计算机图形学基础

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作者:
出品人:
页数:315
译者:
出版时间:2008-10
价格:34.00元
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isbn号码:9787121070426
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机科学与技术(选修)
  • 教材
  • 技术
  • 计算机图形学
  • 图形学基础
  • 渲染
  • OpenGL
  • DirectX
  • 图形API
  • 几何图形
  • 光栅化
  • 建模
  • 可视化
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具体描述

本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。全书共分10章,第1章简单介绍计算机图形学的基本概念、应用和发展方向。第2~5章由“外”到“内”介绍计算机图形处理系统的硬件设备、人机交互处理、图形对象在计算机内的表示以及基本图素的生成算法等。第6章主要介绍二维变换和二维观察的概念。第7章介绍三维变换及三维观察的基本内容,包括几何变换和投影变换等。第8章介绍曲线和曲面的生成。第9章简要介绍常用的消隐算法。第10张对真实感图形绘制的基本思想做了简单介绍。

本书内容全面翔实,概念简明清晰,实例丰富实用。配套教学资源括教学大纲、电子教案和相关教学编程实例。

《空间几何的数学语言》 这本书将带您踏上一段探索空间几何精髓的旅程,从其最基本的数学构建块开始,逐步深入到如何用严谨的数学语言来描述和操作三维世界。我们将聚焦于那些构成现代计算机图形学基石的几何概念,但本书的重点并非如何将其转化为屏幕上的像素,而是更侧重于理解这些概念本身的逻辑和美感。 核心内容概述: 1. 向量空间与线性代数基础: 向量: 我们将从定义向量的本质——一个既有大小又有方向的量——开始。讨论向量的加法、标量乘法,以及它们在几何上的直观意义,例如平移、伸缩。 坐标系与基向量: 介绍笛卡尔坐标系及其在二维和三维空间中的应用。深入理解基向量的概念,它们如何张成整个向量空间,以及改变基向量如何影响坐标表示。 点积(内积): 学习点积的定义及其几何解释——两个向量投影到同一方向上的长度乘积。理解点积如何用于计算向量间的夹角、判断向量的垂直性,以及在投影操作中的应用。 叉积(外积): 探索叉积的独特之处,它生成一个与构成向量都垂直的新向量。分析叉积的模长如何表示由两个向量构成的平行四边形的面积,以及其方向的右手定则。理解叉积在计算法向量、判断向量顺序(顺时针/逆时针)等方面的作用。 线性方程组与矩阵: 引入矩阵作为表示线性变换的工具。学习矩阵的加法、乘法,以及矩阵如何描述旋转、缩放、剪切等几何变换。探讨线性方程组的求解方法,以及它们在几何问题中的应用,例如交点计算。 2. 欧几里得几何与距离度量: 点、线、面: 严谨地定义点、直线、平面这些几何基本元素,以及它们之间的关系(平行、相交、垂直)。 距离公式: 推导二维和三维空间中的距离公式,理解欧几里得距离作为衡量两点之间“长度”的标准。 直线方程: 学习不同形式的直线方程(点斜式、斜截式、两点式、参数方程),以及如何利用它们来描述和定位直线。 平面方程: 掌握平面方程的不同形式(法向量式、一般式、截距式),并理解法向量在定义平面方向上的重要性。 点到线/面的距离: 学习计算点到直线、点到平面的最短距离,以及这些计算背后的几何原理。 3. 变换的数学描述: 平移: 通过向量加法描述点的平移。 缩放: 通过标量乘法描述几何图形的缩放,以及缩放中心的概念。 旋转: 深入探讨二维和三维空间中的旋转。学习如何使用旋转矩阵来表示绕原点旋转。对于三维空间,我们将重点介绍绕坐标轴旋转以及更通用的绕任意轴旋转的概念,可能涉及欧拉角或旋转向量等方法。 剪切: 介绍剪切变换,它使几何形状沿着某个方向倾斜,改变其形状但不改变面积或体积。 齐次坐标与组合变换: 引入齐次坐标的概念,它使得平移变换也能用矩阵乘法来表示。这为将多种几何变换(平移、旋转、缩放)组合成一个单一的变换矩阵提供了便利,从而极大地简化了复杂的几何操作。 4. 曲线与曲面的数学表示: 参数方程: 学习如何使用参数方程来描述一维曲线(如直线、圆、椭圆、螺旋线)和二维曲面(如球面、圆柱面、抛物面)。理解参数如何沿着曲线/曲面“运动”。 曲线的属性: 探讨曲线的切线、法线、曲率等概念,这些属性描述了曲线在局部空间的弯曲程度和方向。 曲面的基本概念: 介绍曲面的一般定义,以及如何通过隐函数或参数方程来表示。 本书的侧重点: 本书旨在建立坚实的数学基础,让读者深刻理解几何对象如何在数学上被定义、描述和操作。我们不会深入探讨着色、光照模型、纹理映射或渲染管线等与计算机图形学实现细节相关的内容。相反,本书的目标是培养一种严谨的数学思维,使读者能够清晰地理解几何变换的原理,准确地计算点、线、面之间的关系,并为进一步学习更复杂的图形学算法奠定坚实的基础。如果您对数字世界中的“形状”如何被精确定义和转换感到好奇,那么这本书将为您提供探索这一切的数学语言。

