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

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出版者:科学出版社

作者:姚海根石利琴

出品人:

页数:348

译者:

出版时间:2002-6

价格:38.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787030104816

丛书系列:

图书标签:

• 计算机图形学
• 图形学
• 应用
• 渲染
• OpenGL
• DirectX
• 游戏开发
• 可视化
• 图像处理
• 三维建模

跨越时空的数字构建：前沿光学与材料科学探索 图书简介 本书旨在为读者提供一个深入且前沿的视角，聚焦于当代光学、材料科学以及精密工程领域中最具颠覆性的技术与理论进展。它并非专注于计算机生成图像的特定软件或算法应用，而是致力于解析和理解物质世界在微观层面的基本规律，以及如何利用这些规律来设计和创造具有革命性性能的新型器件与系统。 本书的核心内容围绕三大相互关联的支柱展开：超材料与超表面（Metamaterials and Metasurfaces）、光子学与量子光学（Photonics and Quantum Optics），以及先进传感与成像技术（Advanced Sensing and Imaging Technologies）。 第一部分：物质重塑——超材料与超表面工程 本部分将彻底剥离传统材料学对设计的限制，深入探讨如何通过结构而非成分来定义材料的电磁响应。我们将从基础的电磁理论和廷缪斯（Tamm）效应开始，逐步过渡到复杂的人工结构设计。 1. 亚波长结构的设计原理： 详细阐述如何通过周期性或类周期性的亚波长结构来调控电磁波（从射频到可见光波段）的折射率、磁导率乃至负性。重点分析等效介质理论（Effective Medium Theory）在设计超构材料时的局限性与修正方法，包括各向异性与非互易性的引入。 2. 功能化超表面： 聚焦于二维化的超构材料——超表面。我们将分析其相对于传统超材料在集成化、轻量化方面的巨大优势。内容涵盖基于广义斯涅尔定律（Generalized Snell’s Law）的相位梯度设计、光束偏转、聚焦、以及实现多功能集成（如集成偏振分离与聚焦）的技术路线。读者将学习到如何利用局部相移（Pancharatnam-Berry Phase）来实现对光的精确、任意控制。 3. 新型功能： 探讨超材料在特定功能领域的突破性应用，例如： 隐身与反向散射抑制： 深入解析“等效磁流体”模型的构建，以及如何通过梯度折射率分布实现对特定波段电磁波的完美吸收或弯曲引导，从而实现对目标物体的“视觉隐藏”。 黑孔吸波体： 分析基于多层结构和耗散材料的宽带、高效率吸波设计，其原理与传统吸收器有何本质区别。 自适应超表面： 介绍如何将可重构元件（如相变材料、液晶或MEMS）集成到超表面单元中，以实现对光场实时、动态的调控能力，这在动态全息和可重构光学中至关重要。 第二部分：微观世界的驾驭——光子学与量子光学前沿 本部分将目光投向光与物质相互作用的最基本层次，探讨如何利用光子作为信息载体，并在量子层面进行精确操控。 1. 拓扑光子学： 这是一个新兴的交叉领域，它借鉴了凝聚态物理中的拓扑不变量概念，用于保护光流的传输。内容将涵盖拓扑绝缘体、拓扑晶体等概念在光子晶体中的实现，重点分析边缘态（Edge States）的非互易性与抗背散射特性，这对于构建高鲁棒性的片上光路至关重要。 2. 介电体纳米光子学与高非线性： 探讨使用高折射率介电材料（如硅、氮化硅）构建亚波长波导、谐振腔和散射单元的优势。重点剖析在这些高限制结构中，如何通过增强光场密度来激发显著的非线性效应（如四波混频、自相位调制），为片上光谱处理和频率梳的生成提供理论基础。 3. 量子光源与纠缠态： 本节着重介绍如何通过半导体量子点、缺陷中心或基于非线性晶体的参量下转换（SPDC）技术来产生单光子源和光子对。分析如何精确控制光子的叠加态和纠缠态，以及这些量子光源在量子计算和安全通信中的基础作用。 第三部分：感应万物——先进传感与成像 基于前两部分对光场和物质特性的深入理解，本部分探讨如何将其转化为实际的高性能测量与成像系统。 1. 超快瞬态测量： 介绍时间分辨技术（如飞秒激光系统）在捕获物质动态过程中的应用。详细阐述泵浦-探测（Pump-Probe）技术，如何用于测量电子弛豫、载流子动力学以及光化学反应的超快过程。 2. 衍射极限外的成像： 突破传统光学系统的分辨率限制是本领域的一大挑战。本章将深入解析利用近场扫描技术（如SNOM）、计算成像方法（如压缩感知成像）以及基于STED（受激发射损耗）原理的光学显微技术，如何实现对纳米尺度的结构进行无损、高分辨率的表征。 3. 深度与光谱传感： 探讨基于飞行时间（Time-of-Flight, ToF）的激光雷达（LiDAR）系统中的新型调制技术，以及如何通过光谱散射分析（Raman Scattering, 荧光寿命成像）来识别和区分不同化学组分，这在生物医学诊断和材料质量控制中具有不可替代的价值。 总结与展望 本书的结论部分将综合上述技术，展望下一代光电集成系统和量子信息技术的发展趋势。我们强调理论理解与实验实现的紧密结合，鼓励读者将这些基础科学发现转化为解决现实世界复杂工程问题的工具。本书的深度和广度，使其成为光学工程、材料科学研究生、资深研发人员以及对前沿物理学有浓厚兴趣的技术工作者的必备参考书。它提供的是关于“光与物质如何协同工作”的深刻洞察，而非仅仅是“如何使用特定软件生成图像”的流程指导。

