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出版者:

作者:Keith Barr

出品人:

页数:325

译者:

出版时间:2009-1

价格:48.00元

装帧:

isbn号码:9787030232922

丛书系列:

图书标签:

• IC设计
• 科技
• ASIC
• ASIC
• 集成电路
• 数字电路
• 芯片设计
• Verilog
• VHDL
• 半导体
• 电子工程
• EDA工具
• 低功耗设计

计算机图形学导论：从像素到沉浸式体验 内容简介 本书全面系统地介绍了计算机图形学的基础理论、核心算法和现代应用。内容涵盖从最底层的光栅化、几何建模，到高级的渲染技术、动画原理，以及当前热门的虚拟现实（VR）和增强现实（AR）的实现机制。本书旨在为读者构建一个扎实且深入的知识体系，使其能够理解并掌握数字世界中图像生成与交互的科学原理。 --- 第一部分：图形学基础与几何表示 (Fundamentals and Geometric Representation) 本部分是构建后续高级主题的基石，重点阐述了计算机如何理解和描述三维空间中的物体。 1.1 视觉感知与人眼模型 本章首先探讨人类视觉系统的基本特性，包括感光细胞的响应机制、色彩感知（如CIE XYZ、RGB、HSV颜色空间）以及深度感知。理解这些生物学基础，有助于我们设计出更真实、更符合人类直觉的渲染算法。我们详细分析了人眼对空间频率、亮度和对比度的敏感度，并引入了人眼视觉系统的局限性（如视觉暂留、阿波视觉）。 1.2 几何变换与坐标系统 这是图形学中最核心的数学工具。我们详细讲解了欧几里得空间中的刚体变换（平移、旋转、缩放）及其组合。重点阐述了齐次坐标系如何统一地表示所有仿射变换，并引入了旋转矩阵（欧拉角、四元数）的详细推导和应用，特别是四元数在避免万向节锁问题中的优势。此外，还深入探讨了视图变换（Viewing Transformation），即如何将三维世界坐标（World Space）精确地映射到观察者的二维屏幕空间（Viewport Space），包括正交投影和透视投影的数学模型。 1.3 曲线与曲面表示 数字世界中的复杂对象通常由数学函数定义。本章聚焦于如何用数学形式描述平滑的几何形状。我们首先分析了参数化曲线（如贝塞尔曲线、B样条曲线）的定义、控制点影响的原理，以及它们在工业设计中的应用。接着，深入探讨了NURBS（非均匀有理B样条）作为描述自由曲面的行业标准，详细阐述了其基函数（Basis Functions）的计算和局部可编辑性。此外，还讨论了细分曲面（Subdivision Surfaces）的迭代构建方法，如Loop细分。 第二部分：光栅化流水线与基础渲染 (Rasterization Pipeline and Basic Rendering) 本部分将数学描述的几何体转化为屏幕上可见的像素集合，这是实时图形学的核心流程。 2.1 扫描转换算法 (Scan Conversion) 扫描转换是将连续的几何图元（点、线、多边形）转换为离散像素的艺术。我们详细分析了数字微分分析器（DDA）算法、中点画线算法，以及如何高效地填充多边形。填充算法部分重点讨论了奇偶规则（Even-Odd Rule）和非零环绕数规则（Non-Zero Winding Rule）在判断点是否在多边形内部时的区别和应用。 2.2 深度缓冲与可见性判定 在三维场景中，物体相互遮挡是常态。本章深入讲解了Z-Buffer（深度缓冲）算法的原理、实现流程以及其局限性（如深度精度问题）。我们还对比了早期的画家算法（Painter's Algorithm）和基于多边形/像素的深度排序方法，分析了它们在处理复杂场景时的效率和正确性。 2.3 基础光照模型 渲染的真实感严重依赖于光照计算。本章引入了冯·内塞（Phong）反射模型，将其分解为环境光、漫反射光和镜面反射光三个组成部分。我们详细推导了漫反射的 Lambertian定律，并着重分析了镜面高光的计算，包括高光指数（Shininess）的含义和对材料外观的影响。此外，还简要介绍了兰伯特（Lambert）余弦定律在确定表面法线方向对光照影响中的作用。 2.4 纹理映射与插值 为了增加物体的细节，引入了纹理映射技术。本章讲解了如何将二维图像（纹理）“包裹”到三维表面上。重点讨论了纹理坐标的定义（UV空间），以及在光栅化过程中，如何使用重心坐标（Barycentric Coordinates）进行颜色、法线和纹理坐标的精确插值，以确保纹理在多边形上平滑过渡，避免出现“马赛克”效应。 