计算机图形学教程

计算机图形学教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:北京理工大学出版社
作者:焦永和
出品人:
页数:132
译者:
出版时间:2001-4
价格:20.00元
装帧:
isbn号码:9787810457958
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机图形学
  • 图形学
  • 教程
  • 计算机科学
  • 图像处理
  • 渲染
  • OpenGL
  • DirectX
  • 算法
  • 可视化
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具体描述

本书主要内容包括计算机图形学的软硬件系统、二维和三维图形处理技术、图形交互技术、数据结构、平面立体消隐、曲线曲面的生成及使用AutoCAD的使用等。各章均附有一定数量的习题。书中提供了大量的应用程序,这些应用程序均用Turbo C编写,并调试通过,具有较高的实用与参考价值。

本书可作为大专院校开设计算机绘图或计算机图形学课程的教材,也可供研究生或研究和应用计算机图形学的科技工作者学习参考。

《计算机图形学教程》并非一本关于计算机图形学内容的图书简介,而是旨在提供一本详尽的、侧重于基础概念与核心技术的学习指南。本书的目标是帮助读者建立起对计算机图形学原理的深刻理解,并为进一步深入研究或实践打下坚实基础。 本书结构清晰,逻辑严谨,从最基础的几何概念出发,逐步引导读者掌握计算机图形学领域的核心理论与算法。 第一部分:基础数学与几何 在开始深入图形学世界之前,理解其背后的数学语言至关重要。本部分将详细介绍计算机图形学所必需的数学工具。 向量代数: 向量是图形学中最基本的操作单元。我们将详细讲解向量的定义、加减法、标量乘法、点积(内积)与叉积(外积)。这些概念不仅是理解空间关系的基础,更是实现光照、变换等高级功能不可或缺的要素。我们会通过实际的几何例子,如求解两向量夹角、计算投影等,来帮助读者深刻理解这些操作的几何意义。 矩阵运算: 矩阵在计算机图形学中扮演着至关重要的角色,它们是实现各种几何变换(如平移、旋转、缩放、剪切)的强大工具。本书将全面介绍矩阵的定义、加法、乘法、转置、逆等基本运算。重点在于讲解如何利用矩阵来表示和执行这些变换,并深入探讨复合变换的原理。我们将演示如何将多个变换串联起来,形成复杂的几何操作。 坐标系与变换: 理解不同的坐标系(如世界坐标系、模型坐标系、视图坐标系、投影坐标系)及其之间的转换是计算机图形学中的核心内容。本书将详细阐述这些坐标系的含义和用途,并重点介绍齐次坐标的概念,它能够将仿射变换统一在矩阵乘法之中,极大地简化了变换的计算。 几何图元: 点、线、面是构成图形的基本元素。我们将探讨如何有效地表示和处理这些图元。例如,我们将讨论直线的光栅化算法(如DDA算法和Bresenham算法),以及如何渲染多边形。 第二部分:图形渲染管线与核心算法 在掌握了基础数学知识后,本书将深入探讨图形渲染的整个流程,以及实现这一流程的关键算法。 光栅化: 这是将矢量图形转换为像素表示的关键步骤。我们将深入讲解各种光栅化算法,包括像素的填充、线的绘制等,并分析它们的效率和精度。 裁剪: 在将几何图形显示在屏幕上之前,需要对其进行裁剪,以去除超出显示范围的部分。本书将介绍各种裁剪算法,如Sutherland-Hodgman算法和Liang-Barsky算法,并分析它们在处理不同类型裁剪窗口时的性能。 隐藏面消除: 在三维场景中,只有面向观察者的物体表面才是可见的。本书将详细介绍各种隐藏面消除算法,包括深度缓存(Z-buffer)算法、画家算法(Painter's Algorithm)以及扫描线算法等,并分析它们的优缺点及适用场景。 着色模型: 物体的颜色和外观受光照影响。我们将介绍不同的着色模型,从最简单的常数着色到更复杂的Gouraud着色和Phong着色。重点在于讲解光照模型(如Lambertian模型、Phong反射模型)的数学原理,以及如何计算表面法线,以实现逼真的光照效果。 纹理映射: 纹理映射是为物体表面添加细节和真实感的重要技术。本书将详细介绍纹理映射的基本原理,包括纹理坐标的定义、纹理的采样方法(如最近邻采样、双线性插值、三线性插值),以及纹理过滤技术。 第三部分:高级图形技术与应用 在掌握了基础渲染技术后,本书将进一步介绍一些更高级的图形学技术,为读者打开更广阔的应用前景。 曲线与曲面: 除了直线和多边形,许多现实世界中的物体都可以用曲线和曲面来表示。本书将介绍Bézier曲线、B-spline曲线以及NURBS曲面等概念,并探讨如何对它们进行建模和渲染。 三维变换的进一步探讨: 除了基本的平移、旋转、缩放,我们还将探讨更复杂的变换,如视角变换(View Transformation)和投影变换(Projection Transformation)。我们将详细讲解正交投影和透视投影的原理,以及如何将三维场景变换到二维屏幕空间。 高级光照与阴影: 为了实现更逼真的视觉效果,我们将介绍更高级的光照技术,如反射、折射、全局光照(Global Illumination)的基本概念,以及各种阴影渲染技术(如阴影映射Shadow Mapping)。 抗锯齿: 锯齿(Aliasing)是图形渲染中常见的问题,它会导致边缘出现阶梯状的失真。本书将介绍各种抗锯齿技术,如超采样抗锯齿(SSAA)、多重采样抗锯齿(MSAA)以及快速近似抗锯齿(FXAA)等。 本书的每一章节都配有清晰的图示和详尽的数学推导,力求让读者不仅知其然,更知其所以然。此外,书中还会穿插大量的编程示例(概念性而非具体实现代码),帮助读者将理论知识与实际应用联系起来。 《计算机图形学教程》旨在成为一本全面、深入且易于理解的计算机图形学入门教材,为有志于在游戏开发、动画制作、虚拟现实、计算机辅助设计等领域发展的学习者提供坚实的知识基础。

