计算机图形学

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出版者:清华大学出版社
作者:项志钢
出品人:
页数:361
译者:
出版时间:2006-12
价格:35.00元
装帧:
isbn号码:9787302131076
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机
  • 计算机图形学
  • 图形学
  • 渲染
  • OpenGL
  • DirectX
  • CG
  • GPU编程
  • 游戏开发
  • 可视化
  • 算法
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具体描述

计算机图形学是计算机科学中一个趣味性很强的重要领域。它使用计算方法产生图形与图像,在人机信息交流,计算机辅助设计,科学及统计数据形象化,以及数字化艺术创作等许多方面有广泛应用。本书和系统阐述计算机图形学的基本概念,数学工具,算法及技术,并对可用于多种平台的图形学应用程序设计界面OpenGL作了详细介绍。本书主要为选修计算机图形学的计算机科学、计算机工程、计算机应用专业大学生或研究生所用,也可供学习了一到两学期高等数学和计算机程序设计基础的其他专业特别是理工专业学生及有同等经验的人士阅读。

《宇宙之秘:从量子涨落到星系演化》 内容提要: 本书是一部宏大叙事的宇宙学著作,它带领读者深入探索宇宙从诞生之初到未来命运的全部奥秘。我们不再局限于地球或太阳系内的知识,而是将视野投向了宇宙的边界,试图理解那些支配着时间、空间、物质和能量的最基本法则。全书结构清晰,逻辑严密,从微观的基本粒子相互作用,扩展到宏观的宇宙结构形成,每一章都建立在前一章的基础上,为读者构建起一个完整而令人敬畏的宇宙图景。 第一部分:创世的起点与基本法则 第一章:时空织布的黎明 本章深入探讨了现代物理学对宇宙起源的最新理解——大爆炸理论的精髓与挑战。我们将详细阐述奇点问题,以及普朗克尺度下的物理学状态。重点解析了“暴胀理论”是如何解决早期宇宙视界问题和平坦性问题的。通过对宇宙微波背景辐射(CMB)的详细分析,读者将理解到,这些遍布天空的“余晖”是如何成为我们窥视宇宙婴儿期的最直接窗口。我们将比较标准宇宙学模型与替代性理论(如循环宇宙模型)的优劣,为后续的探索奠定坚实的理论基础。 第二章:物质的幽灵与能量的基石 本章聚焦于宇宙的基本构成要素。我们首先回顾粒子物理学的标准模型,但重点将放在标准模型之外的领域。我们将剖析暗物质——这种不可见的物质如何通过引力作用塑造着星系和星系团的结构。通过对直接探测实验(如地下实验室)和间接观测(如引力透镜效应)的梳理,读者将对暗物质的性质有更深入的认识。紧接着,我们将探讨暗能量,这种驱动宇宙加速膨胀的神秘力量。爱因斯坦的宇宙学常数是否就是答案?还是我们需要一种更深层次的量子引力理论来解释它?本章力求在现有观测数据与理论模型的张力中,展现科学探索的艰辛与魅力。 第三章:弯曲的时空与引力之舞 爱因斯坦的广义相对论是理解宇宙大尺度结构的基石。本章将详细阐述时空如何被质量和能量所扭曲。我们将从黎曼几何的角度,而非仅仅是数学公式,来理解引力场的动态本质。深入探讨黑洞——时空被无限拉伸的极端区域。我们将区分史瓦西黑洞、克尔黑洞以及它们的奇点结构,并讨论霍金辐射理论的物理意义,即黑洞并非完全“黑”的。此外,本章还将介绍引力波的发现,这是继电磁波之后,我们感知宇宙的全新“听觉”,它为我们打开了观测极端引力事件(如双黑洞合并)的大门。 第二部分:结构与演化:从恒星到星系团 第四章:恒星的熔炉与元素的起源 恒星是宇宙中的炼金术士。本章详细描述了恒星从分子云坍缩到主序星,直至走向生命终结的全过程。我们将精确描绘核聚变反应的效率与周期,解释为什么氢和氦是宇宙中最丰富的元素,而重元素(如金、铀)却稀有而珍贵。重点讨论恒星演化的两个主要分支:白矮星、中子星的命运,以及质量巨大的恒星最终坍缩形成的超新星爆发。超新星不仅是宇宙中最壮丽的景象,更是将生命必需的重元素播撒到星际介质中的关键机制。 第五章:星系的诞生与形态多样性 星系是恒星、气体、尘埃、暗物质的复杂集合体。本章将分类介绍螺旋星系、椭圆星系以及不规则星系的形成历史和结构特征。我们追溯早期宇宙中星系形成的“自下而上”的组装过程,即小的原星系如何通过不断合并和吸积形成今天的巨大结构。本章还将深入分析星系核的超大质量黑洞(SMBH)与宿主星系演化之间的共生关系——M-sigma关系背后的物理机制是什么?此外,活跃星系核(AGN)和类星体作为宇宙中最明亮的物体,它们如何影响周围星系的恒星形成速率,也是本章探讨的重点。 第六章:宇宙网的宏伟结构 超越单个星系,宇宙呈现出一种巨大的纤维状、空洞状的网络结构,即“宇宙网”。本章基于大规模星系巡天数据(如SDSS),重建了宇宙三维的物质分布图。我们将探讨引力在不同时间尺度上如何将物质从相对均匀的早期状态,塑造成今日的星系团、超星系团和星系长城。重点分析数值模拟(如“Millennium Run”)如何成功再现了暗物质主导下的宇宙结构形成路径。通过对星系团内部的X射线气体和星系演化速度的研究,读者将理解星系团是如何成为宇宙中最大的引力束缚系统。 第三部分:极端的边界与未解之谜 第七章:量子引力之梦 当前物理学的最大挑战在于统一广义相对论和量子力学。本章将探讨通往“万有理论”的几条主要路径。我们将细致解读弦理论的基本假设——额外的维度、超对称性,以及它如何提供一个可能的量子引力框架。同时,也将分析圈量子引力(LQG)通过对时空本身进行离散化处理,试图在普朗克尺度上解决奇点问题的方法。本章将清晰地描绘,为什么我们需要这样的理论,以及它们各自在数学框架和物理预测上的困难与突破。 第八章:时间的方向与宇宙的终局 时间的概念在物理学中是极其微妙的。本章考察了时间之箭的来源——热力学第二定律与宇宙膨胀的联系。我们将探讨不同的宇宙终极命运场景:如果暗能量持续主导,宇宙将走向“大冻结”(Heat Death);如果暗能量性质发生变化,理论上可能出现“大撕裂”(Big Rip)。此外,我们还将讨论一个更具思辨性的问题:如果存在多重宇宙,我们所处的宇宙只是其中之一,那么我们如何才能在观测上证实或证伪这一惊人的假设?本章旨在引导读者思考,我们对宇宙的认知边界究竟在哪里。 附录:观测技术的革新 本附录将介绍支撑上述所有发现的尖端观测设备,包括詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的红外观测能力、LIGO对引力波的探测精度,以及未来拟建的巨型地面望远镜如何进一步深化我们对早期宇宙和暗能量的理解。 目标读者: 本书适合所有对宇宙学、天体物理学、理论物理学有浓厚兴趣的读者。它避免了过于深奥的数学推导,但要求读者具备高中或大学物理的基础知识。它旨在激发读者对我们所处宇宙的敬畏之心,并理解科学家们如何运用最严谨的科学方法去探索最宏伟的未知。