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这本《计算机图形学应用》的封面设计得相当有意思，它没有采用那种常见的、充满复杂公式和抽象线条的“技术感”设计，反而用了一种更具艺术气息的排版，让我对内容产生了初步的好奇。我本来以为这会是一本纯粹的教科书，充满了晦涩的算法推导，但翻开目录才发现，它似乎更侧重于“应用”二字。比如，其中有一章专门讲了实时渲染技术在游戏开发中的实践，我特别关注了关于延迟渲染管线和阴影处理的部分。作者在解释这些复杂概念时，采用了大量类比和图示，把原本需要深厚数学功底才能理解的内容，用一种近乎讲故事的方式娓娓道来。特别是提到光线追踪技术在现代电影特效中的突破性应用时，作者没有停留在理论层面，而是深入剖析了几个经典案例的实现细节，比如某个好莱坞大片的爆炸效果是如何通过多层级的物理模拟和材质渲染共同构建起来的。这种注重实践、紧密联系行业前沿的写作手法，对于一个想从学校理论走向实际工作岗位的学生来说，简直是太及时雨了。我感觉自己不是在读一本冰冷的技术手册，而是在跟一位经验丰富的前辈学习如何将抽象的数学转化为震撼人心的视觉效果。唯一美中不足的是，有些高级优化技巧的篇幅略显单薄，如果能再增加一些关于GPU编程模型（如CUDA或OpenCL）与图形API（如Vulkan）深度结合的实战代码片段，那就完美了。

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我对这本书的评价是：它是一部令人兴奋的、跨学科的桥梁之作。我是一名从事动画制作的自由职业者，我们通常更侧重于艺术表现而非底层代码。然而，随着行业对实时渲染和动态光照要求的提高，对基础知识的掌握变得越来越重要。这本书在处理复杂的光照模型时，表现出了极高的专业水准。它没有避开复杂的数学公式，比如Monte Carlo积分在全局光照中的应用，但它通过引入大量的视觉化案例，比如不同采样策略下的噪点收敛速度对比，让这些高深的理论变得直观可感。书中对比了传统光栅化渲染与现代路径追踪渲染的优劣，并结合当前主流的渲染器（如Unreal Engine的Lumen系统或Blender的Cycles）的实现思路进行了解构。这种将学术前沿与工业标准紧密结合的叙事方式，极大地拓宽了我的视野。它让我意识到，优秀的作品不仅仅是艺术家灵感的结果，更是建立在扎实的物理光学和计算科学基础之上的。唯一让我感到遗憾的是，关于非真实感渲染（NPR）的探讨相对较少，如果能增加一些卡通渲染、水墨风格渲染等艺术化处理的章节，这本书的完整性将更上一层楼。

