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出版者:人民邮电

作者:杨青

出品人:

页数:305

译者:

出版时间:2007-3

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787115155993

丛书系列:

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计算机图形学：理论基础与前沿探索 图书简介 本书旨在全面、深入地探讨计算机图形学的核心理论、关键算法及其在现代工程与艺术领域的广泛应用。全书内容覆盖了从基础的数学建模到尖端的实时渲染技术，力求为读者构建一个系统、扎实的学科知识体系。 第一部分：图形学基础与几何表示 本部分是理解后续复杂技术的基石。首先，我们详细阐述了计算机图形学的历史脉络、基本概念以及人眼视觉系统的工作原理，为理解图像的生成与感知奠定基础。 1. 几何基础与变换： 深入讲解了三维空间中的点、向量、曲线与曲面的数学表达。重点剖析了齐次坐标系在图形学中的重要性，详细介绍了刚体变换（平移、旋转、缩放）的矩阵表示及其复合运算。对欧拉角、四元数等旋转表示方法进行了比较分析，讨论了它们在万向节死锁问题上的差异与应用场景。在曲线与曲面部分，详细介绍了贝塞尔曲线、B样条（B-Spline）以及NURBS（非均匀有理B样条）的定义、控制点、局部/全局修正性，并展示了它们在CAD/CAM与数字内容创作中的实际应用。 2. 经典光照模型与着色技术： 探讨了光与物质的相互作用，这是决定图像真实感的关键环节。本书系统介绍了渲染管线的基本流程，并深入分析了早期的光照模型，如环境光、漫反射（Lambertian模型）和镜面反射（Phong模型、Blinn-Phong模型）。我们不仅推导了这些模型的数学表达式，更重要的是分析了它们各自的物理合理性与计算效率。在着色技术方面，细致讲解了平面着色、分面着色（Gouraud Shading）和像素着色（Phong Shading）之间的区别及其对高光细节表现力的影响。 第二部分：三维场景的描述与组织 高效地管理和处理复杂的几何数据是大型图形应用的关键。本部分聚焦于场景描述的结构化方法和数据管理技术。 3. 几何建模技术： 除了参数曲面外，本书还详细介绍了边界表示（B-Rep）和空间划分技术在复杂实体建模中的应用。在体素建模方面，探讨了体渲染（Volume Rendering）的基础，包括射线行进法（Ray Marching）和基于梯度的切片方法。特别地，我们引入了基于深度学习的隐式表面表示（如SDF、NeRF的前身理念），为读者预留了向未来技术过渡的知识储备。 4. 层次结构与场景图： 讲解了如何使用场景图（Scene Graph）来组织复杂的虚拟环境。场景图不仅提供了对象间的层次关系，还支持高效的变换累加和状态管理。我们探讨了场景图的常见遍历策略（如深度优先、广度优先）及其在动画更新中的性能考量。 第三部分：光线追踪与真实感渲染 光线追踪是实现物理级真实感图像的核心算法。本部分将该主题作为重点进行深入剖析。 5. 光线追踪算法原理： 详细阐述了基于眼睛的射线投射（Ray Casting）与全光线追踪（Ray Tracing）的区别。重点讲解了蒙特卡洛积分在渲染中的应用，特别是路径追踪（Path Tracing）算法。我们通过严谨的数学推导，解释了如何利用重要性采样（Importance Sampling）和焦散（Caustics）的模拟来减少噪声和提高收敛速度。 6. 加速结构： 针对光线与场景中几何体的相交测试效率问题，本书全面介绍了空间划分数据结构。深入剖析了包围盒层次结构（Bounding Volume Hierarchy, BVH）的构建算法（如SAH准则）和遍历优化。同时，讨论了空间域的划分方法，如K-d树和八叉树，并比较了它们在不同场景拓扑结构下的性能表现。 7. 材质与纹理映射： 探讨了如何通过纹理和复杂的表面属性来丰富场景外观。详细介绍了二维纹理坐标的生成与应用（包括环境贴图、立方体贴图）。在高级材质方面，我们引入了双向反射分布函数（BRDFs）的概念，并重点分析了Cook-Torrance和GGX模型如何更精确地模拟微上面（Microfacet）的几何光学效应。 第四部分：实时渲染与图形硬件 随着实时应用（如游戏、虚拟现实）需求的增长，理解现代图形处理单元（GPU）的工作原理至关重要。 8. 经典实时渲染管线： 详细梳理了固定功能管线和可编程管线的演变。重点分析了GPU的基本架构（SIMD/SIMT结构）及其与CPU的协同工作方式。系统讲解了顶点处理、几何处理、栅格化和片段处理（像素着色）在现代GPU上的并行执行机制。 9. 可编程管线与着色器技术： 深入讲解了顶点着色器、片段着色器、几何着色器和计算着色器的编程模型与用途。通过实际案例，展示了如何利用这些可编程阶段实现复杂的几何变形、动态光照、阴影投射（如阴影贴图）和屏幕空间效果（如SSAO, 屏幕空间环境光遮蔽）。 10. 几何处理与简化： 讨论了在大规模模型中保持视觉质量同时降低多边形数量的技术。涵盖了LOD（细节层次）的自动生成策略，以及基于边坍塌、二次误差度量（QEM）的网格简化算法，这些是优化实时渲染性能的关键技术。 总结 本书不仅是理论的深度挖掘，更是工程实践的指南。通过大量的数学推导、算法分析和性能对比，读者将能够掌握构建现代三维应用所需的核心技能，为未来在虚拟现实、增强现实、科学可视化、电影特效等领域的发展打下坚实的基础。全书结构严谨，逻辑清晰，适合高年级本科生、研究生以及从事相关领域研发工作的工程师和设计师参考使用。