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读后感

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用户评价

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这本书简直让我眼前一亮!之前对计算机图形学这门学科的印象总是停留在那些炫酷的游戏画面和电影特效上,觉得它离自己的实际工作有点远。但读完这本书,我才发现自己错得离谱!它并没有一开始就抛出大量的数学公式和晦涩的算法,而是从最基础的概念讲起,比如什么是像素,颜色是如何表示的,以及我们看到的二维图像背后隐藏的三维世界是如何构建的。作者用了很多生动形象的比喻,像是把三维模型比作用乐高积木搭建,把光线追踪比作模拟光线的反射和折射,让我这个初学者也能轻松理解。而且,书中还穿插了不少实际应用的案例,比如医学影像、虚拟现实、甚至是我们每天都在用的手机App中的UI设计,都离不开计算机图形学的原理。让我印象深刻的是,书中关于“可见性问题”的讲解,原来我们之所以能在屏幕上看到我们想要看到的东西,背后竟然有这么多巧妙的算法在处理,比如画家算法和Z-buffer算法,它们是如何区分远近,避免物体相互遮挡的,读来仿佛置身于一个精密的工业流水线,每一个环节都环环相扣。我尤其喜欢书中关于“着色”部分的阐述,从简单的平面着色到复杂的纹理映射和光照模型,每一步都讲解得非常透彻,让我对色彩和光影的感知有了全新的认识。这本书真的打破了我对计算机图形学的刻板印象,让我觉得它既有深度又有广度,而且充满了创造力。

