计算机图形学应用基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:187

译者:

出版时间:2009-3

价格:28.00元

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isbn号码:9787030240538

丛书系列:

图书标签:

• 教材
• 图形学
• 计算机图形学
• 图形学基础
• 应用
• OpenGL
• DirectX
• 渲染
• 可视化
• 算法
• 编程
• 实践

《图像的魔术师：绘制与塑造数字世界的原理》 在信息爆炸的数字时代，视觉信息的重要性不言而喻。从令人惊叹的电影特效，到触手可及的游戏场景，再到日常生活中无处不在的数字图像，它们共同构建了一个生动多彩的虚拟世界。而这一切的幕后，是一门深邃而迷人的学科——图像学。本书并非教授你如何使用某款特定的图形软件，而是带领你深入探寻那些驱动这些视觉奇迹的根本原理与底层技术，让你成为真正理解并驾驭数字图像的“魔术师”。 第一部分：像素的语言——理解数字图像的基石 在我们开始构建虚拟世界之前，必须先理解它的基本构成单元——像素。本书将从最基础的层面出发，揭示数字图像是如何由无数微小的点（像素）组成的。你将了解： 像素的本质与表示： 为什么计算机只能理解0和1？像素的颜色信息是如何用二进制代码精确表示的？我们将深入探讨RGB、CMYK等不同的颜色模型，理解它们各自的适用场景以及如何在不同模型间进行转换，从而让你深刻理解屏幕上看到的色彩并非随意生成，而是由一系列精确的数值定义。 图像的数学模型： 图像不仅仅是像素的堆叠，它背后隐藏着强大的数学语言。我们将介绍图像的几何表示，例如二维坐标系如何定义像素的位置，以及向量和矩阵如何在图像处理中扮演关键角色。理解这些数学基础，将为你后续学习更复杂的算法打下坚实的基础。 分辨率与采样： 为什么不同尺寸的图片在放大后会模糊？分辨率的含义是什么？我们将探讨数字图像的采样过程，理解像素密度（DPI/PPI）对图像质量的影响，以及在数字图像创建和处理中，如何权衡细节与文件大小。 图像的编码与压缩： 海量的图像数据如何存储和传输？我们将介绍无损压缩（如PNG）和有损压缩（如JPEG）的原理，理解它们如何通过不同的策略来减少图像文件的大小，同时尽可能地保留视觉信息。这将帮助你理解为什么同样的图片在不同的格式下文件大小差异巨大。 第二部分：形态的雕刻——绘制与变形的艺术 一旦我们掌握了像素的语言，就可以开始在数字画布上“绘制”和“塑造”图像了。本部分将深入探索那些构建和操控视觉形态的核心技术： 向量图形与栅格图形： 区分这两种图形表示方式至关重要。我们将详细讲解向量图形（如SVG）如何通过数学公式描述形状、线条和曲线，使其可以无限缩放而不失真。同时，你也会理解为什么在某些场景下，栅格图像（像素图）是不可替代的选择。 几何变换： 图像的移动、旋转、缩放、倾斜……这些看似简单的操作，背后有着精密的数学算法。我们将学习如何使用矩阵变换来实现这些二维和三维空间的几何操作，理解这些变换是如何影响像素的位置和图像的整体形态。 曲线与曲面： 从平滑的曲线到复杂的曲面，如何精确地描述和生成这些光滑的形状是数字艺术的关键。我们将介绍贝塞尔曲线、B样条曲线等数学模型，理解它们如何通过控制点来生成平滑、可控的曲线，并进一步推广到三维曲面的表示，为建模打下基础。 光栅化： 如何将数学描述的向量图形或三维模型“绘制”到由像素组成的二维屏幕上？光栅化是其中的核心过程。我们将探讨各种光栅化算法，理解它们如何在离散的像素网格上近似连续的几何形状，并解决边沿锯齿等问题。 