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我是一个有着十多年经验的交互设计师，一直以来对图形学的理解都停留在“如何使用现有引擎工具”的层面，很少深入到其底层原理。购入这本书纯粹是想找一本能快速弥补我知识短板的工具书。令人惊喜的是，这本书的结构非常清晰，它采取了一种螺旋上升的学习路径。一开始从基础的几何变换和投影入手，内容扎实而不冗长，确保了基础知识的牢固。随后，它迅速过渡到了高级主题，比如曲面建模和纹理映射的数学基础。令我印象深刻的是关于法线计算和着色模型的部分，作者没有直接抛出复杂的双向反射分布函数（BRDF），而是先从物理学角度解释了光与物质的交互现象，再自然地推导出近似模型，这种由现象到模型的引导过程，极大地降低了理解难度。对于我们设计师来说，理解这些背后的“为什么”，能让我们在使用PBR（基于物理的渲染）材质时，做出更精准的调整和判断，而不是仅仅依赖于滑块的变化。这本书的图文并茂达到了一个很高的水准，很多关键算法的流程图，清晰到可以直接作为工作流的参考手册。虽然书的后半部分涉及了一些计算几何的深度内容，对我来说略显超纲，但至少让我知道在未来需要深入学习哪些方向，起到了很好的导航作用。

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说实话，我买这本书的时候是抱着试试看的心理，因为市面上的“应用”类书籍往往华而不实，内容浮于表面，根本无法解决实际问题。但《计算机图形学应用》完全颠覆了我的预期。我主要关注的是它在数据可视化和虚拟现实（VR）部分的内容。在VR渲染一章中，作者详细分析了畸变校正、眼动追踪数据如何融入渲染管线，以及如何优化立体图像的渲染性能以避免用户眩晕。这些内容非常前沿，而且很多细节是其他入门书籍完全不会提及的。例如，书中对时间扭曲（Time Warp）技术的解释非常到位，它清楚地说明了为什么在VR中低延迟比高帧率更关键。此外，作者还提供了一些关于如何利用WebGL/WebGPU结合Three.js等库实现高性能三维场景展示的案例分析。这些案例不仅仅是代码堆砌，而是融入了场景管理、LOD（细节层次）策略和批处理优化的实战经验。阅读下来，我感觉这本书更像是一本“如何用图形学技术解决实际工程问题的实战指南”，它不仅告诉你“是什么”，更重要的是告诉你“怎么做，以及为什么这么做最有效率”。这种深度和广度兼具的平衡感，是极其难得的。

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这本书的整体编排逻辑堪称教科书级别的典范，但其内容的新鲜度却完全跟得上最新的行业动态，这实在难得。作为一名在高校教授计算机视觉的教师，我一直在寻找一本能同时满足本科高阶课程和研究生入门导引的书籍。我特别欣赏它在处理几何数据结构和拓扑优化方面的细致程度。例如，在讲解网格简化算法时，书中详细对比了Quadric Error Metric（二次误差度量）与其他简化方法的性能和质量差异，并附带了关于如何处理非流形几何体的实用技巧。这对于从事3D扫描数据处理和逆向工程的读者来说，是极其宝贵的第一手资料。更值得称道的是，它对并行计算在图形学中的应用进行了深入探讨，详细阐述了如何有效地利用GPU进行大规模几何体的处理，避免了传统CPU计算的性能瓶颈。这种对效率和规模化的关注，体现了作者对当代工程实践的深刻理解。它不是一本停留在理论完美性的书，而是直面工程限制和性能挑战的书。这本书结构严谨，论证充分，对于有一定数学基础的读者来说，它无疑是通往专业图形学应用领域的绝佳向导。

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