Computer Graphics for the IBM Personal Computer pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall Ptr

作者:Donald Hearn

出品人:

页数:330

译者:

出版时间:1983-7

价格:USD 22.50

装帧:

isbn号码:9780131643277

丛书系列:

图书标签:

• computer graphics
• IBM PC
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• technical computing

深入探索数字世界的基石：现代计算机图形学原理与实践 一本涵盖从基础理论到前沿应用的权威指南 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的计算机图形学知识体系，内容涵盖了该领域的核心概念、数学基础、经典算法以及现代渲染技术的最新发展。无论您是计算机科学专业的学生、图形图像处理领域的专业人士，还是希望将先进可视化技术应用于自身工作的工程师、设计师，本书都将是您不可或缺的参考手册。 第一部分：图形学基础与数学骨架 计算机图形学的基石在于其强大的数学支撑。本部分将从最基本的数学工具入手，为后续复杂的图形处理打下坚实的基础。 第一章：图形学的历史、应用与基本概念 我们将首先回顾计算机图形学的发展历程，从早期的向量显示器到如今实时光线追踪的飞跃。详细介绍图形系统的基本架构，包括输入设备（数字化仪、3D 扫描仪）、中央处理单元（CPU/GPU）的角色、以及输出设备（显示器、打印机）的工作原理。清晰界定矢量图形与栅格图形的区别与联系，并探讨图形学在电影制作、医学成像、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）以及科学可视化中的关键作用。 第二章：几何基础与变换 这是理解三维世界建模与观察的核心。本章深入剖析欧几里得几何在计算机中的表示方法。重点讲解二维和三维空间中的基本几何元素：点、向量、直线和平面。 核心内容将聚焦于线性代数在图形学中的应用：矩阵的运算、行列式、逆矩阵的计算。详细阐述齐次坐标系（Homogeneous Coordinates）的引入，它如何统一地表示平移、旋转和缩放这三种基本几何变换。系统地讲解二维和三维空间中的模型变换、观察变换（视图变换）和投影变换（包括正交投影与透视投影）的矩阵构建过程和实际应用。通过大量的几何实例和矩阵推导，确保读者能够熟练掌握对象在世界空间、观察空间和屏幕空间之间的转换流程。 第三章：光栅化技术与扫描转换 将连续的几何信息转化为离散像素的过程是实时图形学的关键挑战。本章聚焦于光栅化（Rasterization）流程。 重点内容包括： 像素与分辨率：理解数字图像的离散特性。 直线扫描转换算法：深入分析中点算法（Bresenham’s Line Algorithm）的效率和实现细节，并讨论其在整数运算上的优势。 圆和椭圆的生成：讨论改进的扫描转换方法，最小化计算量。 多边形填充算法：详细介绍扫描线算法（Scan-Line Algorithm），包括边表的构建、交叉点计算以及奇偶规则（Even-Odd Rule）和非零环绕数规则（Non-Zero Winding Rule）在判断点是否在多边形内部的应用。 纹理映射基础：初步介绍如何将二维图像（纹理）映射到三维表面上，包括纹理坐标的定义和插值方法。 第二部分：三维场景的组织与观察 本部分将视角从单个几何体转移到整个三维场景的构建、管理以及最终的观察视角设定。 第四章：三维几何建模与表示 探讨构建复杂三维模型的方法。内容涵盖： 参数曲面：详细介绍 Bézier 曲线和曲面的数学定义、控制点权重、以及德·伯斯泰因（De Casteljau）算法的迭代构建过程。拓展至 B-Spline 曲线和 NURBS（非均匀有理B样条）在工业设计中的重要性。 多边形网格（Polygonal Meshes）：讨论三角形网格作为最通用表示方法的优势。介绍网格的存储结构（如半边数据结构 Half-Edge Data Structure）及其拓扑操作能力。 细分曲面（Subdivision Surfaces）：介绍如 Loop 细分等算法，如何通过迭代过程从粗糙的网格生成光滑的曲面。 第五章：可见性检测与深度缓冲 在渲染过程中，确定哪些物体或哪些部分是可见的，是至关重要的一步，直接影响最终图像的真实感和渲染效率。 后向面剔除（Back-Face Culling）：利用法向量与视线方向的点积快速剔除朝向观察者的背面。 深度排序（Painter’s Algorithm）：探讨其局限性，尤其是在处理互相交错的几何体时的困难。 Z-Buffer（深度缓冲）算法：详细阐述 Z-Buffer 的工作机制，它是现代实时渲染管线中解决可见性问题的核心技术。