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出版者:湖南人民出版社

作者:郭启全

出品人:

页数:232

译者:

出版时间:2000-4-1

价格:19.80

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302038313

丛书系列:

图书标签:

• AutoCAD
• 计算机绘图
• R14
• 中文教程
• 绘图软件
• CAD
• 设计
• 工程制图
• 机械制图
• 建筑制图
• 教程

深入浅出：现代计算机图形学与可视化技术精要 本书并非《计算机绘图AutoCAD R14中文版教程》的延续或替代，而是面向当代数字内容创建和工程应用领域，系统阐述计算机图形学核心原理、前沿算法以及主流三维建模与渲染技术的一部深度参考书。 本教程聚焦于从数学基础到实际应用的全景式构建，旨在为读者提供一套坚实、现代且面向未来的图形学知识体系，以应对从虚拟现实（VR）、增强现实（AR）到电影特效、科学数据可视化的广泛需求。 --- 第一部分：图形学基石与数学原理（Foundation & Mathematics） 本部分为构建所有图形学应用奠定坚实的数学基础，内容涵盖了处理空间、光线和几何体的核心工具。 第一章：几何变换与坐标系统 本章详细剖析了二维和三维空间中的几何变换。我们首先从仿射变换（Affine Transformations）出发，深入探讨平移（Translation）、旋转（Rotation）、缩放（Scaling）和剪切（Shearing）的原理及其矩阵表示。重点在于理解齐次坐标（Homogeneous Coordinates）如何统一这些变换，并简化矩阵运算。 三维旋转的挑战与解决方案： 详细讲解了欧拉角（Euler Angles）的局限性（如万向锁现象），并引出更健壮的表示方法——四元数（Quaternions），深入探讨其在插值（如Slerp）和避免奇异性方面的优势。 视图变换管线： 阐述了从世界坐标系（World Space）到摄像机坐标系（Camera Space），再到屏幕坐标系（Screen Space）的完整流程，为后续的投影奠定基础。 第二章：投影技术与视景体 本章的核心是理解如何将三维世界映射到二维屏幕。 透视投影（Perspective Projection）： 详细推导了透视投影矩阵的构建过程，着重分析了截锥体（Frustum）的定义、近平面和远平面的作用，以及深度缓存（Z-Buffering）中非线性深度值与世界距离的关系。 正交投影（Orthographic Projection）： 探讨其在工程图纸和特定可视化场景中的应用，以及其矩阵的构造。 视口转换（Viewport Transformation）： 完成从规范化设备坐标（NDC）到实际屏幕像素坐标的映射过程。 第三章：光栅化基础与扫描转换 本章是图形渲染流程的起点，关注如何将几何形状转换为屏幕上的像素点。 直线与圆的扫描转换算法： 深入分析中点圆算法（Midpoint Circle Algorithm）和Bresenham直线算法的效率优化。 多边形填充算法： 详细对比了边表法（Edge Table）与扫描线算法（Scanline Algorithm）的实现细节，讨论如何高效处理凸多边形和凹多边形的填充问题，包括奇偶规则与非零环绕规则。 --- 第二部分：真实感图形的实现：光照与纹理（Realism & Shading） 本部分转向如何使渲染的图像具有视觉上的真实感，涉及光线的行为和材料的属性。 第四章：颜色模型与感知 本章探讨色彩的理论基础及其在计算机中的表示。 RGB与CMYK： 比较加色模型和减色模型在不同应用场景下的适用性。 人眼视觉模型： 引入CIE 1931标准色度图，探讨人眼对亮度与色度的敏感差异，为后续的HDR和色调映射做铺垫。 