作者简介

目录信息

第一章 绪论
1 引言
2 计算机绘图的硬件系统
3 基本图形元素的生成算法
第二章 二维图形的生成
1 字符屏幕与形屏幕
2 C语言图形函数
3 二维图形裁剪
4 区域填充
5 图形模式下的文本
6 机械图形程序设计
第三章 二维图形变换
1 二维图形的矩阵方法
2
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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坦白说,我是一个对数学有些畏惧的读者,但在阅读《计算机图形学教程》的过程中,我发现自己对数学的看法发生了转变。这本书巧妙地将抽象的数学概念与具体的图形学应用相结合,让那些原本枯燥的公式变得生动有趣。例如,书中在讲解“线性代数”时,并没有直接罗列矩阵和向量的运算,而是通过三维变换的例子,展示了矩阵是如何表示平移、旋转、缩放等操作的。我发现,理解了这些数学原理,就如同获得了打开三维世界的钥匙。同样,在介绍“几何学”时,书中通过曲线和曲面的数学表示,让我理解了如何用数学语言来描述现实世界中的物体形状。我尤其欣赏书中关于“渲染方程”的讲解,它用简洁而优美的数学形式,概括了光线在场景中传播和交互的复杂过程。虽然这个方程本身相当抽象,但书中通过逐步分解和解释,让我能够理解它所蕴含的物理意义和计算方法。这本书教会我,数学并非是图形学的障碍,而是它最强大的支撑。它让我看到,原来那些看似复杂的视觉效果,都可以用严谨的数学逻辑来解释和实现。通过这本书,我不仅学习了图形学的知识,更重要的是,我重新认识了数学的魅力和力量。