分析深度值的存储、归一化以及深度比较的流程。 第六章：观察空间与投影 本章深入解析如何从三维世界精确地“拍摄”场景。 观察变换（View Transformation）：如何定义摄像机的位置、朝向（LookAt 向量）和上方向（Up Vector），并推导出将世界坐标转换为标准的观察空间（或摄像机空间）的视图矩阵。 投影变换：细致区分正交投影（用于工程视图，保持平行性）和透视投影（用于模拟人眼观察，产生近大远小的效果）。推导构建透视投影矩阵的数学步骤，重点在于视锥体（Frustum）的定义与裁剪。 视口变换（Viewport Transformation）：将规范化的设备坐标（NDC）映射到最终屏幕的像素坐标范围。 第三部分：光照、着色与真实感 本部分是图形学中最具挑战性也最能体现视觉效果的部分，探讨如何模拟光与物质的相互作用。 第七章：颜色模型与光照基础 介绍颜色是如何被感知和数字表示的。 颜色理论：人眼对颜色的感知，RGB、CMY、HSV/HSL 等颜色空间的相互转换。 光与物质的交互：介绍光的物理特性，反射与折射的基本定律。 经验性光照模型：深入讲解 Phong 光照模型的三个核心分量：环境光（Ambient）、漫反射（Diffuse）和镜面反射（Specular）。详细分析其数学公式，以及如何通过调整材质属性（如高光指数）来模拟不同材质（如塑料、金属）的外观。 第八章：纹理映射与细节增强 纹理是赋予物体表面细节和复杂性的关键手段。 二维纹理映射：回顾纹理坐标的插值，重点讨论纹理过滤（Filtering），包括最近邻插值（Nearest Neighbor）和双线性插值（Bilinear Filtering）的优劣，以及它们如何影响图像质量和计算成本。 Mipmapping：深入解释 Mipmap 的生成、存储结构，以及它在减少纹理在远距离采样时出现锯齿和莫尔条纹（Aliasing）方面的关键作用。 环境贴图（Environment Mapping）：介绍反射贴图（Reflection Mapping）的概念，如何捕获周围环境信息并将其映射到物体表面，以模拟镜面反射效果。 第九章：高级着色技术与管线 本章将目光投向现代图形硬件和可编程着色器。 固定功能管线回顾：简要回顾早期的硬件管线结构。 可编程管线（Programmable Pipeline）：介绍 GPU 编程范式的兴起。重点讲解顶点着色器（Vertex Shader）和片段着色器（Fragment Shader）在现代渲染流程中的核心作用。探讨如何在这些着色器中实现复杂的几何变换、光照计算和像素级效果。 法线贴图（Normal Mapping）与凹凸贴图（Bump Mapping）：讲解如何通过修改表面法线而非几何形状，来高效地模拟表面凹凸细节，极大地提升了视觉复杂度而无需增加多边形数量。 第四部分：渲染的进阶：真实感与效率 本部分关注如何超越实时渲染的局限，追求更高级别的视觉逼真度，以及优化性能的策略。 第十章：光线追踪（Ray Tracing） 光线追踪是实现物理精确渲染的基石。 基本原理：描述从摄像机发射光线，与场景物体求交，并递归追踪反射、折射光线的概念。 加速结构：详细介绍空间划分结构在加速光线与场景求交测试中的重要性，重点讲解包围盒层次结构（BVH - Bounding Volume Hierarchy）的构建和遍历算法。 阴影、焦散与软阴影：讨论如何通过光线追踪自然地处理阴影和更复杂的全局光照现象。 第十一章：全局光照与不失真渲染 真实世界的亮度不仅仅依赖于直接光照，环境光和间接光照至关重要。 间接光照：介绍辐射度（Radiosity）方法的基本思想及其在静态场景中的应用，以及其与光线追踪的结合。 抗锯齿技术：深入分析空间域抗锯齿（如超采样/SSAA）和时间域抗锯齿（如TAA/FXAA）的原理，解决采样不连续性导致的问题。 深度感知的技术：探讨运动模糊（Motion Blur）的实现原理，以及景深（Depth of Field）的模拟方法。 第十二章：性能优化与现代图形 API 本章将理论知识与工程实践相结合，探讨如何高效地利用现代硬件。 GPU 架构概述：简要介绍 SIMT（Single Instruction Multiple Thread）架构及其对并行计算的影响。 渲染优化策略：讨论批处理（Batching）、实例化（Instancing）等技术如何减少 CPU 到 GPU 的调用次数（Draw Calls），从而提高渲染效率。 现代图形 API 简介：概述 Vulkan、DirectX 12 或 Metal 等低级 API 的设计哲学，强调对开发者暴露更多硬件控制权以实现极限性能优化的趋势。 通过系统地学习本书内容，读者将不仅掌握计算机图形学的经典理论和算法，更能理解当代图形引擎的设计思路，为未来在实时渲染、离线渲染或高性能可视化领域的工作奠定坚实的基础。