抗锯齿技术： 为什么有时你会看到图像的边缘出现“阶梯状”的锯齿？我们将深入分析锯齿产生的根源，并介绍各种抗锯齿技术（如超采样、多重采样、Alpha混合等），理解它们如何通过模糊边缘或混合颜色来平滑图像的视觉效果。 第三部分：色彩的魔力——着色与渲染的奥秘 除了形态，色彩更是赋予图像生命力的灵魂。本部分将揭示色彩是如何被创造、模拟和呈现的： 光照模型与表面反射： 为什么物体在不同的光照下呈现不同的亮度和颜色？我们将学习经典的光照模型，如朗伯体、镜面反射、环境光等，理解光线与物体表面的相互作用是如何产生我们看到的视觉效果的。 着色算法： 如何根据光照信息，为物体的表面分配精确的颜色？我们将介绍不同的着色算法，从简单的恒定着色到更复杂的Gouraud着色和Phong着色，理解它们在计算表面颜色的精度和效率上的权衡。 纹理映射： 如何为简单的三维模型赋予复杂的表面细节，如木纹、砖块、布料等？纹理映射是实现这一目标的强大技术。我们将学习如何将二维图像“贴”到三维模型的表面，使其呈现出逼真的细节和质感。 阴影的生成： 真实世界中，物体之间会投射阴影，这极大地增强了场景的立体感。我们将探讨几种经典的阴影生成技术，如阴影体、阴影贴图等，理解它们如何模拟光线被阻挡而形成的阴影效果。 后期处理效果： 许多我们习以为常的视觉效果，如模糊、景深、动态模糊、色彩校正等，都是在图像生成后通过后期处理实现的。我们将介绍这些常用后期处理技术的原理，理解它们如何通过对像素进行数学运算来模拟各种光学和视觉效果。 第四部分：动态的诗篇——动画与交互的实现 静态的图像固然美好，但动态的画面更能吸引我们的目光，而交互则让我们能够参与到数字世界中。本部分将触及动画和交互式图形的基础： 关键帧动画： 动画的本质是连续变化的图像序列。我们将介绍关键帧动画的原理，理解如何通过设置关键帧来定义物体在不同时间点的状态，以及软件如何在此基础上进行中间帧的插值，从而生成流畅的动画。 骨骼动画与蒙皮： 对于复杂的人物或生物动画，骨骼动画是常用的技术。我们将探讨如何为模型设置骨骼，并通过骨骼的运动来驱动模型的变形，以及蒙皮技术如何将模型表面“连接”到骨骼上。 物理模拟简介： 模拟现实世界的物理规律，如重力、碰撞、弹性等，是创造逼真动画的关键。我们将初步介绍一些简单的物理模拟概念，如刚体动力学，让你了解如何让虚拟物体表现得更自然。 图形管线概述： 在实际的图形渲染过程中，数据是如何一步步被处理并最终呈现在屏幕上的？我们将简要介绍图形渲染管线，理解从模型数据到最终像素输出的整个流程，以及其中各个阶段的作用。 交互式图形的基础： 如何让用户与数字图像或虚拟场景进行互动？我们将探讨输入设备的响应机制（如鼠标、键盘），以及如何根据用户的操作来实时更新和渲染图像，从而实现基本的交互功能。 本书的价值 《图像的魔术师：绘制与塑造数字世界的原理》旨在为你提供一个坚实的理论基础，让你能够： 深入理解数字图像的生成与处理过程： 不再是被动地使用工具，而是理解工具背后的原理。 培养解决图形问题的能力： 面对各种图像相关的技术挑战时，能够找到有效的解决方案。 为更高级的图形学领域打下基础： 为未来学习三维建模、游戏开发、虚拟现实、人工智能视觉等领域做好准备。 提升对视觉信息的洞察力： 更深刻地理解我们所看到的世界，以及数字世界是如何被构建和呈现的。 本书的编写风格力求严谨而易懂，避免了枯燥的数学公式堆砌，而是通过清晰的解释、直观的例子和逻辑性的推理，带领你逐步走进图像学的奇妙世界。无论你是对数字艺术充满热情，还是希望在技术领域有所建树，本书都将是你不可或缺的向导。让我们一起揭开图像的神秘面纱，用知识的力量，去绘制、去塑造，去创造属于你自己的数字奇迹！