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作为一名多年涉足游戏开发领域的从业者,我始终在寻找能够深化我对计算机图形学理解的书籍,而《计算机图形学教程》无疑是近期阅读中最为满意的一本。它并没有停留在对基础概念的简单罗列,而是深入探讨了许多在实际开发中至关重要的技术细节。我尤其欣赏书中关于“剔除(Culling)”和“可见性判断”的章节,这对于优化渲染效率、提升游戏性能至关重要。书中详细介绍了视锥体剔除、遮挡剔除等多种方法,并分析了它们在不同场景下的应用效果。这种对性能优化策略的深入讲解,对于任何希望构建高效图形系统的开发者来说,都是宝贵的财富。此外,书中关于“后期处理(Post-processing)”的讲解也让我受益匪浅。我们现在看到的许多炫酷的视觉效果,如景深、运动模糊、辉光等,都离不开后期处理技术。书中不仅介绍了这些效果的原理,还提供了实现这些效果的常用算法和技术思路,让我对如何通过后期处理来提升画面的表现力有了更深刻的理解。我发现,书中很多内容都是我在实际工作中遇到问题时,希望能找到答案的那些“关键点”。它就像一本“秘密手册”,为我揭示了许多行业内的“内幕”。每次读完一个章节,我都会回想起自己之前在项目中遇到的那些棘手的渲染问题,然后恍然大悟,原来答案就在这里。这本书的价值,不仅仅在于知识的传授,更在于它能够启发我以更专业、更深入的方式去思考图形学的设计和实现。

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《计算机图形学教程》给我最直观的感受就是它的“系统性”。它不是零散的知识点堆砌,而是一个完整、逻辑清晰的学习体系。从最基础的二维图形绘制,到复杂的三维场景建模、渲染,再到光照、纹理、动画等高级主题,这本书几乎涵盖了计算机图形学的所有核心领域。每个章节之间都存在着紧密的联系,前面章节的知识是后面章节的基础,这使得学习过程非常顺畅。我特别喜欢书中关于“采样(Sampling)”和“抗锯齿(Anti-aliasing)”的讲解。在屏幕上显示连续的几何图形,不可避免地会出现锯齿状的边缘,这严重影响了画面的美观度。书中不仅解释了锯齿产生的原因,还详细介绍了多种抗锯齿技术,如超采样抗锯齿(SSAA)、多重采样抗锯齿(MSAA)以及快速近似抗锯齿(FXAA)等,并对它们的原理、优缺点以及实现方式进行了深入剖析。读到这里,我才真正理解了为什么游戏画面越来越精细,视觉效果越来越流畅,背后是如此多的技术在默默支撑。书中提供的大量图示和公式推导,虽然初看起来有些复杂,但仔细琢磨一番,就会发现它们都是为了更精确地描述和解决实际问题而设计的。这本书让我意识到,计算机图形学并非只是“画图”,而是一门严谨的科学,它需要扎实的数学基础和精密的算法设计。

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《计算机图形学教程》是一本能够真正激发人探索欲的书籍。它在介绍基础知识的同时,也为读者指明了进一步深入学习的方向。我发现书中对“着色器(Shaders)”的讲解尤为精彩。着色器是现代图形渲染的核心,它允许开发者在GPU上编写自定义的算法来控制物体表面的外观。书中详细介绍了顶点着色器(Vertex Shader)和像素着色器(Pixel Shader)的功能和作用,以及如何使用GLSL或HLSL等着色语言来编写它们。例如,书中通过实例演示了如何创建逼真的材质,如金属、玻璃、皮肤等,以及如何实现复杂的视觉效果,如卡通渲染、描边效果等。这让我意识到,原来那些看似简单而又精美的画面,背后隐藏着如此多灵活多变的着色器程序。我也对书中关于“几何着色器(Geometry Shader)”和“计算着色器(Compute Shader)”的介绍感到兴奋,这为我打开了新的思路,让我思考如何在GPU上实现更通用的计算任务。这本书不仅仅是传授知识,更是提供了一种“创造工具”的思路。它让我明白了,作为一名图形开发者,掌握了这些技术,就如同拥有了一支神笔,可以在数字世界中挥洒创意,创造出无限可能。

