Matrix Transforms for Computer Games and Animation

Matrix Transforms for Computer Games and Animation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Vince, John
出品人:
页数:177
译者:
出版时间:2012-6
价格:$ 56.44
装帧:
isbn号码:9781447143208
丛书系列:
图书标签:
  • 矩阵
  • 数学
  • math
  • Matrix
  • 矩阵变换
  • 计算机游戏
  • 动画
  • 图形学
  • 线性代数
  • 数学
  • 游戏开发
  • 计算机图形学
  • 3D图形
  • 变换矩阵
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具体描述

Matrix transforms are ubiquitous within the world of computer graphics, where they have become an invaluable tool in a programmer's toolkit for solving everything from 2D image scaling to 3D rotation about an arbitrary axis. Virtually every software system and hardware graphics processor uses matrices to undertake operations such as scaling, translation, reflection and rotation. Nevertheless, for some newcomers to the world of computer games and animation, matrix notation can appear obscure and challenging. Matrices and determinants were originally used to solve groups of simultaneous linear equations, and were subsequently embraced by the computer graphics community to describe the geometric operations for manipulating two - and three-dimensional structures. Consequently, to place matrix notation within an historical context, the author provides readers with some useful background to their development, alongside determinants. Although it is assumed that the reader is familiar with everyday algebra and the solution of simultaneous linear equations, "Matrix Transforms for Computer Games and Animation" does not expect any prior knowledge of matrix notation. It includes chapters on matrix notation, determinants, matrices, 2D transforms, 3D transforms and quaternions, and includes many worked examples to illustrate their practical use.

跃动光影:视觉叙事的算法奇境 想象一下,那些令人屏息的电影特效,那些栩栩如生、动作流畅的游戏角色,它们是如何从一段段代码中跃然纸上的?这一切的背后,是精妙的数学原理与计算机科学的完美融合。本书将带你潜入这个充满魔力的视觉叙事领域,深入探索那些塑造数字世界形态与动态的关键技术。 我们并非从高深的理论劈头盖脸,而是从最直观的观察出发。你是否曾惊叹于镜头语言的切换自如,角色在三维空间中如何转身、跳跃,或是物体如何进行精妙的变形?本书将剥开这层表象,揭示其核心的奥秘——矩阵变换。这并非枯燥的数学公式堆砌,而是构建数字世界骨骼与灵魂的基石。 本书将引导你理解,简单的二维图像,如何通过平移、旋转、缩放这些基础变换,在屏幕上展现出万千变化。进而,我们将深入三维空间的奥秘。一个点、一条线、一个面,在三维坐标系中如何被精确地定义?更重要的是,如何通过一系列的矩阵运算,赋予它们在空间中的任何一种可能的位置和方向?从物体自身的局部坐标系,到世界坐标系,再到摄像机坐标系,这层层转换的逻辑链条,将为你解开三维建模与渲染的神秘面纱。 你将学习到,如何利用变换矩阵来控制物体的“一举一动”。想让一个模型绕着某个轴心旋转?想让一个物体在屏幕上以特定的角度倾斜?亦或是想让整个场景根据玩家的视角进行缩放?这些看似复杂的动作,在矩阵变换的框架下,都将变得清晰可解。我们将探讨如何组合这些基础变换,形成更为复杂的效果,例如让一个角色做出连贯的挥剑动作,或者让一辆赛车在赛道上进行漂移。 然而,数字世界的壮丽不仅仅是静止的物体,更是流动的生命。本书将进一步拓展你的视野,聚焦于动画的生成。你将了解到,动画不仅仅是连续画面的叠加,而是通过关键帧之间的插值,赋予物体生命般的运动。我们会探讨不同的插值方法,例如线性插值、Slerp(球面线性插值)等,它们如何影响动画的平滑度和逼真度。更进一步,你将接触到骨骼动画(Skeletal Animation)的概念。想象一下,一个复杂的人形模型,其运动如何通过一个内部的骨骼系统来控制?本书将深入讲解如何构建和绑定骨骼,以及如何利用骨骼的变换来驱动模型的变形,从而实现逼真的人物动画。 对于那些追求极致视觉效果的开发者而言,摄像机控制是至关重要的环节。本书将解析摄像机是如何在三维空间中“观察”世界的。你将学习到如何定义摄像机的视角、焦距、近裁剪面和远裁剪面,这些参数如何共同决定了最终呈现在屏幕上的画面。从第一人称视角到第三人称视角,从固定摄像机到自由移动的摄像机,本书将提供实现这些效果的算法基础。你还会了解到,如何通过投影矩阵将三维场景投影到二维屏幕上,理解正射投影和透视投影的区别及其应用场景。 除了基本的几何变换和动画生成,本书还将触及一些更高级的概念,它们是现代图形学中不可或缺的组成部分。例如,法线变换,它如何确保光照效果在模型变形后依然准确无误?模型材质的表示,以及如何在变换后正确地应用纹理和着色器,让物体呈现出不同的质感?这些内容将为你的视觉表现力添砖加瓦。 本书的结构精心设计,从易到难,循序渐进。我们会用清晰的语言和丰富的示例,为你搭建起坚实的理论基础。你将接触到各种编程语言和图形API中实现这些算法的实际代码片段,让你能够将理论知识迅速转化为实践。本书的目标是让你不仅理解“是什么”,更能深刻理解“为什么”和“如何做”。 不论你是对游戏开发充满热情的初学者,还是希望精进动画制作技巧的从业者,亦或是对计算机图形学原理感到好奇的学生,本书都将为你打开一扇通往数字世界核心的大门。准备好迎接这场计算与创意的奇妙旅程了吗?让我们一同在跃动的光影中,探索算法的无限可能。

