Curve and Surface Reconstruction

Curve and Surface Reconstruction pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Cambridge University Press
作者:Tamal K. Dey
出品人:
页数:214
译者:
出版时间:2006-10
价格:USD 72.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780521863704
丛书系列:Cambridge Monographs on Applied and Computational Mathematics
图书标签:
  • 曲线曲面重建
  • 几何建模
  • 计算机图形学
  • 数值方法
  • 数据处理
  • 点云
  • CAD/CAM
  • 形状分析
  • 计算机辅助设计
  • 可视化
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具体描述

Many applications in science and engineering require a digital model of a real physical object. Advanced scanning technology has made it possible to scan such objects and generate point samples on their boundaries. This book, first published in 2007, shows how to compute a digital model from this point sample. After developing the basics of sampling theory and its connections to various geometric and topological properties, the author describes a suite of algorithms that have been designed for the reconstruction problem, including algorithms for surface reconstruction from dense samples, from samples that are not adequately dense and from noisy samples. Voronoi- and Delaunay-based techniques, implicit surface-based methods and Morse theory-based methods are covered. Scientists and engineers working in drug design, medical imaging, CAD, GIS, and many other areas will benefit from this first book on the subject.

《精妙绝伦的几何构建:曲线与曲面设计的艺术与科学》 本书并非《Curve and Surface Reconstruction》一书的介绍。而是深入探讨一种独立于已有书籍的、关于几何形状构建的全新视角。它将带领读者穿越计算机图形学、数学以及艺术设计交织的迷人领域,揭示如何从最基础的数据点出发,创造出令人惊叹的、具有生命力的三维形态。 核心理念:从离散到连续的优雅飞跃 本书的核心在于阐释如何将零散、不规则的数据点转化为平滑、连续且具有数学精确性的曲线和曲面。我们并非关注如何“修复”或“重建”已有的几何模型,而是着眼于从无到有,从概念到实现的创造过程。书中将详细介绍各种算法和技术,这些技术赋予了设计者将抽象想法转化为可见、可触碰的三维实体的能力。 第一部分:构建之基石——曲线的艺术 数学语言的魅力:贝塞尔曲线与NURBS的深度解析 我们将从贝塞尔曲线的数学定义出发,剖析其控制点的作用机制,以及它如何优雅地捕捉设计者的意图。本书将深入探讨不同阶数贝塞尔曲线的特性,以及它们在工业设计、动画制作等领域的广泛应用。 继而,我们将进入NURBS(非均匀有理B样条)的领域。