作者简介

目录信息

读后感

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选修该课,基本没听过课,只是看书就可以看得懂,没有深入了解过计算计算机图形学,但是上面还是有一定的历史发展的介绍的。 总体来说,读起来比较愉悦。

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选修该课,基本没听过课,只是看书就可以看得懂,没有深入了解过计算计算机图形学,但是上面还是有一定的历史发展的介绍的。 总体来说,读起来比较愉悦。

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选修该课,基本没听过课,只是看书就可以看得懂,没有深入了解过计算计算机图形学,但是上面还是有一定的历史发展的介绍的。 总体来说,读起来比较愉悦。

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选修该课,基本没听过课,只是看书就可以看得懂,没有深入了解过计算计算机图形学,但是上面还是有一定的历史发展的介绍的。 总体来说,读起来比较愉悦。

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选修该课,基本没听过课,只是看书就可以看得懂,没有深入了解过计算计算机图形学,但是上面还是有一定的历史发展的介绍的。 总体来说,读起来比较愉悦。

用户评价

评分

我必须说,这本书在内容编排上真是做到了极致的用心。我常常觉得很多技术书籍在内容组织上就像一团乱麻,东一榔头西一棒子,让人摸不着头脑。但《计算机图形学基础》这本书,从章节设置到知识点递进,都显得井然有序,逻辑性极强。它不像某些书籍那样,上来就堆砌大量高级概念,而是从最基础的光栅化原理讲起,逐步深入到曲线曲面、可见性检测、着色模型等核心内容。尤其让我印象深刻的是关于光栅化渲染管线的讲解,作者用非常详尽的步骤和图示,把整个流程拆解得清清楚楚,从顶点处理到像素填充,每一个环节都解释得明明白白。我还记得他关于三角形的扫描转换部分,用到了多种不同的算法进行对比分析,比如边沿填充法、DDA算法、Bresenham算法等,并详细讲解了各自的优缺点以及实现细节,这让我对算法的理解不再停留在表面,而是能够深入到其背后的数学原理和计算过程。书中对于数据结构的应用也讲解得很透彻,比如kd树、BVH树在加速光线追踪中的作用,作者不仅给出了伪代码,还详细解释了这些数据结构是如何构建以及在渲染过程中如何被高效利用的。这一点对于我这种希望构建高效渲染系统的读者来说,价值巨大。而且,每章末尾都有一些精心设计的习题,这些习题的难度适中,既能巩固本章知识,又能引导读者思考更深层次的问题。我常常会花很多时间去尝试解答,虽然过程有些烧脑,但解出来后的成就感是无与伦比的。