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读后感

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用户评价

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这本书的封面设计得非常抓人眼球,那种深邃的蓝色背景加上一些流动的光线效果,立刻就给人一种高科技、前沿的感觉。我拿到手的时候,首先关注的是它的排版和印刷质量,这方面做得相当扎实,纸张的触感也很不错,长时间阅读也不会觉得眼睛疲劳。内容上,虽然我不是这个领域的专家,但从目录结构来看,编排得非常有条理,从基础的线性代数回顾,到复杂的四元数应用,逻辑链条清晰可见。作者似乎非常注重实践操作,从章节标题中能感受到那种“动手去做”的氛围,这对于想把理论知识迅速转化为实际项目经验的读者来说,无疑是一大福音。我特别期待其中的案例研究部分,希望能看到一些具体的游戏引擎或动画软件中如何实现这些变换的剖析,如果能配上丰富的图示和代码片段,那将是锦上添花。总而言之,初步印象是非常专业且引人入胜的,让人有深入研读的冲动。

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这本书的阅读体验,可以说是“痛并快乐着”。它的深度毋庸置疑,很多涉及到解析几何和数值计算的部分,即便是对科班出身的我来说,也需要反复咀嚼、结合其他参考资料才能完全消化。作者在解释某些复杂的几何约束条件时,似乎默认读者已经对某些高等数学概念非常熟悉,导致我在某几个章节不得不停下来,查阅一些关于微分几何或张量分析的补充材料。这并非是批评,反而说明了这本书面向的群体定位是清晰的——它瞄准的是希望在特定领域做到顶尖的开发者,而不是仅仅停留在应用层面的用户。如果能增加一些针对不同数学背景读者的“预备知识回顾”或“可选扩展阅读”的注释,或许能让这本书的适用范围更广一些,但从其专业度来看,这样的“高门槛”也是可以理解的,毕竟真正的硬核技术往往需要付出相应的努力去获取。

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说实话,我本是冲着标题里那些“炫酷”的词汇来的,比如“实时渲染”、“高级动画混合”,但翻阅之后发现,这本书的基石打得非常稳健,丝毫没有为了追求时髦而牺牲基础理论的倾向。它没有急于展示那些眼花缭乱的最终效果,而是花了相当大的篇幅去夯实读者对数学原理的理解,这一点尤其难得。它不像某些市面上泛滥的“速成手册”,读完能立刻做出一个Demo,却对背后的原理一知半解。这本书更像是一位经验丰富的导师,耐心地引导你理解,为什么旋转矩阵需要正交化,为什么在三维空间中某些变换顺序至关重要。这种深度的挖掘,虽然在阅读初期可能会感觉节奏稍慢,但一旦攻克下来,你会发现自己对整个图形管线的理解达到了一个新的高度,那种豁然开朗的感觉,是堆砌华丽辞藻无法比拟的。对于志在成为资深图形程序员的人来说,这种扎实的理论支撑才是最宝贵的财富。

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我最欣赏这本书的地方在于它对“实际应用限制”的关注。很多教材只谈理想情况下的数学模型,但在实际的游戏引擎和实时动画流程中,性能、精度和数值稳定性才是决定生死的关键因素。这本书似乎深谙此道,在讲解矩阵分解和优化时,明显融入了对浮点数误差、硬件加速特性的考量。比如,它如何权衡使用四元数进行插值时的平滑度与计算效率,以及在处理刚体动画时如何保证变换的“刚性”而不引入意外形变,这些细节的处理非常到位。它不仅告诉你“怎么做”,更进一步告诉你“为什么在这种场景下要这样做,而不是那样做”,这种由理论指导实践,再由实践反哺理论的闭环思考方式,是衡量一本优秀技术书籍的重要标准。读完后,你会感觉自己更像是一个懂得工程取舍的架构师,而不仅仅是一个会写代码的实现者。

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从内容组织的新颖性来看,这本书也给了我不少惊喜。它没有完全拘泥于传统的右手坐标系和欧拉角展开,而是巧妙地将一些现代图形学中新兴的或者被忽视的概念穿插其中,比如非均匀缩放下的变换处理,以及如何利用特定的变换矩阵来高效地实现诸如“深度贴图”或“阴影体积”等间接应用。这种将核心数学概念与具体图形技术进行“交叉授粉”的编排方式,极大地拓宽了读者的思路。它不仅仅是一本关于矩阵的书,更像是一本关于“如何在三维空间中优雅地控制物体运动和形态”的工具箱。虽然对初学者来说,这些拓展内容可能需要二次阅读来吸收,但对于那些已经掌握了基础变换,渴望突破瓶颈,探索更深层次视觉效果实现的工程师而言,这些独到的见解无疑是书中真正的“黄金”。

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挺薄的基础知识

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