具体描述
本教材采用AutoCAD 2002绘图软件进行教学，并结合AutoLISP语言进行绘图程序设计，将基本理论和算法与AutoCAD软件融为一体介绍。全书分8章，内容包括：计算机绘图系统的组成、图形设备的结构与工作原理、绘图软件国际标准简介、AutoCAD绘图软件的应用与开发、AutoLISP绘图程序设计、二维图形处理与绘制、三维图形处理与绘制、曲线与曲面、几何造型技术与真实感图形生成技术等。各章均配有习题，附录中还提供了具有参考价值的材料。
本书第一版为“九五”部级重点规划教材，现修订为第二版，作为高等院校相关专业本科生、专科生学习计算机绘图的教材，也可供工程技术人员学习参考。同时本书还可作为学习AutoCAD绘图软件的教材
数字化世界的构建与呈现：透视现代图形学的核心脉络 图书名称：《计算机图形学原理与实践》 内容简介： 本著作深入剖析了现代计算机图形学领域从底层数学原理到高级渲染技术的完整知识体系。它不仅是一本面向专业人士的参考手册，更是一套引导初学者系统性理解数字化世界如何被构建、操作和最终呈现的详尽教程。本书旨在揭示那些驱动电影特效、交互式游戏、虚拟现实乃至工程可视化背后复杂而精妙的算法和理论基础。 全书结构严谨，内容覆盖面广，强调理论的严谨性与实际应用的紧密结合。 第一部分：基础奠基——几何、代数与感知 本部分着重于为后续的图形处理奠定坚实的数学基础。我们首先回顾了计算机图形学中至关重要的线性代数，特别是向量、矩阵在三维空间中的变换（平移、旋转、缩放）中的核心作用。对齐次坐标系的深入探讨，使得复杂的几何变换能够统一地表示和高效计算，这是所有实时渲染管线的基础。 紧接着，本书详细阐述了几何建模的基石。我们探讨了参数化曲线和曲面的表示方法，重点分析了贝塞尔曲线（Bézier）、B样条（B-spline）以及NURBS（非均匀有理B样条）在描述光滑、复杂的几何形状上的优势与局限。对于更复杂的实体表示，如构造实体几何（CSG）和细分表面（Subdivision Surfaces）的生成与存储机制也被细致讲解。理解如何精确地在数字空间中定义一个物体是后续所有光影计算的前提。 此外，本书没有忽略人类视觉系统的作用。我们用一章的篇幅专门讨论了人眼与视觉感知的原理，包括色彩理论（CIE色度图、RGB/CMY色彩空间转换、感知均匀性），以及深度感知和运动对图像理解的影响。这部分内容对于理解为什么某些渲染效果在人眼看来更真实至关重要，也为后来的光照模型选择提供了理论支撑。 第二部分：渲染流水线——从几何到像素的转化 这是本书的核心技术部分，系统地梳理了现代图形渲染流水线（Graphics Pipeline）的每一个关键阶段。 变换与投影： 我们深入分析了从模型空间到世界空间，再到观察空间，最终映射到裁剪空间的完整流程。重点剖析了透视投影和正交投影的数学模型，以及视锥体（Frustum）裁剪算法的实现细节，确保只有屏幕内的几何体才会被后续处理。 光栅化技术： 光栅化是连接连续几何体与离散像素世界的桥梁。本书详尽介绍了三角形设置、边缘函数和扫描转换（Scan Conversion）算法，包括如何高效地进行像素的填充与深度测试（Z-Buffering）。对于高质量的边缘处理，也讨论了如面积反走样（Area Anti-aliasing）的理论基础。 着色与纹理映射： 这是决定最终图像视觉质量的关键。本书区分了固定功能管线（Fixed-Function Pipeline）的概念，并全面转向对可编程着色器（Programmable Shaders）的讲解。我们详细分析了顶点着色器（Vertex Shader）和片段着色器（Fragment Shader）的功能与实现，包括如何利用GPU并行处理能力。在纹理映射方面，不仅涵盖了基础的纹理坐标插值，更探讨了诸如Mipmap生成、纹理过滤（双线性、三线性插值）以及各向异性过滤（Anisotropic Filtering）以优化不同视角下纹理的清晰度。 第三部分：高级光照与材质模型 本部分聚焦于如何模拟真实世界中的光与物质的复杂交互，这是实现照片级真实感（Photorealism）的必经之路。 局部光照模型（Local Illumination）： 我们详细解析了经典且实用的 Phong、Blinn-Phong 模型，理解环境光、漫反射和镜面反射的物理意义。在此基础上，本书引导读者进入基于物理的渲染（Physically Based Rendering, PBR）领域，讲解了微表面模型（Microfacet Models），如GGX和Beckmann分布函数，这些模型如何更准确地描述材料表面粗糙度对光反射的影响。 全局光照（Global Illumination）： 认识到局部光照的局限性，本书花费大量篇幅探讨了光线在场景中多次反弹的复杂问题。我们系统地介绍了路径追踪（Path Tracing）、双向路径追踪（BDPT）等蒙特卡洛（Monte Carlo）方法，这些是现代离线渲染器（如V-Ray, Arnold）的核心。对于实时渲染，本书也涵盖了诸如辐射度（Radiosity）方法（虽然应用减少，但概念重要）以及现代实时全局光照技术，如屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）和基于探针（Probe-based）的间接光照烘焙技术。 第四部分：高级主题与前沿探索 本部分涉及图形学中对性能、交互性和视觉效果产生巨大影响的前沿领域。 几何处理与细分： 探讨了如何高效地处理和简化大规模模型，包括LOD（Level of Detail）策略和网格简化算法（如二次误差度量）。同时，细分曲面的算法在游戏和动画中的应用，如Catmull-Clark细分，也得到了详尽的阐述。 实时渲染优化与GPU编程： 深入探讨了现代图形API（如Vulkan或DirectX 12）的底层结构，性能瓶颈分析，以及如何利用计算着色器（Compute Shaders）进行非图形计算，例如物理模拟、后处理特效的加速。 高级视觉效果： 书中专门讨论了体积渲染（Volume Rendering）在雾、烟雾模拟中的应用，屏幕空间技术（Screen Space Techniques）如屏幕空间反射（SSR）和屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）的原理与局限。此外，关于粒子系统（Particle Systems）的设计与GPU加速的实现，也提供了实用的指导。 结论： 《计算机图形学原理与实践》通过这种理论与实践相结合的方式，为读者构建了一个坚实且全面的知识框架。读者在掌握了这些核心原理后，将能够不依赖于特定的软件或API，而是从根本上理解和设计出高效、逼真且具有创新性的三维图形解决方案。本书所覆盖的深度和广度，使其成为所有致力于从事图形引擎开发、游戏制作、影视特效或先进可视化领域的专业人员的必备参考书。
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