非真实感色彩空间： 介绍HSV/HSL模型及其在色彩编辑和用户界面设计中的应用。 第五章：经典光照模型 本章系统介绍自上世纪80年代以来被广泛采用的局部光照模型。 Phong模型解析： 详细分解环境光、漫反射光和镜面反射光三个分量，分析其系数（Ambient, Diffuse, Specular）对物体外观的决定性影响。 Blinn-Phong模型的优势： 探讨Blinn-Phong相对于标准Phong模型在镜面高光计算上的性能提升和视觉平滑性。 材质属性与纹理映射基础： 引入法线、反向反射向量的计算，并初步介绍如何将二维图像（纹理）贴合到三维表面上。 第六章：纹理映射与参数化 本章深入纹理技术的实现细节，这是提升视觉复杂度的关键技术。 纹理坐标系（UV空间）： 讲解如何定义和应用纹理坐标，处理纹理的拉伸和重复（Repeat, Clamp, Mirror）。 纹理过滤技术： 对比最近邻插值（Nearest Neighbor）与双线性插值（Bilinear Interpolation）的视觉效果差异，并引入三线性插值（Trilinear Interpolation）在各向异性过滤（Anisotropic Filtering）中的角色。 纹理环境模式： 讨论如何将纹理信息与光照计算结果进行混合（如Replace, Modulate, Add）。 --- 第三部分：高级渲染技术与效率优化（Advanced Rendering & Optimization） 本部分涵盖现代实时渲染管线中至关重要的技术，以及超越传统光栅化的全局光照概念。 第七章：可编程着色器管线 本书的重点之一是转向现代GPU编程模型。 固定功能管线到可编程管线的演进： 解释为什么需要顶点着色器（Vertex Shader）和片段着色器（Fragment Shader）。 HLSL/GLSL基础语法： 介绍主流着色语言的基本数据类型、内置变量和函数，以及如何通过输入/输出变量在管线阶段间传递数据。 顶点着色器的功能： 讲解如何在顶点阶段进行坐标变换、法线变换、骨骼蒙皮计算和简单的法线映射（Normal Mapping）预处理。 第八章：片段着色器的艺术与实现 片段着色器是决定最终像素颜色的核心。 复杂光照的实现： 在片段着色器中实现更复杂的PBR（基于物理的渲染）的简化模型，如Cook-Torrance或GGX的初步概念引入。 环境光遮蔽（Ambient Occlusion, AO）： 介绍SSAO（屏幕空间环境光遮蔽）的原理和实现，及其如何快速增加场景的立体感。 剪裁与深度测试： 深入分析深度缓存的写入与读取，以及如何利用深度测试来剔除被遮挡的片元。 第九章：可见性判定与剔除策略 高效渲染依赖于“不画不需要画的东西”。 视锥体剔除（Frustum Culling）： 利用摄像机视锥体判断几何体的可见性。 遮挡剔除（Occlusion Culling）： 探讨基于硬件或基于软件的遮挡查询技术，特别是如何利用Hi-Z Buffer进行快速预剔除。 背面剔除（Back-Face Culling）： 再次回顾其原理及其在优化渲染效率中的重要性。 第十章：从光栅化到光线追踪概述 本章将视角投向下一代渲染技术，为读者提供理解现代实时光追的基础。 光线追踪的基本流程： 阐述光线如何从摄像机发出，与场景求交，以及反射、折射、透射的递归过程。 加速结构： 介绍空间划分结构（如BSP树、八叉树Octree）和包围盒层次结构（Bounding Volume Hierarchy, BVH）如何显著加速光线与场景中物体的大量求交测试。 --- 适用对象 本书适合所有希望深入理解计算机图形学原理，并能熟练应用现代3D API（如DirectX/Vulkan/OpenGL）进行高性能图形编程的专业人士、资深学生及技术美术（Technical Artists）。它假定读者具备扎实的线性代数和微积分基础。

