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出版者:機械工業齣版社

作者:孫正興

出品人:

頁數:239

译者:

出版時間:2006-8

價格:26.00元

裝幀:簡裝本

isbn號碼:9787111191742

叢書系列:

圖書標籤:

• 計算機圖形
• 計算機
• dd
• 計算機圖形學
• 圖形學
• 教程
• 計算機科學
• 圖像處理
• 渲染
• OpenGL
• DirectX
• 算法
• 可視化

《現代信號處理導論》 內容簡介 本書旨在為讀者提供一套全麵而深入的現代信號處理基礎理論與應用框架。內容涵蓋瞭從離散時間信號與係統分析到先進的數字濾波器設計與實現，再到傅裏葉變換及其在實際工程問題中的應用。全書結構嚴謹，理論推導詳實，並輔以大量的工程實例，力求連接理論與實踐的鴻溝。 第一部分：離散時間信號與係統基礎 本部分奠定瞭信號處理的數學基礎。首先，詳細闡述瞭信號與係統的基本概念，包括連續時間信號與離散時間信號的錶示方法、理想采樣定理（ नाइक्विस्ट-香農采樣定理）的嚴格證明及其在實際應用中的局限性。重點分析瞭綫性時不變（LTI）係統的性質，如因果性、穩定性、衝激響應與捲積的數學描述。 隨後，引入瞭離散時間傅裏葉變換（DTFT）及其離散傅裏葉變換（DFT）。DTFT在分析無限長離散信號的頻譜特性方麵至關重要，而DFT則為實際的有限長數據處理提供瞭計算基礎。書中詳細討論瞭DFT的周期延拓特性、頻譜泄漏現象及其緩解措施（如窗函數方法）。我們不僅給齣瞭這些變換的定義，更深入探討瞭它們在頻域中的幾何意義和物理含義。 第二部分：Z變換與係統分析 Z變換作為離散時間信號與係統的核心分析工具，在本部分得到係統闡述。本書從拉普拉斯變換的角度引入Z變換，並詳細定義瞭單邊和雙邊Z變換及其收斂域（ROC）的概念。ROC的分析被強調為判斷係統穩定性和因果性的關鍵。 隨後，利用Z變換分析LTI係統，特彆是係統函數的推導和性質分析。我們詳細講解瞭如何通過係統函數零點和極點的分布來直觀判斷係統的動態行為，如振蕩頻率和衰減速率。此外，本書提供瞭多種計算捲積的方法，包括直接時間域捲積、頻域乘法以及利用部分分式展開進行反變換的方法，並對比瞭它們在計算效率和精確度上的差異。 第三部分：數字濾波器設計 本部分是本書的重點，聚焦於如何設計滿足特定性能要求的數字濾波器。濾波器設計被劃分為IIR（無限脈衝響應）和FIR（有限脈衝響應）兩大類進行深入探討。 IIR 濾波器設計： 我們首先介紹瞭模擬濾波器的原型設計，包括巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和橢圓（Elliptic）濾波器的設計規範和特性對比。隨後，重點講解瞭從模擬濾波器到數字濾波器的雙綫性變換法（Bilinear Transformation）。該方法因其能將穩定性轉換為穩定性，在實踐中應用廣泛。書中詳細分析瞭雙綫性變換引入的頻率預畸變現象及其校正方法。 FIR 濾波器設計： FIR 濾波器因其天然的綫性相位特性，在要求低失真應用中不可或缺。本書係統介紹瞭基於窗函數法的FIR濾波器設計，包括矩形窗、漢寜窗、海明窗等不同窗函數的性能權衡（主瓣寬度與旁瓣衰減）。對於更高性能的要求，我們引入瞭頻率采樣法和Parks-McClellan算法（最小均方誤差法），展示瞭如何精確控製濾波器的過渡帶寬度和幅度響應的紋波。 第四部分：有限算法與快速實現 在數字信號處理中，算法的效率至關重要。本部分著重於離散傅裏葉變換的快速算法——快速傅裏葉變換（FFT）。 本書詳細介紹瞭Cooley-Tukey算法，包括按時間抽取（Decimation-in-Time, DIT）和按頻率抽取（Decimation-in-Frequency, DIF）的蝶形運算結構。我們不僅展示瞭FFT的數學推導，更側重於其實際的位反轉尋址和數據重排策略，幫助讀者理解如何高效地在計算機上實現FFT。同時，本書也討論瞭Rader算法和Chirp-Z變換，以覆蓋更一般的DFT計算需求。 第五部分：隨機信號處理基礎 現代信號處理不可避免地要處理噪聲和隨機過程。本部分為讀者引入瞭隨機信號的基礎知識。定義瞭隨機過程的各種統計特性，如均值函數、自相關函數和功率譜密度（PSD）。重點講解瞭Wiener-Khinchin定理，闡述瞭自相關函數與功率譜密度的傅裏葉變換對關係。 在隨機信號處理的背景下，我們探討瞭功率譜估計的方法。對比瞭經典周期圖法（Periodogram）的局限性，並詳細介紹瞭現代譜估計技術，如Welch平均法（用於降低周期圖的方差）以及更高分辨率的參數化方法，如自迴歸（AR）模型譜估計。 第六部分：實際應用與案例分析 為增強本書的實用性，最後一部分通過具體的工程案例來鞏固所學知識。案例涵蓋瞭： 1. 音頻處理： 數字混響效果器的設計（基於IIR/FIR濾波器組閤）和頻譜分析工具的構建。 2. 通信係統： 調製解調中的匹配濾波器設計及其在信噪比提升中的作用。 3. 圖像處理基礎（作為引子）： 2D 離散傅裏葉變換（2D-DFT）在圖像去噪和邊緣增強中的初步應用。 本書適閤作為高等院校電子工程、通信工程、計算機科學以及自動化專業本科生和研究生的教材或參考書。讀者在開始學習前，應具備紮實的微積分、綫性代數和復變函數基礎。通過本書的學習，讀者將能夠獨立分析、設計和實現各種現代數字信號處理係統。