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从纯粹的排版和设计细节来看，这本书无疑是印刷界的精品。我注意到作者在处理大段文字和代码示例时的留白艺术处理得非常到位，阅读起来眼睛一点也不会感到疲劳。那些代码片段的字体选择和高亮配色方案，专业又不失美感，即便是需要对照学习代码的用户，也能保证极佳的阅读体验。此外，书的装订质量也值得称赞，无论我如何频繁翻阅那些关键的图表页，书脊都没有出现任何松动的迹象，这对于一本我打算长期作为工具书来使用的书籍来说，至关重要。总而言之，这本书在视觉呈现和物理质量上所展现出的匠人精神，与它所传达的技术内容一样出色，让人倍感物有所值。

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这本书的封面设计得相当有冲击力，那种深邃的蓝色背景配上流光溢彩的几何图形，一下子就抓住了我的眼球。我记得当时我正为我的一个新项目寻找一些创新的思路，正好翻到了这本书。它整体的排版非常精良，纸张的质感也很好，拿在手里沉甸甸的，一看就知道是用心制作的。我本来是抱着试试看的心态随便翻阅一下的，没想到那些关于色彩理论和用户界面设计的章节，简直是为我打开了一扇新的大门。特别是作者对动态图形在信息传达中的作用的分析，那段文字的描绘力极强，让我仿佛身临其境地感受到了视觉元素的流动与变化。而且，书中的插图质量非常高，那些复杂的流程图和示意图都清晰明了，即便是初学者也能很快理解其中的逻辑关系。这本书的装帧和印刷水平，完全达到了专业级教材的标准，让我对后续内容的阅读充满了期待。

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这本书的内容深度和广度，超出了我最初的预期。我原以为它会停留在比较基础的软件操作层面，但实际上，它深入探讨了教育心理学在多媒体设计中的应用。比如，书中关于“认知负荷”的章节，分析得极其透彻，它不仅告诉我们如何设计动画，更重要的是解释了为什么某些动画会分散学习者的注意力。我尤其欣赏作者在引用前沿研究成果时的严谨态度，每一个观点都有坚实的理论支撑，而不是空泛的口号。更让我惊喜的是，书中还穿插了许多业界专家的访谈片段，那些真知灼见，为我提供了许多宝贵的行业洞察。读完这部分内容，我感觉自己的设计思维得到了极大的提升，从一个“操作者”真正转变成了一个具有批判性思维的“设计者”。这种从“术”到“道”的跨越，是很多同类书籍难以企及的。

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这本书的结构编排堪称一绝，逻辑链条紧密到令人赞叹。它没有采用那种章节之间相互独立的写法，而是像搭积木一样，每一章的内容都在为下一章做铺垫，形成了一个完整的知识体系。我发现自己可以非常自然地从基础的媒体格式知识，平滑地过渡到复杂的交互设计原则，再到最后的项目管理和评估方法。这种层层递进的编排，使得知识的吸收效率达到了最大化。特别是当涉及到跨平台兼容性设计的那一章，作者构建了一个非常清晰的决策树模型，这个模型不仅适用于理论学习，我甚至可以直接把它应用到我当前的开发流程中去指导决策。这种高度的系统性和实用性结合，让这本书的价值远超一般的参考手册，更像是一套经过时间检验的行动指南。

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阅读过程中，我发现这本书的语言风格非常独特，它不像传统的学术著作那样板着脸孔，而是带有一种充满激情的叙事感。作者似乎是一位经验极其丰富的实践者，他用非常生动的语言描述了他在实际项目中遇到的各种“坑”和“绝招”。比如，在讨论音频处理那一章时，作者竟然用了一个非常贴切的比喻来形容混响和延迟效果的区别，瞬间让那些晦涩的技术概念变得通俗易懂。这种娓娓道来的讲述方式，极大地降低了阅读门槛，让原本枯燥的技术学习过程变得像听一位大师讲故事一样引人入胜。而且，书中的案例选择也非常贴合实际，很多都是我自己在工作中也会遇到的挑战，看着作者如何一步步拆解问题并给出优雅的解决方案，简直是一种享受。这本书的“人情味”很浓，读起来感觉非常亲切。

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