具体描述
本书介绍了计算机图形学的基础知识及应用实例，主要内容包括：计算机图形软、硬件系统基本知识，基本图形生成与多边形填充，字符生成，二维裁剪，二维变换，三维变换，典型曲线曲面，消隐，真实感图形表现，图形学基本应用等。针对主要知识点，每章提供若干图形界面的应用实例的实现过程与执行结果，帮助读者分析计算机图形学原理，并通过大量生动的图片与实例，将枯燥的理论转变为可视化的实践操作，书中所有程序均在Visual C¨6．0环境中验证通过。同时，还特别提供了两个阶段性的应用程序：二维图形综合设计实例与真实感综合设计实例。本书是学习计算机图形学的入门书籍，既能使读者全面了解计算机图形学的基础理论，又能通过大量应用实例提高其编程能力。
本书适合作为普通高校计算机、信息处理、艺术设计等专业的计算机图形学课程及其实验教材或教师参考用书，也可作为工程技术人员或图形学爱好者的自学用书，还可作为相关课程设计的参考教材。
空间几何的奇妙旅程：透视、光影与交互的艺术 图书名称： 空间几何的奇妙旅程：透视、光影与交互的艺术 图书简介： 本书旨在引领读者深入探索计算机图形学领域中最为核心且迷人的主题——空间几何、光照模型以及实时交互技术。我们避开了对基础硬件和编程接口的冗余介绍，而是将全部篇幅聚焦于图形生成背后的数学原理、美学构建及其在现代计算环境中的应用实践。 第一部分：几何基础与空间变换的艺术 本部分是理解一切三维图形表示的基石。我们从齐次坐标系的引入开始，详细阐述了如何利用矩阵运算优雅地实现复杂的空间变换。内容涵盖了从基础的平移、旋转、缩放到更高级的仿射变换与透视投影。特别地，我们用大量的几何直观解释了四元数在三维旋转插值中的优势，避免了欧拉角的万向节锁定问题，为动画和虚拟现实中的平滑运动奠定了数学基础。 我们深入探讨了参数化曲面的构建，重点分析了Bézier曲线与曲面的控制点机制，以及NURBS（非均匀有理B样条）如何提供对复杂自由形态几何的精确描述能力。这不仅仅是数学公式的堆砌，更是对设计意图如何转化为离散数字模型的思维过程的梳理。读者将学习如何通过调整控制多边形来精确控制曲线的曲率和光滑度，理解从几何定义到渲染管线输入数据的完整流程。 第二部分：光线的轨迹与感知的模拟 计算机图形学的终极目标之一是模拟真实世界的光照现象。本部分将详尽剖析光照模型与渲染方程。我们首先从Phong反射模型和Blinn-Phong模型入手，解释镜面高光、漫反射和环境光的物理意义，理解它们如何被简化并应用于实时渲染。 随后，我们将视野提升至更复杂的全局光照领域。核心内容包括对渲染方程（Rendering Equation）的深入解析，这是物理正确渲染的数学基石。我们将详细介绍辐射度（Radiosity）方法，探讨其如何处理漫反射之间的复杂能量交换，并解释路径追踪（Path Tracing）算法的原理，包括蒙特卡洛积分在光线采样中的应用。我们不会止步于理论，还会讨论如何通过双向路径追踪（BDPT）和光子贴图（Photon Mapping）等技术，有效地解决焦散（Caustics）等难题，实现照片级真实感。 此外，材料的视觉属性至关重要。本书对BRDF（双向反射分布函数）进行了细致的梳理，从经典的Lambertian到更现代的基于微表面（Microfacet）的理论，如GGX模型，解释了它们如何从微观尺度模拟材料表面的粗糙度和各向异性，从而赋予虚拟物体以可信的“质感”。 第三部分：视觉效果的构建——纹理、阴影与深度 本部分聚焦于如何将抽象的几何体转化为具有丰富细节和空间感的视觉图像。我们详细阐述了纹理映射的原理，包括坐标变换、纹理过滤（如双线性与三线性插值），并重点分析了各向异性过滤在处理掠射角纹理时避免模糊失真的关键作用。 阴影的生成是构建空间深度的核心要素。本书系统介绍了阴影图（Shadow Maps）的实现细节，包括深度缓冲区的存储、透视走样（Perspective Aliasing）的解决之道，以及更先进的百分比近似过滤（PCF）和阴影体积（Shadow Volumes）技术。 深度感知与延迟渲染： 我们将探讨现代图形管线中如何有效地处理复杂的半透明和后处理效果。深度缓冲（Z-Buffer）的精确写入与读取机制被剖析，而对于需要复杂光照计算的应用，我们将详细讲解延迟着色（Deferred Shading）的工作流程，即如何分离几何处理和光照计算，以支持场景中海量光源的有效管理。 第四部分：实时交互与性能优化 现代图形学的应用离不开实时性。本部分将目光投向可编程管线中的关键组件。我们深入解析了GPU上的顶点着色器（Vertex Shader）与片段着色器（Fragment Shader）的编程范式，讲解如何利用并行架构高效地处理几何变形和像素级别的光照计算。 性能优化是不可或缺的一环。本书讨论了Level of Detail (LOD) 策略，如几何细节的自动简化与LOD切换，以及遮挡剔除（Occlusion Culling）和视锥剔除（Frustum Culling）等技术，这些都是在保证视觉质量的前提下，显著提高帧率的关键手段。 总结与展望： 《空间几何的奇妙旅程：透视、光影与交互的艺术》是一部专注于底层原理与先进算法的深度教材。它不侧重于特定API的语法教学，而是致力于构建读者对三维图形计算的数学直觉和物理理解。通过对几何变换、光照模型、采样理论和实时渲染流水线的全面覆盖，本书将为有志于从事图形学研发、游戏引擎开发、仿真建模或高级视觉效果制作的读者，提供坚实而深刻的理论基石。阅读本书，即是开始一段从数学抽象到视觉奇观的严谨探索之旅。
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