计算机制图 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

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出品人:

页数:117

译者:

出版时间:2009-7

价格:17.00元

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isbn号码:9787504575111

丛书系列:

图书标签:

• 计算机图形学
• 图形学
• 计算几何
• 渲染
• OpenGL
• DirectX
• 图形处理
• 可视化
• 算法
• CAD

《算法的艺术与图形的诗篇：探寻视觉世界的编码奥秘》 内容简介 在信息的洪流中，我们正以前所未有的速度构建、感知和交互着一个日益视觉化的世界。从浩瀚的星空图到微观的细胞结构，从生动的动画电影到精确的建筑设计，再到身临其境的虚拟现实体验，图形与图像无处不在，深刻地影响着我们的认知、学习和创造。然而，在这璀璨的视觉表象之下，隐藏着一套精妙绝伦的数学原理与严谨的逻辑体系——计算机制图。 本书并非一本单纯的技术手册，而是邀您踏上一段探索视觉世界编码奥秘的旅程。我们将深入剖析那些赋予静态线条生命、赋予平淡像素深度、赋予数字数据可感知形态的算法与数据结构。这是一次关于如何将抽象的数学概念转化为生动形象的视觉呈现的系统性考察，一次关于如何利用计算机的力量，让想象力在数字画布上自由挥洒的深度挖掘。 第一篇：像素的诞生与图形的基石 在旅程的起点，我们将从最基本的单元——像素——开始。像素，这个微小却至关重要的发光点，构成了我们所见一切数字图像的基石。我们将探究其本质，理解像素的颜色模型（如RGB、CMYK）是如何被编码与解码的，以及不同色彩空间之间的转换原理。在此基础上，我们将学习如何通过像素的组合来绘制最基础的几何图元，例如直线、圆、椭圆和多边形。这并非简单的“画画”，而是深入理解 Bresenham 直线算法、中点圆算法等经典光栅化算法的精妙之处。这些算法如何在离散的像素网格上，以最高效、最逼真的方式勾勒出连续的几何形状，其背后的数学智慧令人叹为观止。 更进一步，我们将探讨曲线的绘制。抛物线、圆锥曲线，以及更复杂的样条曲线（如Bézier曲线、B-样条曲线），它们如何以数学方程的形式被定义，又如何在计算机中被近似表达与渲染，是图形学领域的核心问题之一。我们将理解参数方程的概念，以及如何利用控制点来塑造曲线的形态，赋予图形以流畅与优雅。 第二篇：形变的魔力与空间的转换 图形并非一成不变，它们需要被移动、旋转、缩放，以便在二维或三维空间中展现不同的姿态与关系。本篇将聚焦于几何变换的强大力量。我们将深入理解线性代数中的矩阵运算，学习如何利用矩阵来统一表示平移、旋转、缩放、剪切等各种基本的二维和三维几何变换。矩阵乘法的顺序是如何影响最终变换结果的，这一点至关重要。 对于三维图形而言，空间的转换更是关键。我们将学习如何构建和理解模型变换（将物体从其局部坐标系变换到世界坐标系）、视图变换（模拟摄像机的移动与视角）、以及投影变换（将三维场景映射到二维屏幕）。透视投影和正交投影的原理与区别，将帮助我们理解真实世界空间感在二维屏幕上的模拟。齐次坐标的概念将贯穿始终，它能够统一各种变换，简化计算过程。 第三篇：光影的交织与色彩的渲染 让静态的图形“活”起来，离不开光影的模拟。本篇将带您走进逼真的三维渲染世界。我们将从理解光线的基本性质开始，包括光的强度、颜色、方向，以及不同光源类型（点光源、方向光、聚光灯、环境光）的特点。 然后，我们将深入探索表面反射模型。漫反射、镜面反射、高光等现象是如何通过物理定律被数学化描述的，我们将学习 Lambert 余弦定律、Phong 光照模型、Blinn-Phong 光照模型等经典的光照模型，理解法线向量在模拟光照中的核心作用。 更进一步，我们将触及更高级的渲染技术，如纹理映射。如何将二维图像（纹理）“贴”到三维模型的表面，使其具有丰富的细节和真实的材质感，我们将学习纹理坐标的定义、纹理过滤（如双线性过滤、三线性过滤）以及纹理混合等技术。 体积渲染、全局光照、路径追踪等前沿概念也将有所涉猎，它们致力于模拟光线在大气、烟雾等体积介质中的传播，以及光线在场景中的多次反射与散射，从而实现更加逼真、富有层次感的视觉效果。 第四篇：面的裁剪与可见性的判定 在复杂的场景中，并非所有的物体都可见。为了提高渲染效率并确保视觉的准确性，我们需要高效地剔除那些被遮挡或超出视域范围的部分。本篇将深入探讨裁剪（Clipping）与可见性判定（Visibility Determination）的技术。 我们将学习二维和三维空间中的裁剪算法，如 Cohen-Sutherland 裁剪算法、Liang-Barsky 裁剪算法，它们如何利用视口（Viewport）或裁剪窗口（Clipping Window）来保留或丢弃图形的可见部分。 对于三维场景，深度缓冲（Z-buffer）是实现可见性判定的关键技术。我们将理解深度缓冲的工作原理，它如何在渲染过程中记录每个像素的深度信息，从而确保只有最靠近观察者的物体表面才会被最终绘制。此外，遮挡剔除（Occlusion Culling）技术，如视锥体剔除（Frustum Culling）、后向面剔除（Back-face Culling）等，也将被介绍，它们能够显著减少需要处理的几何数据量。 第五篇：数据驱动的视觉叙事与交互 图形学不仅仅是绘制静态图像，更是构建动态、交互式视觉体验的强大工具。本篇将探讨如何将数据转化为引人入胜的视觉叙事，以及如何设计用户与图形之间的交互。 我们将学习图形数据结构，如场景图（Scene Graph）的概念，它能够以层级化的方式组织三维场景中的物体，方便进行变换和管理。各种网格表示方法，如顶点列表、索引列表，以及更复杂的表示方法，如 BSP 树（二叉空间分割树），将帮助我们理解如何高效地存储和处理复杂的几何模型。 我们将探讨动画的原理，包括关键帧动画、骨骼动画、基于物理的动画等，理解时间轴、插值（线性插值、样条插值）等概念在创建流畅运动中的作用。 最后，我们还将触及交互式图形编程的基本思想，包括事件处理、用户输入捕获、以及如何实时更新和渲染场景，为构建动态的、响应式的视觉应用奠定基础。 结语 《算法的艺术与图形的诗篇：探寻视觉世界的编码奥秘》旨在为读者构建一个全面而深入的计算机制图知识体系。它将数学的严谨与艺术的灵动融为一体，揭示了我们所见世界背后隐藏的编码智慧。通过对本书的学习，您将不仅仅学会如何“画”出图形，更能理解图形是如何被“创造”的，以及如何利用计算的力量，将无限的创意转化为令人惊叹的视觉现实。无论您是计算机科学的爱好者、对视觉设计充满热情的设计师，还是希望深入理解数字世界运作机制的研究者，本书都将是您开启计算机制图奇妙旅程的理想伴侣。

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