第三部分：高级渲染技术与光线追踪 (Advanced Rendering and Ray Tracing) 本部分超越了简单的光栅化限制，追求物理级真实感的渲染方法。 3.1 纹理的高级应用 我们探讨了超出基础颜色纹理的复杂技术。这包括法线贴图（Normal Mapping）和置换贴图（Displacement Mapping），它们如何通过修改表面法线或几何结构来模拟微观表面细节，极大地提高了视觉复杂度而无需增加几何模型的多边形数量。还引入了各向异性（Anisotropic）材料（如拉丝金属）的建模。 3.2 光线追踪原理 (Ray Tracing) 光线追踪是实现物理精确渲染的基石。本章详细阐述了光线与各种几何体（如平面、三角形、二次曲面）的求交算法。重点讲解了包围盒（Bounding Volume Hierarchy, BVH）的构建和遍历策略，这是实现高效光线追踪的关键加速结构。我们还讨论了递归光线追踪中主光线、阴影光线、反射光线和折射光线的生成与处理。 3.3 蒙特卡洛方法与全局光照 要实现照片级的真实感，必须考虑场景中光线的复杂交互，即全局光照（Global Illumination）。本书介绍了蒙特卡洛积分的理论基础及其在渲染中的应用。深入分析了路径追踪（Path Tracing）算法，它通过随机采样光线路径来估计积分方程（渲染方程），并探讨了方差缩减技术，如重要性采样（Importance Sampling）和反向路径追踪（Bi-directional Path Tracing）。 第四部分：三维动画与交互 (3D Animation and Interactivity) 本部分关注如何让静态模型“动起来”，并实现用户与虚拟环境的实时互动。 4.1 关键帧动画与插值 动画是通过快速连续显示图像序列来欺骗视觉感知的过程。本章讲解了基于关键帧（Keyframing）的动画制作流程。着重分析了样条曲线插值（Spline Interpolation）在时间轴上的应用，包括线性插值、三次样条插值（如Catmull-Rom），以及如何使用缓入/缓出（Ease-in/Ease-out）技术使运动自然流畅。 4.2 骨骼动画与形变 对于人物和复杂机械的运动，骨骼（Skeletal）或蒙皮（Skinning）动画是主流技术。我们详细解释了骨架层次结构、关节变换的传递，以及如何通过权重（Weights）将模型顶点平滑地绑定到骨骼上，实现关节处的自然形变。 4.3 碰撞检测与物理模拟基础 实时交互要求系统能判断物体间的接触。本章介绍了基础的碰撞检测算法，包括轴对齐包围盒（AABB）和离散化碰撞检测。随后，简要介绍了牛顿力学在图形学中的应用，包括刚体动力学的基础方程（如欧拉方程）以及最简单的积分方法，如半隐式欧拉积分。 第五部分：现代图形API与专业应用 (Modern APIs and Specialized Applications) 本部分将理论知识与现代工业标准相结合，探讨实际开发中的技术栈。 5.1 图形编程接口（API） 深入介绍当前主流的图形API，如OpenGL和DirectX（或Vulkan）。重点解析了可编程管线（Programmable Pipeline）的概念，详细说明了顶点着色器（Vertex Shader）和片段着色器（Fragment Shader）的功能、输入输出数据流，以及如何使用GLSL/HLSL编写这些着色程序来控制几何体处理和像素颜色生成。 5.2 实时阴影技术 阴影是增加场景深度感的关键。本书系统对比了多种实时阴影技术：阴影贴图（Shadow Mapping）的原理、深度精度问题和“锯齿”伪影的解决方案；以及基于体素的阴影技术（如Voxel Cone Tracing）在处理复杂遮挡时的优势。 5.3 虚拟与增强现实 最后，本书将图形学原理应用于新兴领域。我们探讨了VR/AR系统对低延迟、高帧率的特殊要求。内容包括头戴式显示器（HMD）的光学畸变校正、眼动追踪的原理、立体渲染（Stereoscopic Rendering）的双目视角生成，以及如何通过空间追踪技术将虚拟内容精确地叠加到现实世界中。 --- 本书结构严谨，内容详实，不仅适合作为高等院校计算机图形学课程的教材，也为希望深入研究实时渲染、游戏开发或专业可视化领域的工程师和研究人员提供了坚实的参考框架。全书穿插了大量的数学推导、算法伪代码和实际应用案例，确保读者能够从理论层面掌握图形学的精髓，并具备将所学知识应用于复杂项目实践的能力。