NURBS作为一种更强大、更灵活的曲线表示方法,其权重、节点向量以及控制点之间的交互作用将被细致地剖析。我们不仅会介绍其数学基础,更会展示如何在实践中运用NURBS来塑造复杂且富有表现力的曲线轮廓,例如汽车车身、航空航天器的流线型设计。 插值与逼近:不同方法的选择与优势 书中将详细比较曲线插值(确保通过所有数据点)与曲线逼近(尽可能靠近数据点)这两种核心策略。我们会介绍诸如拉格朗日插值、样条插值(如Catmull-Rom样条)等插值方法,并探讨它们的适用场景和局限性。 同时,本书也将深入研究逼近曲线的构建技术,例如最小二乘法逼近,以及如何通过调整参数来控制逼近的精度和形状。我们将分析在不同应用中,哪种方法更能满足设计需求。 几何造型的新维度:Free-form Deformation(自由形态变形) 除了直接创建曲线,本书还会探讨一种强大的工具:自由形态变形。我们将讲解如何通过定义一个“变形器”(如盒子、球体或自定义的控制网格),来影响和修改已有的曲线,从而实现灵活的造型调整。这一技术在角色动画、产品原型设计中尤为重要。 第二部分:塑形之巅峰——曲面的辉煌 从曲线到曲面:织就三维世界的网格 本书将揭示曲面构建的本质,即如何通过一系列相互关联的曲线来定义三维空间中的表面。我们将详细介绍如何将多条曲线在特定规则下进行“扫描”(Sweeping)或“放样”(Lofting),从而生成平滑过渡的曲面。 我们将探讨不同类型的曲面表示方法,例如参数曲面(Parametric Surfaces),以及它们在数学上的严谨性。 多边形网格与细分曲面:效率与平滑的融合 我们还将深入研究多边形网格(Polygon Meshes)在曲面表示中的作用。虽然其本质是离散的,但通过高效的存储和渲染,多边形网格成为计算机图形学中最常用的曲面表示之一。 本书将重点介绍细分曲面(Subdivision Surfaces)的技术。这些技术能够从一个粗糙的初始多边形网格出发,通过迭代的细分过程,生成极其平滑的、无限可微分的曲面。我们将分析Catmull-Clark、Loop等经典的细分算法,以及它们在游戏开发、电影特效等领域的关键作用。 几何拓扑与网格处理:构建的内在逻辑 在曲面构建的深层,理解几何拓扑至关重要。本书将介绍网格的基本拓扑概念,如顶点、边、面及其连接关系,以及如何进行拓扑编辑,如边的合并、面的分裂等。 我们还会探讨网格处理的常见操作,如网格平滑(Mesh Smoothing)、网格简化(Mesh Simplification)、网格重构(Mesh Retopology)等,这些技术能够优化模型,使其更适合后续的渲染、模拟或制作流程。 特定曲面类型:从基础到复杂 本书还将介绍一些重要的特定曲面类型,如球面(Spheres)、柱面(Cylinders)、环面(Tori)等,分析它们的数学定义和构建方法。 更进一步,我们将探讨如何构建复杂的高级曲面,例如自由曲面(Free-form Surfaces)的设计原则,以及在CAD/CAM(计算机辅助设计/制造)系统中,曲面建模的重要性和技术。 第三部分:实现与应用——将几何变为现实 可视化与交互:设计过程中的直观反馈 本书强调在设计过程中,即时、直观的可视化和交互式操作的重要性。我们将讨论如何实现实时渲染,让设计者能够即时看到模型的变化。 交互式工具的设计,如操纵杆(Manipulators)、标尺(Gizmos)等,将是本书讨论的重点,它们能够让设计者更加自如地与三维模型进行互动。 性能优化与渲染:让几何生动起来 构建出精美的几何模型后,如何在实际应用中高效地渲染它们是下一环节。本书将涉及一些基本的渲染原理,以及如何优化模型几何以提高渲染性能。 我们将讨论LOD(Level of Detail)技术,即根据模型与摄像机的距离动态调整模型的复杂度,以平衡视觉效果和计算资源。 跨领域的融合:几何的无限可能 本书的最后一个部分,将展示曲线与曲面构建技术在不同领域的广泛应用。从工业设计(汽车、产品)、建筑设计、数字艺术、游戏开发,到虚拟现实、生物医学成像,我们都将看到几何构建的深刻影响。 我们将探讨如何将这些几何模型与物理模拟、材质属性结合,创造出逼真且富有沉浸感的数字体验。 《精妙绝伦的几何构建:曲线与曲面设计的艺术与科学》旨在为读者提供一套全面、深入的几何造型知识体系,使其能够掌握从概念到实现的完整流程,并激发其在三维世界中创造无限可能的灵感。它不仅仅是一本技术指南,更是一次对人类几何创造力的一次探索与颂扬。

