（如Loop细分），这些是实现高细节模型生成的重要技术。 第三部分：真实感成像——光照、纹理与渲染技术 渲染是图形学的核心，本部分致力于揭示如何模拟光与物质的相互作用，生成逼真的图像。 光照模型： 从基础的环境光、漫反射光（Lambertian）和镜面反射光（Phong模型）讲起，逐步过渡到更精确的双向反射分布函数（BRDF）概念。详细介绍了几种主流的局部光照模型，并解释了它们在实时渲染中的应用。 全局光照（Global Illumination, GI）： 这一部分是本书的重点和难点。全面介绍了模拟间接光照的方法，包括辐射度（Radiosity）方法（用于处理漫反射的能量交换），以及基于路径追踪（Path Tracing）和光线追踪（Ray Tracing）的原理。本书提供了关于蒙特卡洛积分在渲染中的应用，以及重要性采样等优化技巧的详细数学推导。 纹理映射： 阐述了如何将二维图像数据映射到三维表面上以增加细节。讨论了环境贴图（Environment Mapping）、凹凸贴图（Bump Mapping）、法线贴图（Normal Mapping）等技术，以及处理纹理坐标失真的方法。 高级渲染技术： 涵盖了阴影生成（如阴影体积、阴影贴图），深度缓冲（Z-Buffering），抗锯齿技术（如超采样SSAA、多重采样MSAA），以及后期处理效果（如运动模糊、景深）。 第四部分：动画与交互 本部分将静态的图像提升为动态的视觉体验。 计算机动画原理： 介绍了关键帧动画、插值方法（线性、三次样条插值），以及骨骼动画（Skeletal Animation）和蒙皮技术。还探讨了物理驱动的动画，例如刚体动力学模拟的基础方程。 图形硬件与并行计算： 简要介绍了图形处理单元（GPU）的架构及其在图形计算中的核心地位。重点讲解了可编程管线的概念，特别是顶点着色器（Vertex Shader）和片元着色器（Fragment Shader）在现代渲染流程中的功能和编程范式。 可视化与交互： 探讨了三维数据可视化（如体渲染基础）以及用户在三维环境中的交互设计原则。 --- 适用读者 本科生与研究生： 计算机科学、软件工程、数字媒体技术等相关专业的学生，作为教材或参考书。 图形学开发者： 游戏引擎、仿真系统、VR/AR应用、CAD/CAE软件的工程师。 科研人员： 希望深入了解渲染算法、几何处理或计算机视觉交叉领域的研究人员。 本书摒弃了对特定软件API的冗余介绍，而是专注于底层算法和数学原理的清晰阐述，确保读者所学知识具有长久的生命力，能够适应未来图形技术的发展。通过大量的伪代码和算法描述，读者可以轻松地将理论知识转化为C++、OpenGL或Vulkan等现代图形API的实际代码实现。

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