评分☆☆☆☆☆

拿到书，不太像32开。 很多地方写的汗简单，并没有深入下去，有点像是大杂烩。如果刚毕业或者在校的学生，可以看看，起个提纲挈领的作用。 真正要学IC设计，还是多看看拉扎维和艾伦的书吧

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评分☆☆☆☆☆

这本《ASIC设计》就像一本藏宝图，勾勒出了芯片世界里那条从概念到实体的奇妙旅程。我一直对电子工程领域充满好奇，尤其是那些驱动着我们生活中无数设备的微小集成电路。书中的内容，虽然我还没能深入钻研，但光是目录和章节的标题就足以让我感到振奋。我看到有关于逻辑综合、布局布线、时序分析这些核心环节的介绍，这些都是我印象中ASIC设计过程中至关重要的步骤。想象一下，将复杂的电子功能压缩到几平方毫米的硅片上，这背后需要多么精密的算法和严谨的流程。书中似乎还提到了验证的重要性，这让我意识到，在投入巨资制造芯片之前，必须确保它能够完美无瑕地运行。我尤其对书中可能包含的案例研究或实际项目演示部分充满期待，能够看到理论知识如何转化为实际产品，对我理解ASIC设计的应用场景非常有帮助。这本书就像一扇通往微电子世界的大门，让我窥见了其中深邃的奥秘，激发了我进一步探索的渴望。

评分☆☆☆☆☆

随着我对半导体行业兴趣的不断增长，一本关于ASIC设计方面的专业书籍成为了我渴望深入了解的对象。《ASIC设计》这本书，从我短暂的接触中，便给我一种专业且内容丰富的预感。我注意到书中可能涉及到了大量的硬件描述语言（HDL），例如Verilog或VHDL，这些是描述数字电路行为的关键工具。我特别好奇书中会如何讲解如何从高层次的抽象概念，通过这些语言一步步细化，最终生成可用于制造的逻辑网表。书中提及的“时序约束”和“时钟树综合”等概念，让我意识到在高速数字电路设计中，时间管理是多么的重要。它让我开始思考，如何才能设计出在极短时间内完成复杂计算任务的芯片。这本书，似乎不仅仅是技术手册，更像是一本关于如何将工程理论付诸实践的实践指南，它为我打开了一个通往更深层次硬件设计的世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书《ASIC设计》给我一种感觉，它不只是关于技术本身，更是一种关于“工程美学”的呈现。从概念的构思，到电路的实现，再到最终的物理版图，每一步都似乎充满了挑战与智慧的闪光。我虽然还未深入阅读，但从书籍的结构和部分内容的暗示来看，它似乎会带领读者体验一个完整的ASIC设计生命周期。我特别关注的是书中是否会讨论到功耗、面积和性能（PPA）这三个关键的设计指标之间的权衡。在有限的资源下，如何设计出既高效又节能的芯片，这无疑是ASIC设计中最具艺术性的部分。书中的内容，或许会揭示出那些在看似冰冷的代码和电路背后，蕴含着工程师们为了达成最优解决方案所付出的不懈努力和创新思维。它让我意识到，ASIC设计不仅仅是技术的堆砌，更是一种将抽象概念转化为具有实际价值产品的严谨而富有创造性的过程。

评分☆☆☆☆☆

在如今这个高度信息化的时代，我对那些支撑起数字世界运转的幕后英雄——集成电路，产生了极大的好奇。《ASIC设计》这本书，从我初步翻阅的感受来看，似乎是一部揭示这些“英雄”诞生过程的详尽指南。我注意到书中可能深入探讨了ASIC设计流程中的各个关键阶段，比如前端设计（逻辑设计、验证）和后端设计（物理设计）。让我尤其感到兴奋的是，书中似乎会涉及如何进行形式验证，以确保设计的正确性，以及如何进行物理验证，以避免制造缺陷。这让我意识到，ASIC设计并非一蹴而就，而是需要严谨的验证和细致的打磨。书中可能还会包含对不同设计方法学的介绍，比如结构化设计和行为级设计，这让我对接下来的学习方向有了更清晰的认识。它仿佛在告诉我，每一个我们日常使用的电子设备，背后都凝聚着无数工程师的智慧和心血，而这本书，便是窥探这一切的绝佳窗口。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对计算机体系结构有着浓厚兴趣的学习者，我一直在寻找能够深化我对硬件底层理解的书籍。《ASIC设计》这本书，从我浏览的初步印象来看，似乎是一本非常具有指导意义的读物。我注意到书中可能涉及到了数字逻辑设计的基础，包括门电路、触发器、状态机等等，这些都是构建复杂数字系统的基石。我特别好奇书中会如何讲解“行为级描述”到“寄存器传输级（RTL）”的转化过程，以及如何从RTL代码生成最终的门级网表。书中提到的一些EDA（电子设计自动化）工具，比如综合工具、布局布线工具，这让我对ASIC设计流程中的自动化和智能化有了更直观的认识。我期待这本书能够提供清晰的图解和详细的步骤解释，帮助我理解在实际ASIC设计中，工程师们是如何运用这些工具来解决实际问题的。它不仅仅是一本关于技术的书，更像是一种思维方式的启迪，教导我如何以一种工程化的、系统化的方式去思考和解决问题。

评分☆☆☆☆☆

黄金男给我的启蒙书，结果被他忽悠进去了，早知去INTEL了。。BS之

评分☆☆☆☆☆

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