计算机图形学原理及实践

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出版者:机械工业出版社
作者:福利
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2002-07-10
价格:88.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787111103431
丛书系列:
图书标签:
  • 图形学
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具体描述

经典力学导论:从牛顿定律到现代物理的基石 本书旨在为读者提供一个全面而深入的经典力学框架,内容涵盖了从伽利略和牛顿的奠基性工作到拉格朗日和哈密顿等更高级的理论表述。 我们力求在保持严谨的数学推导的同时,清晰地阐释物理概念,帮助读者建立起对宏观世界运动规律的深刻理解。 本书结构设计旨在引导读者循序渐进地掌握经典力学的核心思想。 第一部分:运动学的基石与牛顿体系的构建 本部分聚焦于描述运动本身,并引入支配运动的基本作用力——万有引力。 第一章:参考系与运动的描述 我们从最基本的概念——质点——开始,详细讨论了惯性参考系和非惯性参考系的选择对运动描述的影响。二维和三维空间中的位置、速度和加速度矢量被严格定义。重点分析了圆周运动、简谐振动等基本运动形式的数学描述,特别是正弦函数在描述周期性运动中的核心作用。我们引入了瞬时加速度的概念,并探讨了如何利用微积分工具来处理连续变化的运动。 第二章:牛顿运动定律 本章是经典力学的支柱。我们对牛顿第一定律(惯性定律)进行了深入的哲学和物理学辨析,强调了惯性系的重要性。随后,详细阐述了牛顿第二定律 $mathbf{F} = mmathbf{a}$ 作为连接力和运动的桥梁。我们不仅展示了如何用它来解决直线运动和平面运动问题,还对质量和力的概念进行了严格界定。第三定律(作用与反作用)在理解相互作用系统中的动量守恒方面至关重要,本章对此进行了详尽的讨论。 第三章:功、能与守恒律 本章引入了保守力的概念,并基于力的积分定义了“功”。在此基础上,我们推导出了动能定理。随后,势能的概念被引入,用于描述保守力场中的能量存储。系统的机械能守恒定律——一个跨越物理学所有分支的核心原理——被严格证明并应用于多种实际物理场景,如弹簧振子和重力场中的物体运动。 第四章:动量、角动量及其守恒 动量是描述系统整体运动状态的另一关键物理量。本章区分了瞬时动量和系统的总动量,并基于牛顿第二定律推导出动量定理。碰撞问题,包括弹性碰撞和非弹性碰撞,被作为动量守恒的典型应用进行分析。此外,角动量(定义为 $mathbf{L} = mathbf{r} imes mathbf{p}$)的引入使得处理旋转运动和中心力问题成为可能。行星绕日运动中的角动量守恒被详细剖析。 第五章:万有引力与开普勒定律 本章专门探讨了牛顿发现的普适性相互作用——万有引力。我们从库仑的引力定律出发,通过高斯定理的思想(在引力场中的应用),推导出万有引力定律,并利用积分方法计算了不规则质量分布产生的引力场。重点在于,如何将此定律与开普勒的三大行星运动定律精确地数学匹配起来,展现了理论物理的巨大成功。 第二部分:刚体动力学与振动 在理解质点运动的基础上,本部分将研究具有空间尺寸和形状的物体,以及系统的周期性响应。 第六章:刚体运动学与动力学 刚体被定义为内部任意两点间距离保持不变的理想化物体。我们讨论了刚体的瞬时运动可以分解为质心平移和绕质心转动的复合运动。旋转动力学是本章的重点,转动惯量(惯性张量概念的引入)作为刚体抵抗转动的量度,被严格定义。转动定则(牛顿第二定律的旋转形式)被用于分析陀螺的进动和章动等复杂现象。 第七章:振动与波动现象 本章深入研究受限系统中的周期性运动。我们从一维简谐振子(SHM)的微分方程开始,探讨了阻尼振动和受迫振动。受迫振动的解法揭示了“共振”现象的物理本质,即系统对特定频率的敏感响应,这在工程和物理学中具有极其重要的应用价值。 第三部分:先进的分析力学方法 本部分超越了基于力的直接积分方法,转向更抽象、更具普遍性的能量和最小作用量原理,为学习更高级的理论物理(如量子力学和场论)打下坚实的数学基础。 第八章:拉格朗日力学 拉格朗日力学的核心在于达朗贝尔原理和虚功原理,它极大地简化了约束系统的处理。我们引入了广义坐标、广义速度和广义位移的概念,从而构建了系统的拉格朗日量 $L = T - V$(动能减去势能)。随后,详细推导了欧拉-拉格朗日方程,展示了如何直接通过能量函数求解运动方程,而无需显式考虑约束力。对守恒量与循环坐标的关系(诺特定理的初步体现)进行了讨论。 第九章:哈密顿力学 哈密顿力学是经典力学的最高形式,它将系统状态描述转移到相位空间(由坐标和动量构成)。我们通过勒让德变换将拉格朗日量转化为哈密顿量 $H = sum p_i dot{q}_i - L$。哈密顿正则方程被提出,相比于二阶的拉格朗日方程,它们是一组一阶微分方程,更利于数值求解和后续的量子化处理。本章最后探讨了泊松括号的概念,并展示了其在表达守恒量和李括号结构上的优越性。 结语 本书的终极目标是使读者不仅能“解题”,更能“思考”:理解经典力学的普适性边界及其在微观世界失效的原因,从而为向相对论和量子力学的过渡做好准备。我们相信,通过对这些基本原理的扎实掌握,读者将能够以更深刻的视角审视物理世界的运作规律。