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要评价《计算机图形学基础》这本书,我首先想到的词是“通俗易懂”。我之前尝试过阅读一些其他的计算机图形学相关的书籍,但很多都让我望而却步,要么是数学公式看得我头晕眼花,要么是术语太多,根本不明白作者在讲什么。这本书在这方面做得真的很好,作者似乎非常了解读者的认知过程,他总能找到最恰当的比喻和最形象的例子来解释复杂的概念。比如,他讲到仿射变换的时候,不仅仅是给出了矩阵公式,而是通过拖拽、缩放、旋转一个实体的例子来类比,让我一下子就明白了矩阵变换在二维和三维空间中的作用。他还深入浅出地讲解了纹理映射的原理,从UV坐标到纹理滤波,每一步都解释得非常细致,甚至还提到了 mipmapping技术,以及它如何解决纹理在不同距离下表现的问题。我特别喜欢书中关于相机模型的部分,作者用照相机的镜头和成像的原理来类比,解释了视点、视线、投影等概念,让我对如何在虚拟世界中构建一个逼真的观察视角有了更直观的认识。此外,书中还涉及了曲线和曲面的生成,比如贝塞尔曲线和NURBS曲面,作者不仅仅是给出数学方程,而是通过介绍控制点和其对曲线形状的影响,让读者能够直观地理解如何通过调整参数来塑造各种优美的曲线。这本书真的让我觉得,即使我不是一个数学天才,也能够理解和掌握计算机图形学的核心概念。

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我一直认为,一本好的技术书籍,不仅仅是知识的堆砌,更重要的是能够激发读者的思考和探索欲。《计算机图形学基础》这本书在这方面做得非常出色。作者在讲解每一个概念时,都会引导读者去思考其背后的原理,以及它与其他概念之间的联系。比如,在讲解齐次坐标时,作者不仅仅是给出了数学公式,而是通过解释为何需要引入齐次坐标,以及它如何统一处理平移、旋转、缩放等变换,让读者深刻理解其存在的意义和优势。书中对于各种渲染技术,如线框渲染、实体渲染、光照渲染等的讲解,都不仅仅是停留在表面的描述,而是会深入分析它们各自的特点、应用范围以及实现上的挑战。我还记得关于相机投影的章节,作者详细讲解了正交投影和透视投影的区别,以及它们在不同应用场景下的适用性,并且还探讨了如何通过调整相机参数来改变场景的视觉效果,这极大地激发了我对场景构图和艺术表现的思考。书中还涉及了一些高级话题,比如纹理压缩、法线贴图、置や凹凸贴图等,作者在讲解这些技术时,不仅仅是介绍其功能,还会探讨它们如何影响渲染的效率和视觉效果,并引导读者去思考如何更好地利用这些技术来提升画面的真实感。这本书真的让我觉得,计算机图形学不仅仅是一门技术,更是一门艺术,它能够赋予我创作的无限可能。

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这本书,我拿到手的时候,其实是抱着一种“试试看”的心态。毕竟“计算机图形学”这个名字听起来就挺硬核,我之前也接触过一些相关的零散知识,但总觉得不成体系,抓不住重点。翻开第一页,我就被作者严谨的逻辑和清晰的表述所吸引。他没有一开始就抛出一大堆晦涩难懂的公式和算法,而是循序渐进地从最基本的概念讲起,比如像素、颜色模型、坐标系等等。这些看似简单的内容,却为后续更复杂的知识打下了坚实的基础。我尤其喜欢书中对各种数学原理的讲解,作者并没有仅仅罗列公式,而是通过形象的比喻和图示,让我深刻理解了向量、矩阵、变换等概念是如何在图形学中发挥作用的。比如,他解释旋转的时候,不是直接给出旋转矩阵,而是先讲授围绕原点旋转的原理,再引出齐次坐标和变换矩阵,让整个过程的理解水到渠成。而且,书中的插图也是一大亮点,每一张都非常精美且贴切,极大地帮助了我理解抽象的概念。我经常会在阅读过程中反复翻看图例,常常能从中获得新的启发。作者在讲解算法时,也十分注重算法的效率和实际应用,他会对比不同算法的优劣,并给出相应的优化建议。这一点对于我这种想把理论付诸实践的读者来说,简直太有帮助了。总而言之,这本书给了我一种“原来图形学可以这么有趣,这么容易理解”的全新感受,它不再是冰冷的公式堆砌,而是充满智慧和创造力的科学。