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在学习过程中，我发现这本书在案例设计的选取上，表现出一种罕见的实用主义精神。它避开了那些过于抽象和不切实际的科幻场景，而是聚焦于建筑制图、机械零件草图以及室内平面布局这三大最贴近早期工程实践的领域。每一个案例都不是孤立存在的，而是像搭积木一样，前一个章节学到的“圆角”和“倒角”技术，会在后一个章节的“结构件连接”案例中被无缝衔接起来运用。我印象最深的是关于“图层管理”那一章的讲解，它不仅仅是教你如何创建和关闭图层，而是通过一个包含墙体、标注、尺寸线和轴线的复杂楼层平面图实例，详细演示了如何在不同图层之间进行快速切换和属性继承，以及如何设置打印样式以确保不同元素的线条粗细和颜色在最终出图时达到专业水准。这种由浅入深、层层递进的实战演练，极大地增强了我的动手能力和对项目复杂度的把控能力，真正实现了将理论知识转化为生产力的过程，而非仅仅停留在纸上谈兵的层面。

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与其他同类书籍相比，这本书在软件环境的兼容性和历史背景的梳理上做得尤为出色。它没有回避R14这个特定版本在当时的技术局限性，反而将其视为研究计算机图形发展史的一个重要切面。书中穿插了许多关于当时硬件配置限制下，工程师们如何巧妙规避性能瓶颈的“黑科技”技巧，这让学习过程充满了历史的趣味性和技术智慧的闪光点。例如，对于早期的三维实体建模中关于“面片丢失”问题的讨论，书中不仅给出了针对性的修复命令，还解释了为什么在特定的几何操作组合下，系统会产生这种结构性错误。这种对“历史包袱”的坦诚和深入分析，使得我们现在回看这些操作，不仅能掌握工具的使用，更能理解技术迭代的驱动力。它让我明白，任何软件都是特定时代背景下的产物，理解了背景，才能更好地驾驭和超越工具本身，这是一种超越软件教程范畴的知识财富。

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我对这本书的讲解深度感到非常惊喜，它绝不仅仅停留在“如何输入某个命令”的表面操作指导上，而是深入到了很多早期CAD软件底层逻辑的思考层面。例如，书中对于“绝对坐标系”与“相对坐标系”的区分和应用场景的讨论，简直是教科书级别的剖析。作者没有满足于简单罗列快捷键，而是花费了大量的篇幅去阐述为什么某些绘图习惯在早期硬件环境下是最高效的选择，这种历史的纵深感让学习过程充满了“原来如此”的顿悟时刻。尤其是在讲解实体编辑的部分，它没有直接给出“拉伸”或“扫掠”的成品效果，而是通过分解复杂形体到最基础的几何元素（点、线、面）的组合过程，引导读者去构建自己的几何思维模型。这种“授人以渔”的教学理念贯穿始终，使得读者在合上书本，面对一个全新的设计任务时，不再是僵硬地搜索命令，而是能够自然地在脑海中构建出绘制的步骤和路径。这种对“为什么”的深入挖掘，使得这本书具备了超越时效性的价值，它教会我的不仅仅是某个版本软件的操作，更是一套严谨的计算机辅助设计思维框架。

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这本书的语言风格是一种非常沉稳、严谨且带着一丝老派学者风范的叙述方式。它没有使用时下流行的那种轻快、幽默的口吻来试图拉近与读者的距离，而是采取了一种近乎于学术论文的精确性来描述每一个技术细节。例如，在解释光栅图与矢量图的本质区别时，作者引用的定义和阐述极其清晰，用词精准到几乎不容许任何歧义存在。这种高度的专业性要求读者必须保持高度的专注力，但同时也带来了无与伦比的安全感——你知道你所学到的知识是经过反复推敲和验证的，不存在任何模糊地带。对于一个追求技术精度的学习者来说，这种不加修饰、直击核心的表达方式是极其珍贵的。它迫使我必须认真地去理解每一个术语背后的物理或数学含义，而不是简单地死记硬背操作流程。这种严肃的教学态度，为我后续深入学习更高级的图形学知识打下了坚实的基础，培养了一种严谨的求知态度。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面色彩的运用大胆而富有张力，那种略带复古的像素感与现代的简洁线条巧妙地融合在一起，让人一眼就能感受到它在“计算机图形”这个领域里所蕴含的深厚底蕴。内页的纸张质感也非常棒，触感细腻，油墨的印刷清晰度极高，即便是最精细的线条和最复杂的填充图案，都能展现出极佳的锐度和层次感。特别是那些早期CAD软件界面截图的复刻，那种泛黄的边框和经典的蓝底白字的布局，一下子就把我拉回了那个拨号上网的年代，仿佛能闻到旧电脑主机散发出的微微热气。排版上，作者似乎非常注重读者的阅读体验，图文混排的布局逻辑性极强，关键知识点总是被用不同粗细的字体或色块巧妙地突出出来，即便是初次接触这类专业书籍的人，也能很快地在视觉上找到重点的抓手。章节的划分也显得非常人性化，从基础的命令行操作到复杂的二维/三维建模思维的建立，过渡得非常自然，让人感觉每翻过一页，自己的技能树就在稳步地向上攀爬。这种对细节的极致追求，从外在的装帧到内在的排版，都透露出一种对知识的尊重和对读者的诚意，绝对不是那种随便拼凑出来的技术手册能够比拟的。

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