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这本《计算机图形学原理及实践》真是让我受益匪浅,它以一种非常系统和深入的方式,将计算机图形学中最核心的概念和技术一一呈现。书中从最基础的“二维图形绘制”开始,详细介绍了像素、直线、圆等基本图元的绘制算法,如DDA算法、Bresenham算法等。接着,它巧妙地过渡到“三维图形变换”,详尽讲解了模型变换(平移、旋转、缩放)、视图变换和投影变换(正交投影、透视投影)的数学原理,并通过矩阵运算来统一处理这些变换,这对于理解三维空间中的物体运动和视角变化至关重要。我特别欣赏书中对“裁剪”(Clipping)的讲解,它详细介绍了如何裁剪掉视锥体外的几何体,以避免不必要的计算,书中提供的多种裁剪算法,如Cohen-Sutherland和Liang-Barsky,都做了详尽的分析。此外,书中对“光栅化”(Rasterization)过程的阐述也极其到位,它详细描述了如何将三维模型(通常是三角形)转化为二维屏幕上的像素,以及如何进行各种插值计算(如颜色插值、法向量插值),以实现平滑的表面渲染。书中还对“着色模型”(Shading Models)进行了深入的探讨,从早期的 Flat Shading,到 Gouraud Shading,再到 Phong Shading,再到更现代的基于物理的渲染(PBR)理念,都做了详尽的介绍和对比。通过学习这本书,我不仅掌握了计算机图形学的核心理论,还对如何通过编程实现这些理论有了更清晰的认识,并对如何构建一个完整的3D渲染管线有了更深入的理解。

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《计算机图形学原理及实践》这本书的内容给我留下了深刻的印象,它为我打开了理解现代图形渲染技术的大门。书中对“光照模型”(Lighting Models)的讲解可以说是非常详尽,从基础的 Lambertian 模型、Phong 模型,到更复杂的 Blinn-Phong 模型,再到基于物理的渲染(Physically Based Rendering, PBR)的核心理念,如菲涅尔方程、微表面理论等,都做了深入的分析。作者并没有仅仅停留在理论层面,而是通过大量的代码示例,展示了如何在实际的图形渲染管线中实现这些光照模型,并解释了如何利用GPU进行高效的计算。我尤其喜欢书中关于“材质”(Materials)的讨论,它详细介绍了如何定义和使用各种材质属性,如颜色、反射率、粗糙度、金属度等,以及如何将这些属性与光照模型结合起来,创建出逼真的视觉效果。书中还对“纹理”(Textures)的运用进行了深入的讲解,包括各种纹理映射技术(如漫反射纹理、法线纹理、高光纹理、环境反射纹理等),以及纹理过滤和纹理混合的原理。通过学习这些内容,我能够理解如何为三维模型添加丰富的细节和颜色,从而极大地提升场景的真实感。此外,书中还涉及到了阴影(Shadows)的生成技术,如深度缓冲阴影(Depth Map Shadowing)和阴影体(Shadow Volumes)等,让我对如何在场景中添加逼真的阴影有了清晰的认识。总而言之,这是一本极具价值的参考书,无论您是图形学初学者还是有经验的开发者,都能从中学习到很多实用的知识。