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坦白讲,这本书给我最深刻的印象是其“理论与实践并重”的编写风格。我见过太多纯理论的书籍,读完之后感觉像个理论家,但一到实际编码就两眼一抹黑;也见过太多代码示例泛滥的书籍,代码写得花里胡哨,但背后的原理却模糊不清。而《计算机图形学基础》在这方面找到了完美的平衡。作者在讲解每一个核心算法或技术时,都会结合实际的应用场景,并给出相应的代码实现思路,甚至是一些关键算法的伪代码。比如,在讲解光照模型时,他不仅介绍了兰伯特模型、冯氏模型等,还深入讲解了环境光、漫反射、镜面反射等各个分量的作用,并且在代码层面给出了如何计算这些光照效果的建议。书中对于数据结构在图形学中的应用也讲解得非常到位,比如在三维场景管理中,如何使用四叉树或八叉树来加速裁剪和可见性测试,以及如何在场景图(Scene Graph)中组织和管理大量的模型对象。他还对一些常见的图形学问题,例如抗锯齿、透明度处理等,给出了不同解决方案的优缺点分析,以及如何在实际项目中选择合适的技术。我尤其欣赏的是,作者在讲解一些优化技巧时,会结合具体的硬件平台和API(例如OpenGL或DirectX),让读者能够了解到这些技术是如何在实际的图形渲染管线中被实现的。这本书的优点在于,它不仅仅是知识的传授,更是能力的培养,让我从“知道”变成“会做”。

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我一直觉得,学习一个复杂的领域,最怕的是碎片化和缺乏连贯性。《计算机图形学基础》这本书在这方面做得非常优秀,它为我构建了一个系统而完整的知识体系。从最基础的像素、颜色模型,到中间的光栅化、曲线曲面,再到后来的光照、纹理、可见性检测,每一个章节都像是精心铺设的台阶,稳步地将我引向更深层次的理解。我特别喜欢作者在讲解“可见性检测”部分时,他不仅仅是列举了画家算法、Z-buffer算法等,而是从问题的本质出发,解释了为何需要进行可见性检测,以及不同的算法是如何在计算效率和精度上做出权衡的。他还对这些算法在实际应用中的优缺点进行了深入的分析,比如Z-buffer算法在实现上的简单性,以及在处理透明物体时的局限性。书中对于图形渲染管线的讲解,也做到了逻辑清晰,从模型变换到屏幕变换,再到光栅化和像素着色,每一步都衔接得非常自然,让我能够清晰地看到一个三维场景是如何最终呈现在屏幕上的。我还记得关于曲面细分的章节,作者详细讲解了如何将复杂的曲面简化为大量的三角形,以及如何通过迭代细分来提高表面的平滑度,这让我明白了许多游戏和CG作品中看到的精细模型是如何被生成的。这本书的结构设计,就像一条清晰的河流,带着我顺畅地流淌过计算机图形学的各个重要节点。

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不得不说,《计算机图形学基础》这本书在概念的深入讲解和细节的把控上,达到了一个令人惊叹的高度。我常常发现,很多书籍在讲到某个技术点时,会一带而过,或者只是给出一个模糊的解释,让人感觉云里雾里。但这本书则不然,它对每一个核心概念都进行了极为详尽的剖析。例如,在讲解光线追踪时,作者不仅仅介绍了基本的光线与物体求交算法,还深入探讨了递归反射、折射、阴影以及各种采样技术,包括蒙特卡洛积分在全局光照中的应用。他还详细分析了如何优化光线求交的效率,比如通过空间划分结构(如KD树、BVH树)来加速搜索过程。书中关于相机模型和投影变换的讲解,也做得非常细致,作者详细解释了视锥体(Frustum)的概念,以及如何将三维空间中的点投影到二维屏幕空间,包括正交投影和透视投影的推导过程,以及它们在实际渲染中的差异。他还深入讲解了纹理映射的各个方面,包括纹理坐标的定义、纹理过滤(近邻采样、双线性过滤、三线性过滤)的原理以及它们对渲染效果的影响。此外,他还探讨了各种着色模型,如朗伯模型、布林模型、菲涅尔方程等,以及它们如何模拟不同材质表面的光学特性。这本书的优点在于,它不仅仅教你“是什么”,更教你“为什么”以及“如何做到最好”。