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用户评价

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《Curve and Surface Reconstruction》这个书名,立刻唤起了我对于工业制造和质量检测领域的一线思考。在这些领域,从三维扫描数据中精确重建出产品的几何模型,是实现逆向工程、质量比对和工艺优化的关键。例如,通过扫描一个生产出的零件,并将其与原始设计模型进行比对,可以快速地发现尺寸偏差和表面缺陷。我非常希望这本书能够提供一些能够处理实际工业生产环境中常见问题的重建算法。例如,扫描数据可能存在大量的噪声、缺失区域,甚至由于零件的反射或透明特性而导致扫描困难。我一直在思考,书中是否会介绍一些鲁棒性强的算法,能够有效地处理这些不完美的数据?我也对书中是否会涉及如何从重建的曲面模型中提取出关键的工程特征,例如孔洞的直径、圆角的半径、以及平面和曲面的位置关系等感到兴趣。这些信息对于后续的工程分析和制造过程至关重要。对于工程师和质量检测人员而言,一本能够为他们提供解决实际问题的方案和最新技术的书籍,将是提高生产效率和产品质量的宝贵资源。我也对书中是否会涵盖一些关于如何将重建的曲面模型与CAM(计算机辅助制造)软件进行对接的指导感到期待。

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《Curve and Surface Reconstruction》这个名字,让我联想到了它在机器人学和自动驾驶领域的广阔前景。在这些领域,理解和构建周围环境的三维几何模型是实现自主导航和智能决策的基础。例如,机器人需要在复杂的室内或室外环境中,实时感知和重建障碍物的形状,以便规划安全高效的运动路径。自动驾驶汽车则需要精确地重建道路、行人、车辆等物体的表面,以避免碰撞并进行精准的轨迹预测。我非常期待书中能够详细阐述那些能够实现实时或近实时曲面重建的算法。这对于在动态环境中工作的机器人和自动驾驶系统来说至关重要。我一直在思考,如何从激光雷达(LiDAR)、立体相机(stereo cameras)或者深度相机(depth cameras)等传感器获取的海量点云数据中,快速而准确地重建出连续的曲面模型。书中是否会介绍一些高效的算法,能够处理大规模、高密度的数据集,同时又能够保持较高的重建精度?此外,我也对书中是否会讨论如何处理传感器数据中的噪声、遮挡和动态变化等问题,以及如何通过多传感器融合来提高曲面重建的鲁棒性和准确性感到好奇。对于机器人工程师和自动驾驶开发者而言,一本能够提供解决实际问题的方案和最新技术的书籍,将是宝贵的财富。我也对书中是否会涵盖一些关于如何将重建的曲面模型用于路径规划、避障以及目标识别等高级应用感到期待。

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对于《Curve and Surface Reconstruction》这本书,我首先联想到的是它在计算机辅助设计(CAD)和产品生命周期管理(PLM)领域的潜在价值。在这些领域,精确的几何建模是整个流程的基石。无论是设计一个全新的航空发动机叶片,还是对现有零件进行逆向工程,都需要能够从扫描的点云数据中可靠地重建出高质量的曲面。我一直在思考,这本书在理论深度和实际应用之间,会如何找到一个平衡点。是否会深入探讨B-splines, NURBS等经典曲面表示方法,并详细阐述如何从离散数据中拟合这些模型?更重要的是,对于那些不规则、具有复杂几何特征的数据集,传统方法常常难以应对,例如存在大量的自由曲面,或者需要精确捕捉锐利的边缘和棱角。我希望这本书能够提供一些先进的算法,比如基于隐式曲面(implicit surfaces)或者深度学习的方法,来解决这些挑战。我想知道,它是否会涉及诸如全局参数化、网格生成(mesh generation)以及曲面平滑(surface smoothing)等关键步骤,以及在这些步骤中可能遇到的性能瓶颈和解决方案。对于一个实际的CAD工程师而言,一本能够提供工具箱式指导的书籍,将能极大地提高工作效率,并带来创新的可能性。我也对书中是否会讨论不同重建方法的优缺点,以及在特定场景下该如何选择合适的算法感到好奇。例如,在处理大型、高密度的点云时,内存消耗和计算复杂度是关键的考量因素。而对于需要高度视觉保真度的应用,例如电影特效或游戏开发,对曲面细节的要求则更为严苛。这本书的出现,无疑为我提供了一个深入了解这些细微差别的机会。

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当我看到《Curve and Surface Reconstruction》这个书名的时候,我立即联想到了它在地理信息系统(GIS)和遥感领域的应用。在这些领域,对地形、地貌以及各类地物进行精确的三维建模,是进行空间分析、资源管理和环境保护的基础。例如,从卫星影像或航空摄影测量数据中重建出高精度的高程模型(DEM)或者数字表面模型(DSM),能够为水文分析、地质勘探以及城市规划提供重要的地理信息。我非常好奇,这本书是否会深入探讨那些能够处理大规模、地理空间数据的曲面重建技术。例如,如何从海量的点云数据中,高效地生成连续的地形曲面?我一直在思考,书中是否会介绍一些能够处理不同分辨率、不同精度的遥感数据的算法,并且如何处理数据中的缺失值和异常值?我也对书中是否会涉及如何将重建的曲面模型与其他的地理信息进行融合,例如土地利用数据、植被分布信息等,以实现更全面的空间分析感到兴趣。对于GIS专业人士和遥感工程师而言,一本能够为他们提供强大工具和深入洞察的书籍,将是他们进行科学研究和实际应用的得力助手。我也对书中是否会涵盖一些关于如何将重建的曲面模型用于可视化展示和交互式查询的指导感到期待。