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我一直在寻找一本能够全面且深入地讲解计算机图形学理论与实践的书籍,《计算机图形学原理及实践》无疑是我的不二之选。这本书从最基本的图形绘制原理出发,例如像素如何被绘制到屏幕上,以及各种图元(点、线、多边形)的绘制算法,如DDA算法、Bresenham算法等,都做了非常详尽的介绍。接着,它循序渐进地讲解了三维图形学中的核心概念,包括但不限于模型变换(平移、旋转、缩放)、视图变换、投影变换(正交投影、透视投影)以及视锥体裁剪。作者在讲解这些变换时,不仅提供了数学公式,还配以大量的几何示意图,让我能够直观地理解这些变换是如何改变物体在三维空间中的位置和方向的。特别让我受益匪浅的是关于“裁剪”(Clipping)的讲解,书中详细介绍了各种裁剪算法,如Cohen-Sutherland算法和Liang-Barsky算法,以及如何处理视锥体外的几何体。这对于优化渲染效率、避免绘制不必要的图形至关重要。此外,书中还涉及到了对多边形进行填充(Polygon Filling)的各种方法,包括扫描线填充算法和区域填充算法,这些都是构建复杂三维场景的基础。通过学习这本书,我不仅掌握了图形学的基本理论,还对如何通过编程实现这些理论有了清晰的认识,并对如何构建一个完整的渲染管线有了更深入的理解。

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翻开《计算机图形学原理及实践》这本书,我立刻被它严谨的逻辑和详实的讲解所吸引。书中对数学基础的铺陈非常到位,从线性代数中的向量、矩阵运算,到几何学中的坐标系、变换,再到微积分在曲线曲面生成中的应用,都进行了详细的介绍和推导。这为理解图形学中的各种算法打下了坚实的基础。特别是在介绍相机模型和透视投影的部分,作者通过详细的公式和图示,清晰地展示了三维世界如何被映射到二维屏幕空间,以及视锥体裁剪的原理。这些内容对于理解游戏引擎、3D建模软件等背后的工作机制至关重要。我曾尝试过自己实现一个简单的3D渲染器,在遇到各种数学问题时,这本书就像一个宝库,总能提供清晰的解答和恰当的示例。书中对表面建模的讲解也相当详尽,无论是多边形网格的表示、面的法向量计算,还是曲线曲面(如Bézier曲线、B-spline曲线)的生成和渲染,都涵盖了多种经典算法和现代优化技术。作者在讲解每一种算法时,都会深入分析其时间复杂度和空间复杂度,以及在实际应用中的注意事项。这使得我不仅能够理解“如何做”,更能理解“为什么这么做”,以及在面对不同场景时如何选择最合适的算法。此外,书中还涉及到了非常重要的渲染技术,例如纹理映射和滤镜,让我理解了如何为物体表面添加细节和色彩,以及如何通过不同的滤波方法来改善图像质量。书中提供的代码片段虽然不一定是完整的可执行程序,但都非常精炼,能够准确地反映算法的核心思想,非常适合用于学习和实验。

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《计算机图形学原理及实践》这本书给我的感觉是,它不仅仅是一本教材,更像是一位经验丰富的导师,引导我一步步探索计算机图形学的奇妙世界。书中对图形渲染的各个环节都做了非常细致的划分和讲解,从最底层的像素操作,到高级的着色器编程,再到复杂的全局光照计算,都安排得井井有条。我尤其喜欢书中对“着色”这一概念的深入探讨,从简单的漫反射、镜面反射,到菲涅尔效应、卡通渲染,再到各种物理真实感的光照模型,都讲解得非常透彻。作者通过对比不同光照模型的数学公式和渲染效果,让我能够深刻理解它们之间的差异和适用场景。书中还详细介绍了纹理坐标、纹理过滤、纹理混合等技术,让我明白了如何将二维图像“贴”到三维模型表面,并且如何处理纹理在不同视角下的细节表现。对于我来说,最吸引人的部分之一是关于“抗锯齿”(Anti-aliasing)的讨论,书中介绍了包括超采样抗锯齿(SSAA)、多重采样抗锯齿(MSAA)以及快速近似抗锯齿(FXAA)等多种方法的原理和实现,这对于提升渲染图像的视觉质量至关重要。作者并没有回避这些技术的复杂性,而是通过清晰的图示和代码示例,将它们一一拆解,让我能够理解其中的奥秘。在阅读过程中,我也尝试着将书中的某些算法应用到我自己的项目中,比如实现一个简单的 Phong 光照模型,或者应用简单的纹理映射,这些实践极大地加深了我对理论知识的理解。这本书的内容非常扎实,对于希望在游戏开发、影视特效、科学可视化等领域发展的人来说,绝对是必不可少的一本参考书。