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这本书的阅读体验,让我感觉自己仿佛置身于一个由无数像素和向量构成的奇妙世界,而《计算机图形学教程》就是我手中的地图和指南。它以一种非常易于理解的方式,将计算机图形学的复杂概念一一拆解。我尤其对书中关于“光线追踪(Ray Tracing)”的讲解印象深刻。在此之前,我只知道光线追踪是制作逼真画面的“终极武器”,但具体是如何实现的,却是一无所知。书中详细介绍了光线追踪的基本原理,包括如何发射光线、计算光线与物体的交点、模拟反射和折射等。它还讨论了蒙特卡洛光线追踪等高级技术,以及如何通过降噪算法来加速渲染过程。读到这里,我才真正领略到计算机图形学在模拟真实世界物理现象方面的强大能力。书中不仅有理论的阐述,还有一些经典的算法演示和伪代码,这让我能够将抽象的理论与具体的实现联系起来。它就像是打开了一扇门,让我看到了那些“看不见”的计算过程,也让我更加欣赏那些能够创造出令人惊叹视觉效果的艺术家和工程师。这本书让我从一个旁观者变成了一个“理解者”,它赋予了我一种能够“解读”画面的能力,让我看到画面背后隐藏的逻辑和智慧。

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我必须说,《计算机图形学教程》的深度和广度令人惊叹,但更令我印象深刻的是它所提供的那种“动手实践”的感觉。即便你没有亲手敲过一行代码,读完这本书,你也会对“如何从无到有地创造一个三维场景”有一个清晰的脉络。作者在解释诸如曲面生成、纹理映射、剪裁等技术时,并没有止步于理论的阐述,而是深入到具体的算法实现层面,并且相当细致地说明了不同算法之间的优劣对比,以及它们在实际应用中可能遇到的挑战。例如,在谈到曲线和曲面的表示方法时,书中详细介绍了 Bézier 曲线、B-spline 曲线以及 NURBS 曲面,并分析了它们各自的特点和适用范围。这种理论与实践相结合的讲解方式,不仅让知识点更加牢固,也极大地激发了我尝试去实现这些算法的冲动。我发现,书中提供的伪代码示例,虽然不是可以直接运行的语言,但已经足够清晰地勾勒出了算法的核心逻辑,让我能够轻松地将其转化为自己熟悉的编程语言。更有意思的是,书中还穿插了一些关于图形学历史和发展趋势的讨论,这让我能够站在一个更宏观的视角来审视这项技术,了解它是如何一步步演进到今天的。读完关于渲染管线的章节,我才恍然大悟,原来我们看到的每一帧画面,都经历了如此复杂而精密的加工过程,从模型数据的输入,到顶点处理,再到像素着色,每一步都至关重要。这本书让我对“数字世界”有了全新的认识,它不再仅仅是屏幕上的光影,而是无数算法和数学原理构建起来的精密工程。

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在我看来,《计算机图形学教程》最大的亮点之一就是它对于“性能优化”的重视。在任何一个图形相关的领域,效率都是一个不可忽视的因素。这本书并没有仅仅满足于“能画出来”,而是深入探讨了如何在保证视觉效果的同时,最大程度地提升渲染速度和流畅度。书中关于“ LOD(Level of Detail)”技术的讲解,让我印象深刻。我了解到,通过根据物体与摄像机的距离,动态地切换不同细节程度的模型,可以显著减少渲染负担,提升整体性能。书中还详细介绍了各种 LOD 的实现方法,以及如何权衡细节和性能。此外,书中关于“批处理(Batching)”的讨论也很有价值。在渲染大量相似的物体时,通过将它们合并成一个绘制调用,可以减少 CPU 向 GPU 发送的指令数量,从而提升渲染效率。这些关于性能优化的技术,对于任何从事实时渲染的开发者来说,都是必不可少的知识。这本书让我明白,图形学不仅仅是关于“美学”,更是关于“效率”的艺术。它不仅提升了我的理论认知,更教会了我如何在实际项目中解决性能瓶颈的问题。