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当我看到《Curve and Surface Reconstruction》这本书的书名时,我首先想到的是它在医学影像分析和计算机辅助手术领域的重大价值。想象一下,医生能够从CT、MRI或者超声波扫描中,精确地重建出患者器官、骨骼或肿瘤的三维表面模型,这无疑能够极大地提升诊断的准确性和手术的安全性。我非常好奇,这本书是否会深入探讨那些能够处理医学影像数据特有的挑战的重建技术。例如,医学影像数据往往存在噪声、对比度不均,并且不同扫描设备可能产生不同分辨率的数据,如何从中提取出准确可靠的曲面信息是一个难题。我希望书中能够介绍一些专门针对医学影像的去噪、分割和曲面重建算法。我也对书中是否会涉及如何将重建的曲面模型与解剖学知识相结合,以实现更精准的特征提取和量化分析感到兴趣。例如,测量肿瘤的体积、评估骨折的程度,或者规划植入物的放置位置,都离不开精确的三维几何表示。对于外科医生和医学影像分析师而言,一本能够为他们提供强大工具和深入洞察的书籍,将是辅助他们工作的得力助手。我也对书中是否会涵盖一些关于如何将重建的曲面模型用于手术模拟和术前规划的指导感到期待。

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《Curve and Surface Reconstruction》这个书名,立即引发了我对于数字考古学和文化遗产保护领域潜在应用的思考。在这些领域,对古代文物、遗址以及历史建筑进行高精度三维数字化,是实现永久保存、研究分析和公众展示的关键。例如,通过激光扫描或者摄影测量技术,能够精确地捕捉到文物的表面细节,从而创建出逼真的数字模型。我非常希望这本书能够提供一些能够处理具有复杂形状和精细纹理的文物数据的重建算法。我一直在思考,书中是否会介绍一些能够从具有不规则表面、镂空结构或者包含脆弱细节的文物扫描数据中,可靠地重建出完整、连续的曲面模型?我也对书中是否会涉及如何从这些重建的曲面模型中提取出有价值的考古信息,例如纹饰的特征、工艺的技术,以及材料的成分等感到兴趣。对于考古学家和文化遗产保护专家而言,一本能够为他们提供强大工具和深入洞察的书籍,将是他们进行科学研究和保护工作的宝贵财富。我也对书中是否会涵盖一些关于如何将重建的曲面模型用于虚拟修复、文物复原以及在线展览的指导感到期待。

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当我看到《Curve and Surface Reconstruction》这个书名时,脑海中立刻浮现出了那些在数字艺术和游戏开发领域工作的创意人士。他们需要将物理世界中的各种物体,从精美的雕塑到宏伟的建筑,再到奇异的生物,都转化为可以在虚拟空间中自由操作和呈现的三维模型。而这个过程的核心,往往离不开对现实世界数据的采集和重建。我一直在想,这本书是否会触及到那些能够让数字艺术家们惊叹的重建技术?例如,如何从照片集(photogrammetry)中生成逼真的纹理和几何模型?或者,在VR/AR环境中,如何实现实时或近实时的曲面重建,以提供沉浸式的交互体验?我更关注的是,书中是否会介绍一些能够生成令人惊叹的视觉效果的算法,比如那些能够捕捉到极细微的表面细节,或者能够创建出富有表现力的、非写实风格的曲面。对于那些从事游戏角色设计、场景构建,甚至虚拟现实体验的开发者来说,理解曲面重建的原理和方法,能够让他们更好地把握数字资产的创建和优化。我想知道,书中是否会提供一些关于如何处理扫描数据中的噪声和不完整性的方法,以及如何从这些不完善的数据中提取出清晰、可编辑的几何信息。在数字艺术的世界里,细节决定成败,而精确的曲面重建无疑是实现这些细节的关键。我也对书中是否会涵盖一些能够帮助用户从简单的草图或概念设计,逐步生成复杂曲面的技术感到期待。