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这本《计算机图形学原理及实践》真是一部巨著,从最基础的光栅化渲染流程讲起,到复杂的几何变换、投影、裁剪,再到纹理映射、着色模型、光照计算,每一个概念都讲解得深入浅出,并且提供了大量的代码示例和伪代码,这对于我这样希望从理论到实践一步步掌握计算机图形学知识的读者来说,简直是量身定制。书中对各种渲染管线的细节进行了详细的剖析,例如如何处理顶点数据、如何在GPU上执行着色器程序、如何管理帧缓冲区等等,这些内容极大地帮助我理解了现代图形API(如OpenGL和DirectX)的工作原理。我还特别喜欢书中关于高级图形技术的部分,像是环境光遮蔽(Ambient Occlusion)、屏幕空间反射(Screen Space Reflections)、以及后处理效果(Post-processing Effects)的实现原理。作者并没有仅仅停留在理论层面,而是花了大量篇幅讲解如何将这些原理转化为实际可运行的代码,并通过对比不同实现方式的优劣,让我能够更灵活地运用这些技术来解决实际问题。这本书的排版也非常清晰,图文并茂,许多复杂的算法都有直观的图示,这大大降低了学习的难度。我尝试着按照书中的指导,用C++和OpenGL实现了一些基本的图形效果,比如简单的着色器程序,能够控制顶点颜色和片元颜色的变化,这让我非常有成就感。而且,书中还提到了实时光线追踪和全局光照等前沿技术,虽然讲解相对概括,但已经为我打开了通往更深入领域的大门,让我对接下来的学习方向有了更清晰的认识。总而言之,这是一本兼具深度和广度的优秀教材,无论是初学者还是有一定基础的开发者,都能从中获益匪浅。

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我非常欣赏《计算机图形学原理及实践》这本书的结构和内容组织方式,它以一种非常系统化的方式,逐步引导读者理解计算机图形学的核心概念。书中从最基础的“二维图形绘制”开始,介绍了点、线、圆等基本图元的绘制算法,如Bresenham直线算法和中点画圆算法。随后,它巧妙地过渡到“三维图形变换”,详细讲解了模型变换、视图变换和投影变换的数学原理,并通过矩阵运算来统一处理这些变换。这部分内容对于理解三维空间中的物体运动和视角变化至关重要。接着,书中深入探讨了“裁剪”(Clipping)技术,特别是针对视锥体的裁剪,以及各种裁剪算法的实现细节,这对于优化渲染效率、确保只绘制可见部分至关重要。我特别喜欢书中关于“光栅化”(Rasterization)的讲解,它详细描述了三角形如何被转化为屏幕上的像素,以及如何进行插值计算(如颜色插值、法向量插值),从而实现平滑的表面渲染。书中还对“着色模型”(Shading Models)进行了详尽的介绍,从简单的 Flat Shading,到 Gouraud Shading,再到 Phong Shading,以及更高级的 PBR 模型,都提供了清晰的数学公式和渲染效果对比。通过学习这本书,我不仅掌握了计算机图形学的理论知识,还对如何通过编程实现这些算法有了更清晰的认识,并对如何构建一个完整的3D渲染管线有了更深入的理解,这是一本真正做到“原理与实践”相结合的优秀教材。