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不得不说,这本书的编写风格非常独特,它没有像很多技术书籍那样,一开始就铺天盖地地讲解复杂的数学原理,而是先从我们日常生活中最容易接触到的图形图像入手,比如像素、分辨率、颜色空间等等,这些概念虽然看似简单,但却是理解整个计算机图形学的基础。作者用了很多生动的比喻,将抽象的算法具象化,让我这个非计算机专业出身的读者也能够轻松理解。我尤其喜欢书中关于“矢量图形”的讲解,它与我们常说的像素图形有什么不同,以及矢量图形的优势在哪里,比如无限缩放而不失真,这让我对不同的图形表示方法有了更清晰的认识。而且,书中还详细介绍了“二维变换”的原理,比如平移、旋转、缩放,以及这些变换是如何在计算机中实现的,这让我对UI设计和2D游戏开发中的一些基本操作有了更深入的理解。让我惊喜的是,书中还涉及了一些关于“图像处理”的内容,比如滤波、边缘检测等,这些技术不仅在图像编辑软件中随处可见,在很多计算机视觉的应用中也至关重要。这本书的叙述方式非常接地气,让你感觉图形学并不是遥不可及的科学,而是与我们的生活息息相关的技术。

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说实话,我一开始拿到这本书的时候,心里是有点打鼓的。毕竟“计算机图形学”听起来就充满了数字和代码,担心会是一本枯燥乏味的理论书籍。但事实证明,我的担心完全是多余的。这本书的作者简直是一位图形学领域的魔术师,他用一种极其有趣且富有逻辑性的方式,将那些看似复杂的概念一一呈现。让我印象深刻的是,作者在介绍“几何变换”时,并没有直接给出矩阵的推导,而是通过一步步的动画示例,清晰地展示了平移、旋转、缩放是如何影响物体的空间位置和大小的。这种“可视化”的学习方式,让我这种视觉型学习者受益匪浅。而且,书中还穿插了很多关于“光栅化”的讲解,比如DDA算法和Bresenham算法,它们是如何将连续的数学曲线转化为离散的像素点的,读起来就像在解开一道道精巧的谜题。我特别喜欢作者在讲解“曲线和曲面”时,引入的贝塞尔曲线和B-spline曲线的概念,它们不仅在游戏开发和CAD领域有广泛应用,就连简单的字体渲染也离不开它们。更让我惊喜的是,书中还涉及了一些关于“纹理映射”的知识,原来我们看到的逼真材质,背后是通过将二维图像“包裹”在三维模型表面实现的,这真是太神奇了!这本书让我深刻体会到,计算机图形学不仅仅是关于计算,更是关于如何用数学和算法来模拟和创造我们所看到的真实世界。

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这是一本真正让人“看得懂”的计算机图形学入门读物。作者非常善于将那些看起来极其复杂的概念,用一种非常直观和易于理解的方式呈现出来。例如,在讲解“三维空间坐标系”的时候,作者并没有直接给出XYZ轴的定义,而是通过一个简单的立方体模型,引导读者一步步建立起空间感。我特别喜欢书中关于“投影变换”的部分,它解释了为什么我们能在二维屏幕上看到三维物体,以及不同类型的投影(如正交投影和透视投影)如何影响我们对物体距离和大小的感知。这让我恍然大悟,原来我们看到的电影特效和游戏画面,背后有着如此精妙的数学原理在支撑。而且,书中还深入浅出地讲解了“光照模型”的基本概念,比如漫反射、镜面反射、环境光等,这些简单的模型是如何模拟出物体表面的材质感和真实感的,读来非常有启发性。让我印象深刻的是,作者在讲解“渲染管线”时,并没有罗列出所有复杂的流程,而是将其拆解成几个关键的步骤,并用通俗易懂的语言进行解释,比如顶点处理、光栅化、像素着色等,让我对整个渲染过程有了清晰的认知。这本书的优点在于,它既有深度,又不失趣味性,让你在学习知识的同时,还能感受到图形学带来的无限魅力。

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这本书给我的感觉,就像是在进行一场精彩的解谜游戏,只不过解开的谜题是关于我们如何用计算机“看见”这个世界。作者没有上来就丢给我一堆公式,而是先从最基本的“光栅图像”讲起,让我们理解像素是如何构成的,颜色是如何编码的,以及我们如何在二维平面上描绘出三维的错觉。我尤其喜欢书中关于“几何模型”的讲解,从简单的多边形建模,到更复杂的细分曲面,每一种模型都有其独特的优势和适用场景,让我对如何“构建”一个虚拟物体有了更深入的理解。而且,书中还详细介绍了“可见性判定”的算法,比如深度缓冲(Z-buffer)算法,它如何通过记录每个像素的深度信息来判断哪些物体应该被绘制,哪些应该被隐藏,这让我对游戏引擎和渲染管线的工作原理有了豁然开朗的认识。让我印象深刻的是,作者在讲解“阴影”时,并没有直接给出复杂的数学推导,而是通过“投影”的概念,一步步引导我们理解不同光源下阴影的形成,以及如何通过阴影来增加画面的真实感。总的来说,这本书的叙述方式非常流畅,逻辑性很强,虽然涉及了不少算法,但都讲解得非常细致,而且穿插了不少小例子,让我能够边读边理解,而不是死记硬背。

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