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这本《Curve and Surface Reconstruction》的书名,立即引起了我作为一名物理学家对它潜在应用的好奇。在很多物理学分支中,对复杂结构的几何描述和分析是不可或缺的。例如,在流体力学中,模拟复杂物体表面的流动,需要精确地重建物体的几何模型。在凝聚态物理中,研究晶体表面的原子排列,也需要对微观形貌进行高精度重建。甚至在天体物理学中,对行星、恒星等天体的表面进行建模,也依赖于相应的几何重建技术。我非常希望这本书能够提供一些关于如何处理具有复杂拓扑结构,例如包含孔洞、裂缝或者多层结构的曲面重建方法。我一直在思考,在处理一些包含奇异点(singularities)的曲面时,现有的算法是如何应对的?这本书是否会介绍一些能够处理这些特殊情况的技术?此外,我也对书中是否会探讨如何从实际观测数据中,例如雷达、激光扫描或者X射线成像等,有效地提取出用于曲面重建的离散点集,并且如何在这种数据中进行噪声去除和异常值处理感到兴趣。对于物理学家来说,能够精确地描述和分析实验观测到的复杂几何形貌,是进行理论建模和验证的关键。我也对书中是否会提供一些关于如何将重建的曲面模型与物理仿真软件进行对接的指导感到好奇。

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《Curve and Surface Reconstruction》这个书名,让我想到了它在科学研究,特别是材料科学和生物医学工程领域的应用前景。在这些领域,精确的三维形貌是理解物质性能和生命过程的关键。例如,在材料科学中,对纳米材料的表面形貌进行精确的三维重建,能够帮助科学家深入理解其催化性能、光学特性或者力学行为。而在生物医学工程领域,从显微镜图像中重建细胞、组织甚至器官的三维结构,对于疾病诊断、药物研发以及组织工程都具有至关重要的意义。我非常好奇,这本书是否会深入探讨那些能够处理高精度、微观尺度数据的重建方法?例如,原子力显微镜(AFM)或者透射电子显微镜(TEM)产生的数据,其尺度可能在纳米级别,如何从中提取出可靠的曲面信息,是一个巨大的挑战。我希望这本书能够提供一些前沿的算法,比如基于统计形状模型(statistical shape models)或者机器学习的方法,来处理这些复杂的数据。我也对书中是否会讨论如何将重建得到的曲面模型与其他的科学数据(如材料成分、基因表达信息等)进行整合,以实现更全面的科学分析感到期待。对于那些在这些前沿领域进行研究的科学家们而言,一本能够为他们提供强大的数据处理和可视化工具的书籍,无疑是加速科学发现的催化剂。我也对书中是否会包含一些关于如何评估重建结果的准确性和可靠性的方法感到好奇,这在科学研究中是至关重要的。

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这本《Curve and Surface Reconstruction》的书名本身就勾起了我极大的兴趣,对于我这样一个沉浸在三维图形学和计算机视觉领域多年的研究者来说,曲线和曲面重建是连接离散数据和连续几何表示的关键技术。我一直觉得,能够从点云、扫描数据或是其他不规则的离散采样中,优雅地还原出光滑、连续的曲面,是数字世界中最具魔力的事情之一。想象一下,我们能够以令人难以置信的精度重现文物古迹,或是将物理世界中的物体精确地转化为数字模型,这背后的核心就是这些重建算法。这本书的书名承诺了一种深入探究这种转化的方式,我非常期待它能够揭示那些隐藏在点点滴滴数据背后的数学原理和算法细节。我尤其关注的是,它是否会涵盖一些最新的研究进展,比如基于深度学习的曲面重建方法,它们是如何克服传统算法在处理复杂拓扑和锐利特征时的局限性的?对于那些在实际应用中面临数据噪声、采样不均,甚至模型退化等问题的工程师和科学家来说,一本能够提供全面解决方案和最新技术洞察的书籍,将是无价的。我希望这本书不仅仅停留在理论层面,更能提供一些实际的案例分析和算法实现的指导,让读者能够真正理解这些技术是如何在实践中发挥作用的。例如,在医疗影像领域,如何从CT或MRI扫描生成精确的器官表面模型,用于手术规划或仿真;在工业设计中,如何从扫描数据修复和优化产品原型;又或者在娱乐产业中,如何创建逼真的虚拟角色和场景。这些都是曲面重建技术大放异彩的领域,我迫切地想知道这本书是否能够为我打开这些应用的大门,提供可行的思路和方法。

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