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在翻开《计算机图形学教程》之前,我对这个领域仅有模糊的概念,大概知道它与电影特效、游戏开发紧密相关,却从未深入了解其背后的原理。抱着对视觉艺术和技术结合的好奇心,我开始了这段学习之旅。这本书的出现,可以说是我在这条道路上的一个重要节点。它的内容之详实,结构之严谨,远超我的预期。刚开始接触时,我被那些抽象的数学公式和算法描述弄得有些晕头转向,感觉像是掉进了一个由线条、点和矩阵构成的迷宫。然而,作者并没有直接丢给我一堆理论,而是循序渐进地引导我理解每一个概念的由来和应用。例如,在讲解三维变换时,书中不仅列出了各种矩阵的定义和运算规则,还配以大量生动形象的插图,直观地展示了平移、旋转、缩放等操作如何改变物体的空间位置和形态。这种“润物细无声”式的教学方式,让我逐渐克服了初期的畏难情绪。书中的每一个章节都像是在为我打开一扇新的窗户,让我得以窥见计算机如何将冰冷的代码转化为栩栩如生的画面。我尤其喜欢书中关于光照模型和着色技术的章节,它揭示了物体表面是如何与光线互动,以及我们如何通过算法模拟出不同的材质质感,比如金属的光泽、布料的柔软,甚至是皮肤的通透感。读到这里,我才真正体会到,我们习以为常的视觉体验,背后是多么精巧绝伦的数学计算和工程设计。这本书不仅仅是一本技术手册,更像是一位循循善诱的老师,它教会我用一种全新的视角去观察和理解我们周围的世界。

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《计算机图形学教程》给予我的,是一种“洞悉本质”的感觉。它不仅仅是教会我如何“做出”一个画面,更重要的是让我理解“为什么”这个画面是这样呈现的。书中对“颜色模型”和“感知”的讨论,让我对色彩的科学有了更深的理解。我过去只是凭感觉去搭配颜色,但读完这本书,我了解到RGB、HSV等颜色模型的不同之处,以及它们在不同应用场景下的优势。更让我感到惊奇的是,书中还涉及了人类视觉系统对颜色的感知方式,以及如何通过伽马校正等技术来确保屏幕上显示的颜色与我们大脑感知到的颜色尽可能一致。这让我明白,好的图形设计不仅仅是技术层面的实现,更需要对人机交互和人类感知的深刻理解。我也非常喜欢书中关于“纹理合成(Texture Synthesis)”的讨论,它让我了解到如何通过算法自动生成逼真的纹理,而无需手动绘制。这对于游戏开发和CG制作来说,极大地提高了效率。这本书让我看到,计算机图形学是一个跨越了技术、艺术和科学的领域,它需要多方面的知识和技能。它不仅为我打开了通往图形学世界的大门,更让我对未来在这个领域的探索充满了期待。

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《计算机图形学教程》是一本能够真正“激发思考”的书。它在讲解技术的同时,也时常引导读者去思考“为什么”以及“还有什么可能性”。例如,在介绍“碰撞检测(Collision Detection)”时,书中不仅列举了球体-球体、AABB(轴对齐边界框)等简单碰撞检测方法,还深入探讨了更复杂的模型,如OBB(定向边界框)和凸多面体,以及它们在游戏物理引擎中的应用。这让我意识到,即使是看似简单的碰撞,其背后的算法设计也蕴含着深刻的数学和逻辑。更让我感到兴奋的是,书中还提及了一些关于“数据结构”在图形学中的应用,例如 kd-tree、BVH(包围体层次结构)等,它们在加速查找和优化渲染效率方面起着至关重要的作用。这让我看到了计算机图形学与计算机科学其他分支的紧密联系。这本书不仅仅是教授知识,更是在培养一种“解决问题”的能力。它让我学会如何从更底层的角度去分析和理解图形学的各种技术,并且能够举一反三,将学到的知识应用到新的场景中。它是一本让我“学以致用”的宝贵教材。

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