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这本书的标题本身就充满了吸引力。 “Computer Graphics for the IBM Personal Computer”——这不仅仅是一个技术主题，更是一种时代的印记。我仿佛看到了那些在CRT显示器前，充满好奇和求知欲的早期计算机爱好者，他们渴望了解屏幕上那些跳跃的像素是如何形成的，是如何创造出令人惊叹的视觉效果的。我猜测这本书可能会深入讲解当时IBM个人电脑的图形能力，比如其图形芯片的特性，以及如何利用这些特性来实现各种图形效果。可能还会涉及到一些基本的图形算法，如直线绘制、圆弧绘制、多边形填充等等，并且是如何在有限的内存和处理器速度下高效实现的。我会好奇作者是否会提供一些实际的编程示例，用以演示如何将这些算法应用于实际的程序中，甚至是否会涉及一些简单的游戏开发或者动画制作的技巧。这本书很可能是一本既有理论深度，又有实践指导意义的宝典，对于那些想要深入了解计算机图形学底层原理，并将其应用到实际项目中的读者来说，无疑是一笔宝贵的财富。

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这本书的标题，让我立刻联想到那个充满无限可能的个人计算时代。 “Computer Graphics for the IBM Personal Computer”——这几个词汇仿佛打开了一扇尘封的记忆之门。我脑海中浮现出早期的计算机图形，那些由一个个像素组成的粗糙但却充满魅力的图像，它们是如何在当时的技术限制下被创造出来的，这本身就是一个令人着迷的故事。我猜想，这本书很可能会深入探讨IBM个人电脑的图形硬件架构，以及如何通过编程语言来操控这些硬件，从而实现各种图形效果。从简单的线条和形状，到复杂的二维和三维图形，作者可能会一步步地引导读者理解其中的奥秘。我特别期待看到书中是否会包含一些经典的图形算法的实现细节，以及在当时有限的计算资源下，如何进行优化以达到更好的性能。这本书，或许不仅仅是一本技术教程，更是一份关于计算机图形学早期探索和创新的珍贵记录，它将带领我们重温那个充满激情和创造力的时代。

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这本书的封面设计就充满了那个时代的科技感，厚重的纸张，经典的配色，仿佛能闻到油墨和纸张混合的气息。当我翻开它时，虽然我还没有开始阅读具体章节，但仅仅是目录和前言就让我对这本书的深度和广度产生了浓厚的兴趣。作者在开篇就点明了“IBM个人电脑”这个特定的平台，这让我立刻意识到，这本书不仅仅是讲述抽象的计算机图形学原理，更是与当时最流行的个人电脑硬件紧密结合的实用指南。我脑海中浮现出那些早期计算机图形的像素点，它们是如何被代码一点点绘制出来，如何在屏幕上跳跃、闪烁，构成我们今天所熟知的视觉世界。我预感这本书会带领我进入一个充满探索和创造的旅程，去理解图形是如何在有限的计算资源下被高效处理和渲染的，这本身就是一项充满挑战但又极其迷人的技术。考虑到当时的技术水平，这本书可能包含了很多关于底层编程、内存管理和图形硬件特性的深入探讨，这些都是现代图形编程中可能被抽象掉但却至关重要的基础。我非常期待能从中学习到如何将理论知识转化为实际的图形效果，以及在有限的条件下如何做出最优化的设计。

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光是这个书名，就足以让我对它充满期待。“Computer Graphics for the IBM Personal Computer”——这句话本身就承载着一个时代的烙印，一个关于个人电脑刚刚萌芽，图形技术崭露头角的辉煌时期。我猜测，这本书不仅仅是枯燥的技术理论堆砌，更可能是一本引导读者走进图形世界的大门。它或许会从最基础的像素概念入手，一步步揭示计算机是如何理解和绘制图像的。我尤其好奇，作者会如何针对IBM个人电脑这个特定的平台来展开讲解。是不是会涉及一些当时的图形标准，或者特定型号显卡的功能，以及如何利用这些特性来实现各种视觉效果？我设想着，书中可能会包含大量的代码示例，用以演示如何实现直线、曲线、填充、变换等等基本图形操作。对于像我这样的读者来说，能够亲手去实践，去创造，将理论知识转化为看得见的画面，无疑是最具吸引力的事情。这本书，或许就是开启这段视觉探索之旅的绝佳起点。

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仅仅从书的装帧和出版年代，就能感受到一种怀旧的情怀。这本书的厚度预示着内容的丰富程度，而“IBM个人电脑”这个关键词，更是直接将我带回了那个个人电脑刚刚兴起的黄金时代。我猜想，这本书的语言风格可能比较严谨，或许会使用一些在如今看来略显古老的术语，但这恰恰是理解计算机图形学早期发展脉络的宝贵窗口。我尤其好奇作者是如何在当时有限的技术条件下，将复杂的图形算法和原理讲解得清晰易懂的。是不是会涉及到一些汇编语言的技巧，或者是对显卡硬件的直接操控？我脑海中勾勒出作者在一间堆满了各种电子元件的房间里，埋头苦写代码，将一个又一个的像素点变成动态的图形的场景。这本书或许不仅仅是一本技术手册，更可能是一部关于技术探索和创新的史诗，它记录了无数工程师和程序员们是如何克服困难，用智慧和汗水，开辟了计算机图形学这片新天地。我期待在阅读中，能够感受到那种纯粹的技术热情和对未知领域的好奇心，并从中汲取灵感，去思考如何在新的时代背景下，继续推动图形技术的进步。

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