数字图像处理应用与基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国铁道出版社

作者:覃璞

出品人:

页数:206

译者:

出版时间:2002-4

价格:20.00元

装帧:

isbn号码:9787113045883

丛书系列:

图书标签:

• 数字图像处理
• 图像处理
• 图像分析
• 计算机视觉
• 图像识别
• 图像增强
• 图像分割
• 图像特征提取
• MATLAB图像处理
• OpenCV图像处理

计算机图形学原理与实践 导言：视觉世界的构建与解析 计算机图形学是信息技术领域中一个快速发展且极具创造性的分支，它致力于利用计算机生成、处理和显示图像与三维模型。本书《计算机图形学原理与实践》旨在为读者提供一个全面且深入的视角，探究从最基础的几何表示到复杂的光影渲染，再到人机交互的整个技术栈。我们专注于理论的严谨性与工程实践的紧密结合，使读者不仅理解“如何做”，更能洞悉“为何如此”。 第一部分：几何基础与数据结构 本部分是整个图形学大厦的基石。我们首先从数学角度审视如何在计算机中精确地表达和操作几何对象。 第一章：二维与三维几何基础 本章详细阐述了构建虚拟世界的数学语言。我们从向量代数、仿射空间和欧几里德空间的概念入手，为后续的变换奠定基础。二维图形中的直线、曲线（如贝塞尔曲线和B样条）的参数表示及其性质被细致剖析。随后，我们将重点转向三维空间，讨论点、线、面的表示方法，以及如何利用齐次坐标系统（Homogeneous Coordinates）简洁地统一平移、旋转和缩放等线性变换。对这些基础工具的熟练掌握，是后续所有渲染技术的基础。 第二章：变换与投影 图形的动态性和空间感来源于精确的几何变换。本章深入讲解了模型空间、世界空间、观察空间（视图空间）和屏幕空间之间的坐标系转换流程——图形管线的核心。我们详细分析了旋转矩阵的构建、万向节死锁（Gimbal Lock）问题的成因与规避策略。至关重要的部分是投影技术：透视投影（Perspective Projection）如何模拟人眼对近大远小的感知，以及正交投影（Orthographic Projection）在工程图和二维视图中的应用。本章末尾将结合实际编程案例，展示如何使用现有的图形API实现这些变换的组合。 第三章：空间数据结构与层次化模型 在处理复杂的场景时，高效地组织几何数据至关重要。本章探讨了用于加速空间查询和碰撞检测的数据结构。我们不仅会介绍传统的包围盒（Bounding Boxes），更会深入讲解空间划分技术，如BSP树（Binary Space Partitioning Trees）、四叉树（Quadtrees，用于二维）和八叉树（Octrees，用于三维）。这些结构如何支持高效的场景管理、遮挡剔除（Occlusion Culling）和光线追踪中的加速结构（如Kd-Tree和BVH，Bounding Volume Hierarchy）的设计思路与构建算法将被详细阐述。 第二部分：光栅化渲染管线 光栅化是实时图形学（如游戏引擎）的主流渲染范式。本部分将带领读者穿越现代图形处理单元（GPU）的核心流水线。 第四章：光栅化基础与扫描转换 本章关注如何将连续的几何体转化为离散的像素点阵。我们将详细分析边函数（Edge Functions）在直线和多边形扫描转换中的应用，以及如何处理亚像素精度问题。面积填充算法（如扫描线算法）的效率优化，以及纹理坐标的插值技术（如透视校正插值）是本章的重点。 第五章：纹理映射与表面细节 纹理是赋予模型真实感和丰富细节的关键。本章涵盖了纹理坐标的定义与应用，以及如何进行纹理过滤（如最近邻插值、双线性插值）。更进一步，我们将探讨高级纹理技术，包括多重纹理、环境贴图（Environment Mapping）用于模拟反射，以及法线贴图（Normal Mapping）和置换贴图（Displacement Mapping）如何通过改变表面法线或几何体本身，极大地提升视觉效果，而无需增加多边形数量。 第六章：光照模型与着色 “真实感”在很大程度上依赖于光照的模拟。本章首先建立经典的三大局部光照模型：环境光、漫反射（Lambertian）和镜面反射（Phong/Blinn-Phong）。我们会深入探讨这些模型的物理意义及其局限性。接着，我们将讲解如何利用可编程着色器（Vertex Shader和Fragment Shader）实现更加复杂和可定制的光照效果，包括菲涅尔效应（Fresnel Effect）和各向异性光照模型（Anisotropic Shading）。 第七章：深度缓冲与隐藏面消除 在三维场景中，正确地确定哪些表面是可见的，是保证图像正确性的核心步骤。本章重点讲解了Z缓冲（Depth Buffer）技术的工作原理及其在深度冲突（Z-Fighting）下的优化方法。此外，我们还会对比回顾早期的画家算法（Painter's Algorithm）和基于排序的方法，理解它们在特定场景下的适用性。 第三部分：高级渲染技术与计算 本部分聚焦于如何超越基础管线，实现电影级的质量和高效的计算方法。 第八章：高级着色与后期处理 现代渲染效果往往需要在光栅化完成后进行一系列图像处理。本章探讨了屏幕空间效果，例如屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）如何模拟柔软的阴影，以及景深（Depth of Field）效果的实现。我们还将讲解延迟渲染（Deferred Shading）架构，它如何有效地管理大量的光源，并介绍基于图像的照明（Image-Based Lighting, IBL）和预计算辐射传输（Precomputed Radiance Transfer, PRT）的基础概念。 第九章：光线追踪算法 光线追踪（Ray Tracing）以其精确的全局光照模拟能力，成为高保真渲染的标准。本章从基本原理出发，讲解如何从摄像机发射光线，并利用几何求交算法（如射线与三角形的快速求交）。核心内容在于加速结构（如BVH或Kd-Tree）的构建和遍历，以应对大规模场景中的性能挑战。我们还将引入蒙特卡洛积分（Monte Carlo Integration）的概念，作为实现全局光照（如漫反射、焦散）的数学工具。 第十章：交互式图形系统与GPU编程 本书的实践部分将聚焦于现代图形API（如OpenGL或Vulkan）的使用。我们将详细介绍图形API的初始化、状态管理以及渲染循环的构建。重点讲解着色器语言（如GLSL）的编程范式，包括如何编写高效的顶点着色器来处理几何形变，以及如何在片段着色器中实现复杂的光照和材质。同时，也会触及计算着色器（Compute Shaders）在通用计算任务中的应用潜力。 结论：面向未来的图形计算 图形学的未来正朝着实时光线追踪、基于物理的渲染（PBR）和神经渲染（Neural Rendering）的方向发展。本书为读者打下的坚实基础，将使他们能够迅速掌握这些前沿技术，并在虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和实时仿真领域进行深入的创新与开发。

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