数据结构/高等职业院校规划教材计算机应用技术系列 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:225

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出版时间:2007-8

价格:20.00元

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isbn号码:9787113081195

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计算机图形学基础与应用 书籍信息： 书名： 计算机图形学基础与应用 作者： 软件工程系 计算机科学教研室 联合编写组 出版社： 科技创新出版社 出版年份： 2023年 页数： 480页 --- 简 介 一、本书概述与定位 本书旨在系统、深入地介绍计算机图形学领域的核心理论、基本算法与主流应用技术。它不仅仅是一本理论教材，更是一本兼顾工程实践能力的参考手册。本书的编写严格遵循“理论先行、实践驱动”的原则，力求在夯实学生坚实的数学基础之上，引导读者理解并掌握从二维到三维图形的生成、渲染、交互的全过程。 本书面向对象为高等院校计算机科学与技术、软件工程、数字媒体艺术等相关专业的本科生及研究生，同时也为从事游戏开发、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、影视特效、工业仿真等领域的工程师和技术人员提供系统性的学习资源和查阅工具。 二、内容结构与核心章节解析 全书共分为六大部分，二十个章节，逻辑结构清晰，循序渐进： 第一部分：图形学基础与环境设置（第1-3章） 本部分是理解后续复杂算法的基础。首先回顾了图形学在现代计算中的地位与发展历程。重点解析了图形学所需的数学基础，包括线性代数（向量、矩阵变换）、解析几何（曲线与曲面基础）以及投影几何的基本概念。此外，详细介绍了主流图形硬件架构（GPU原理）和图形API（如OpenGL/Vulkan的初步认识），为读者搭建起实践操作的平台。 第二部分：二维图形生成与变换（第4-6章） 本部分聚焦于平面几何的处理。内容涵盖了光栅扫描转换算法（如直线DDA算法、中点圆算法、Bresenham算法的优化），多边形填充算法（扫描线算法、区域填充算法）。此外，详细阐述了二维几何变换，包括平移、旋转、缩放、反射和错切，以及如何使用齐次坐标进行组合变换。对二维裁剪算法（如Cohen-Sutherland、Liang-Barsky）的原理和效率进行了对比分析。 第三部分：三维几何建模与表示（第7-10章） 这是本书的重点和难点之一。本部分深入探讨了三维空间数据的组织和描述。 三维变换： 扩展了二维的概念，引入了三维的旋转、平移、缩放，并重点讲解了欧拉角、四元数在旋转表示上的优缺点及相互转换方法，特别强调了万向节锁问题及其规避。 空间曲线与曲面： 系统讲解了参数化曲线的构造，包括Bézier曲线、B-样条（B-Spline）和NURBS（非均匀有理B样条）。内容详细阐述了它们的数学定义、控制点影响、局部/全局性，以及如何进行曲线的拼接与优化。 实体建模： 介绍了边界表示法（B-Rep）、构造实体几何（CSG）等主流实体建模技术，并讨论了网格数据（如OBJ、STL）的生成与维护。 第四部分：三维几何变换管线与投影（第11-13章） 本部分详细剖析了图形渲染流水线（Pipeline）的核心机制。 视景变换与投影： 区分了正交投影和透视投影的数学模型和应用场景。重点讲解了如何将三维世界坐标精确地映射到规范化设备坐标（NDC）和屏幕坐标系。 消隐处理： 讨论了深度缓存（Z-Buffer）算法的实现细节与性能考量。对于区域遮挡问题，深入分析了画家算法、深度排序算法以及扫描面算法的原理和局限性。 第五部分：光照、纹理与真实感渲染（第14-17章） 本部分聚焦于如何让模型看起来真实、自然，涵盖了现代渲染技术的核心要素。 光照模型： 详细介绍了 Phong 模型、Blinn-Phong 模型。更进一步，系统讲解了基于物理的渲染（PBR）的核心概念，如表面法线分布函数（BRDF）、微表面理论。 纹理映射： 涵盖了二维纹理坐标的生成、纹理的过滤（最近邻、双线性、三线性插值），以及纹理的封装技术（如环境贴图、凹凸贴图、法线贴图）。 高级渲染技术： 介绍了辐射度（Radiosity）、光线追踪（Ray Tracing）的基本算法框架，以及它们的硬件加速方法。 颜色与色彩空间： 探讨了人眼视觉特性、色彩模型（RGB, CMYK, HSV）以及Gamma校正的必要性。 第六部分：实时图形系统与交互（第18-20章） 本部分面向实际应用，讲解了现代实时图形系统的构建。 OpenGL/WebGL 实践： 提供了大量的基于现代OpenGL（Core Profile）和WebGL的编程实例，指导读者如何通过着色器（Shader）程序实现复杂的几何操作和视觉效果。 图形编程范式： 介绍了顶点着色器（Vertex Shader）和片段着色器（Fragment Shader）的编写逻辑，以及它们在实现复杂光照和特效中的作用。 交互技术： 讨论了事件驱动编程模型，鼠标、键盘、手柄等输入设备的数据处理，以及基本的相机控制模型（如第一人称、轨道相机）。 三、特色与创新点 1. 算法的实现详述： 对于每一个核心算法（如Bresenham、Cohen-Sutherland、光线步进），本书都提供了详尽的伪代码，并结合C++或类C语言描述，便于读者理解其底层逻辑而非停留在公式层面。 2. 跨平台实践指导： 提供了统一的理论框架，但在实践部分，同步介绍了基于主流API（如OpenGL）的实现步骤，并加入了Web环境下的WebGL示例代码链接，确保知识的现代性和实用性。 3. 数学与工程的平衡： 避免了过度复杂的纯数学推导，将重点放在如何将数学原理转化为高效的计算机算法，确保了工程应用的可操作性。 4. 前沿技术引入： 在渲染章节，对光线追踪、路径追踪、实时全局光照（如SSAO, Voxel Cone Tracing）等前沿概念进行了概述性介绍，为有志于深入研究的读者指明方向。 四、学习建议 本书内容量较大，建议读者在学习时，同步完成配套的实验指导书中的编程任务。只有通过亲手实现光栅化、矩阵变换和简单的光照模型，才能真正掌握计算机图形学的精髓。建议读者具备微积分、线性代数的基础知识后再开始学习本书。

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