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我不得不承認，圖形學的內容博大精深，想要在一本書裏麵麵俱到幾乎是不可能的任務，但《計算機圖形學教程》在選擇涵蓋範圍時展現瞭極高的智慧。它在保證核心概念紮實的基礎上，對現代圖形技術的前沿領域也做瞭精彩的概述。比如，它用瞭相當的篇幅介紹瞭幾種重要的三維建模技術，從多邊形建模到參數麯麵，讓你對如何構建復雜的數字對象有一個全局的認知。此外，在動畫和運動學部分，它沒有僅僅停留在簡單的綫性插值，而是引入瞭麯綫插值和關鍵幀的概念，這對於想涉足遊戲開發或視覺特效製作的讀者來說，是非常寶貴的知識點。雖然有些更偏嚮於物理模擬的深度內容可能需要查閱更專業的書籍，但這本書無疑提供瞭一個完美的“跳闆”，它能幫你跨越初期的知識鴻溝，讓你在後續進入專業細分領域時，能夠快速適應和理解更復雜的模型和理論框架。可以說，它成功地平衡瞭廣度和深度。

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說實話，我以前看過幾本號稱是“權威”的圖形學教材，讀起來枯燥乏味，感覺就像在啃一本厚厚的字典，硬邦邦的，知識點散亂，很難串聯起來形成體係。但是《計算機圖形學教程》的敘述風格簡直是一股清流。作者的文字功底非常紮實，行文流暢自然，讀起來完全沒有那種“在學習”的沉重感，更像是在聽一位經驗豐富的前輩娓娓道來。比如在討論光照模型時，它沒有直接跳到復雜的渲染方程，而是先用一個場景——比如一個陽光明媚的下午，桌上放著一個蘋果——來引導我們思考光綫是如何與物體錶麵交互的，反射、漫射、高光，每一種現象都被拆解得極其細緻，但又緊密相連。這種以問題驅動的學習方式，極大地激發瞭我探究底層原理的興趣。我特彆欣賞它對不同算法優缺點的客觀評價，比如紋理映射和過程紋理的適用場景，這使得我在實際項目選型時，能做齣更明智的判斷，而不是盲目追求最新的技術。

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這本《計算機圖形學教程》簡直是為我這種剛踏入圖形學大門的新手量身定做的！我記得我剛開始接觸這個領域的時候，感覺那些理論公式和復雜的算法就像是天書一樣，完全抓不住重點。但是這本書的處理方式非常巧妙，它沒有一開始就堆砌那些深奧的數學推導，而是從最基礎的幾何變換和投影入手，用非常直觀的例子和清晰的圖示來解釋概念。尤其是關於齊次坐標和MVP矩陣的講解，我看瞭好幾遍纔真正理解它們在三維空間中是如何協同工作的，作者用瞭很多類比，比如把三維世界的物體想象成樂高積木一樣可以隨意移動、鏇轉和縮放，這讓我很快就建立瞭空間感。更讓我驚喜的是，它在基礎部分之後，立刻引入瞭現代圖形管綫的概念，讓我對OpenGL或DirectX的工作流程有瞭一個宏觀的認識，而不是停留在零散的知識點上。這本書的結構就像一個優秀的嚮導，每一步都帶我走過最關鍵的路口，讓我不會迷失在繁雜的技術細節中，為後續深入學習打下瞭極其堅實的地基。我感覺我終於不再是‘會用’一些圖形API，而是真正‘理解’瞭它們背後的原理。

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對於我這種偏嚮於應用層麵的開發者來說，很多算法的理論深度可能不是我當前最需要的，我更看重的是“如何實現”和“為什麼這樣實現”。這本教程在這一點上做得非常到位。它不僅僅停留在數學層麵，而是大量穿插瞭僞代碼和實現細節的剖析。我尤其喜歡它在討論光柵化算法時，對Bresenham直綫算法和掃描綫算法的詳細推導和優化過程的講解，每一步的邏輯都清晰可循，仿佛作者就在我旁邊手把手指導我寫代碼一樣。更難得的是，它還很前瞻性地提到瞭現代GPU的並行計算架構對圖形處理流程帶來的深刻影響，這讓這本書的生命力遠超那些隻關注經典算法的舊作。當我嘗試自己動手用C++實現一個簡單的三角形填充時，我發現書中的每一個步驟——從裁剪到插值——都被描述得如此精確，大大減少瞭我調試代碼時花費的時間。這本書的實用性，絕對是頂級的。

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從裝幀和排版的角度來看，《計算機圖形學教程》也體現齣瞭齣版方對讀者的尊重。紙張的質感很好，即使長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞，這對於需要反復對照圖例和公式的書籍來說至關重要。更重要的是，書中大量的插圖和示意圖，其清晰度和準確性令人印象深刻。很多抽象的變換過程，如果僅僅依靠文字描述，讀者很容易産生誤解，但這本書通過精心設計的彩色插圖，將透視投影、紋理坐標的映射等過程可視化，極大地降低瞭理解難度。這種對細節的關注，也反映在對術語的統一和定義的嚴謹性上。每一次引入新的概念，都會伴隨著清晰的定義和上下文解釋，確保讀者不會因為名詞的混淆而中斷學習的思路。總而言之，這是一本從內容到形式都經過精心打磨的教程，絕對值得圖形學愛好者和從業者們珍藏和反復研讀。

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