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这本书的封面设计得相当有质感，那种深邃的蓝色调配上银色的标题字体，立刻给人一种专业而前沿的感觉。我翻开第一章时，对作者开篇构建的那个关于数字世界视觉化叙事的引入印象深刻。他没有急于抛出复杂的数学公式，而是先从历史的长河中，梳理了人类如何从二维的绘画走向三维的构建，这种宏大的视角让读者在进入技术细节之前，心中已经有了一个清晰的坐标系。特别是关于光线追踪早期的模拟实验部分，作者用非常生动的语言描述了早期的艺术家和工程师是如何在有限的计算能力下，通过精妙的算法模拟出真实的光影效果，那种对技术背后人文精神的挖掘，远超出了我预期的技术手册范畴。接着进入到基础几何变换的章节，讲解方式也相当灵活，通过一系列精心设计的、仿佛在操作虚拟积木一样的交互式例子，将矩阵运算和变换的逻辑嵌入其中，读起来毫不枯燥，甚至让人有一种想要立刻打开软件亲手尝试的冲动。整本书的排版布局也十分考究，图文比例恰到好处，关键的公式和概念都有专门的背景框突出显示，阅读体验非常流畅。

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我必须承认，最初拿到这本书时，我对于“应用基础”这几个字是持保留态度的，总担心内容会过于浅尝辄止，无法满足我对深入理解渲染管线细节的渴望。然而，深入阅读后，这种担忧完全被打消了。作者在处理面向实时渲染（Real-Time Rendering）这部分内容时，展现了极其扎实的工程实践功底。他没有停留在教科书式的概念介绍，而是深入探讨了GPU的并行计算架构如何影响现代图形学的编程范式。例如，他对几何流水线（Geometry Pipeline）中各个阶段的延迟和优化策略进行了细致的分析，这一点在很多同类书籍中是鲜少被提及的。更让我惊喜的是，书中对于纹理映射和细节级别（LOD）管理的讨论，不仅解释了“是什么”，更侧重于“为什么”和“如何做”。他通过对比不同的过滤算法（如各向异性过滤）在不同场景下的性能表现和视觉差异，帮助读者建立起一种权衡（Trade-off）的思维模式，这对于未来从事实际项目开发至关重要。

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这本书的难点把握得非常精准，对于初学者来说，它提供了一张清晰的路线图，但对于有一定基础的读者，它又埋藏了足够的深度去探索。最让我感到振奋的是关于材质模型（Material Models）的章节。作者非常清晰地阐述了从早期的Phong模型到现代基于物理的渲染（PBR）的演变历程。他并没有只是简单地堆砌BRDF的公式，而是将这些数学表达与现实世界中光与不同表面材料的相互作用紧密联系起来。书中对微表面理论（Microfacet Theory）的介绍，虽然涉及微积分，但作者巧妙地结合了直观的几何类比，使得复杂的概念变得可触可感。我在阅读过程中，多次停下来，对照自己之前用其他软件渲染的场景，重新审视那些光照不自然的地方，这本书像是提供了一副“透视眼镜”，让我能看穿屏幕上像素背后的物理原理。这种理论与实践的完美结合，极大地提升了我对“真实感”的理解层次。

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这本书的语言风格可以说是严谨中带着一种近乎学者的冷静和克制，但又不失条理分明。我特别欣赏作者在处理复杂算法时的逻辑推进方式。比如，在介绍光栅化（Rasterization）过程时，他是从最基础的扫描线算法开始，逐步引入深度缓冲（Z-Buffer）和片段着色器（Fragment Shader）的概念，每一步都像是在搭建一个精密的机械装置，环环相扣，没有一丝多余的赘述。这种结构上的严谨性，保证了读者在面对大量专业术语时，不会迷失方向。另外，全书的案例选择都非常具有代表性，无论是简单的多边形渲染，还是更复杂的环境光遮蔽（Ambient Occlusion）的实现，作者都提供了清晰的伪代码或流程图，这对于希望将理论知识转化为实际代码的工程师来说，简直是如获至宝。它不是一本让你快速学会“用”某个工具的书，而是一本让你彻底明白“为什么”要这样“做”的书。

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这本书在扩展视野方面做得非常出色，它超越了单纯的二维到三维的转换，开始触及图形学的交叉领域。我很喜欢其中关于人机交互（HCI）与图形学结合的那一小节，它探讨了沉浸式技术，比如虚拟现实（VR）中的眼动追踪和注视点渲染（Foveated Rendering）的图形学基础。这部分内容虽然篇幅不长，但展示了作者对图形学未来发展方向的深刻洞察力。它引导读者思考，图形学不仅仅是制作精美画面，更是如何构建高效、自然、与人类感知系统深度融合的数字体验。此外，书中对数据结构在图形学中的应用也做了详尽的讲解，例如BSP树和八叉树（Octree）在场景管理和加速射线求交中的作用，这些内容都是工程实践中提升性能的关键所在。总的来说，这本书的价值在于，它提供了一套坚实的、能够支撑读者在未来持续学习和应对新技术挑战的理论框架。

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剖为一般的图形学书籍，有点像是一本字典，对于内容到是精炼，充实，但是读之无趣，思之无味。

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剖为一般的图形学书籍，有点像是一本字典，对于内容到是精炼，充实，但是读之无趣，思之无味。

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剖为一般的图形学书籍，有点像是一本字典，对于内容到是精炼，充实，但是读之无趣，思之无味。

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剖为一般的图形学书籍，有点像是一本字典，对于内容到是精炼，充实，但是读之无趣，思之无味。