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在我看来,一本优秀的技术书籍,应该像一位经验丰富的导师,能够循循善诱,引导读者一步步攻克难关。《计算机图形学基础》这本书正是如此。作者在讲解过程中,充分考虑到了读者的认知曲线,他不会一次性抛出过多的信息,而是将复杂的知识点拆解成小模块,并用清晰的逻辑将它们串联起来。我尤其喜欢他对各种算法的讲解,他不仅会给出算法的描述,还会分析算法的每一步操作的意义,以及它为什么能够达到预期的效果。比如,在讲解Bresenham直线算法时,他详细推导了误差项的计算过程,并解释了为什么这个算法能够有效地在离散的像素网格上绘制出平滑的直线,而无需使用浮点运算。他还对算法的性能进行了分析,并提供了优化建议。书中关于曲线曲面的部分,也做得非常出色,作者从最简单的直线和圆弧开始,逐步引入贝塞尔曲线、B-样条曲线,最终讲解到NURBS曲面,并深入分析了它们各自的数学特性和在建模中的应用。我还记得关于可见性检测的部分,作者详细对比了画家算法、Z-buffer算法以及更高级的遮挡剔除技术,并分析了它们在不同场景下的适用性和性能表现。这本书给我的感觉是,它不仅仅是一本教材,更是一位贴心的伙伴,陪伴我在计算机图形学的学习道路上不断前进。

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读完《计算机图形学基础》这本书,我最大的感受是,它真正做到了“授人以渔”。作者并没有仅仅提供现成的知识,而是教会了我如何去思考问题,如何去分析问题,以及如何去寻找解决问题的方案。在讲解一些核心算法时,他常常会提出一些开放性的问题,引导读者去思考算法的改进空间,或者探索新的实现方式。我记得在讲解着色模型时,作者不仅仅介绍了 Phong、Blinn-Phong 等模型,他还鼓励读者去思考如何模拟更真实的材质,比如毛发、皮肤等,并给出了相关的研究方向和思路。书中对于几何变换和投影的讲解,也让我受益匪浅。作者不仅仅是给出公式,而是通过对坐标系、变换矩阵以及投影过程的详细分析,让我深刻理解了这些概念是如何相互关联的,以及它们在三维空间中是如何工作的。他还探讨了在实际应用中,如何有效地管理和组织大量的模型数据,以及如何进行高效的裁剪和剔除,以提高渲染性能。我还记得关于纹理生成和处理的部分,作者不仅仅介绍了如何使用纹理图像,还探讨了程序化纹理生成技术,以及如何通过算法来创建逼真的自然纹理。这本书让我觉得,我不仅仅是掌握了知识,更是获得了解决实际问题的能力,它为我未来的学习和实践打下了坚实的基础。

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对于我这样的初学者来说,一本好的技术书籍,最重要的就是能够“接地气”。《计算机图形学基础》这本书在这方面做得堪称典范。作者并没有一开始就用很高深的理论去吓唬读者,而是从最贴近我们生活中的视觉现象入手,比如彩色的世界是如何在屏幕上呈现的,图像是如何被放大和缩小的,等等。然后,他才逐步引入相关的技术概念。我尤其欣赏他对各种图形变换的讲解,他并没有直接给出复杂的矩阵运算,而是通过类比现实生活中的物体变形,比如拉伸、挤压、旋转,来解释仿射变换、投影变换等概念。他还详细讲解了位图和矢量图的区别,以及它们各自的优缺点和应用场景,这对于我理解图像的本质非常有帮助。书中关于色彩空间和颜色模型的讲解,也做得非常细致,从RGB、CMYK到HSV,他都给出了清晰的解释和实际应用中的例子,让我明白不同颜色模型是如何工作的,以及在什么情况下应该选择哪种模型。我还记得他关于抗锯齿的讲解,作者解释了锯齿现象的产生原因,并介绍了多种不同的抗锯齿技术,如多重采样抗锯齿(MSAA)、快速近似抗锯齿(FXAA)等,并分析了它们在效果和性能上的权衡。这本书让我觉得,学习计算机图形学不再是遥不可及的学术研究,而是能够与我日常接触到的视觉世界紧密相连的实用技术。

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