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我被《计算机图形学原理及实践》这本书所展现出的全面性和深度所深深吸引。它从最基础的“向量与矩阵运算”开始,为理解整个图形学体系打下了坚实的数学基础。接着,书中详细讲解了“三维几何变换”,包括模型变换(平移、旋转、缩放)、视图变换和投影变换(正交投影、透视投影),这些变换是构建三维场景的基础。作者通过矩阵的乘法来统一处理这些变换,这使得理解和实现变得更加高效。我特别欣赏书中对“裁剪”(Clipping)的讲解,它详细介绍了如何裁剪掉视锥体外的几何体,以避免不必要的计算,书中提供的多种裁剪算法,如Cohen-Sutherland和Liang-Barsky,都做了详尽的分析。此外,书中对“光栅化”(Rasterization)过程的阐述也极其到位,它详细描述了如何将三维模型(通常是三角形)转化为二维屏幕上的像素,以及如何进行各种插值计算(如颜色插值、法向量插值),以实现平滑的表面渲染。书中还对“着色模型”(Shading Models)进行了深入的探讨,从早期的 Flat Shading,到 Gouraud Shading,再到 Phong Shading,再到更现代的基于物理的渲染(PBR)理念,都做了详尽的介绍和对比。通过学习这本书,我不仅掌握了计算机图形学的核心理论,还对如何通过编程实现这些理论有了更清晰的认识,并对如何构建一个完整的3D渲染管线有了更深入的理解。

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《计算机图形学原理及实践》这本书给我最大的感受是它的实用性和指导性,它不仅仅是理论的罗列,更是一本教会你如何“做”的书。书中对“纹理”(Textures)的讲解非常全面,从纹理坐标的定义、纹理的采样方式,到如何将二维图像“贴”到三维模型表面,都做了非常详尽的介绍。我特别喜欢书中关于“纹理过滤”(Texture Filtering)的讨论,它解释了如何通过不同的过滤方法(如最近邻采样、双线性过滤、三线性过滤)来处理纹理在不同比例尺下的显示效果,这对于提升渲染图像的视觉质量至关重要。此外,书中还深入探讨了“材质”(Materials)的概念,详细介绍了如何定义和使用各种材质属性,如漫反射颜色、镜面反射颜色、高光强度、反射率等,并将这些属性与光照模型相结合,创造出逼真的视觉效果。书中还涉及到了“阴影”(Shadows)的生成技术,如深度缓冲阴影(Depth Map Shadowing)和阴影体(Shadow Volumes)等,让我对如何在场景中添加逼真的阴影有了清晰的认识。在阅读过程中,我也尝试着将书中介绍的纹理映射和材质技术应用到我的项目中,比如为一个简单的立方体模型添加纹理,并调整其材质属性,这让我对这些技术有了更直观的理解和更深刻的体验。这本书的内容非常丰富,对于希望在游戏开发、影视特效、数字艺术等领域有所建树的读者来说,无疑是一本不可多得的宝藏。

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《计算机图形学原理及实践》这本书给我的感觉是,它不仅仅是一本介绍技术细节的参考书,更是一本能够激发读者创造力和想象力的指南。书中对“纹理映射”(Texture Mapping)的讲解可谓是淋漓尽致,它详细介绍了纹理坐标的定义、纹理的采样方式,以及如何将二维纹理“贴”到三维模型表面,从而赋予物体丰富的细节和颜色。我特别欣赏书中对“纹理过滤”(Texture Filtering)的讨论,它解释了如何通过线性插值、双线性插值、三线性插值等方法来处理纹理在不同分辨率和视角下的显示效果,这对于提高渲染图像的视觉质量至关重要。此外,书中还深入探讨了“材质”(Materials)的概念,详细介绍了如何定义和使用各种材质属性,如漫反射颜色、镜面反射颜色、高光强度、反射率等,并将这些属性与光照模型相结合,创造出逼真的视觉效果。书中还涉及到“卡通渲染”(Cel Shading)等非写实渲染技术,这让我了解到计算机图形学不仅可以追求真实感,也可以创造出独特的艺术风格。在阅读过程中,我也尝试着将书中介绍的纹理映射和材质技术应用到我的项目中,比如为一个简单的立方体模型添加纹理,并调整其材质属性,这让我对这些技术有了更直观的理解和更深刻的体验。这本书的内容非常丰富,对于希望在游戏开发、影视特效、数字艺术等领域有所建树的读者来说,无疑是一本不可多得的宝藏。

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