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出版者:

作者:彭勤文

出品人:

页数:223

译者:

出版时间:2009-3

价格:24.00元

装帧:

isbn号码:9787301129975

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• 高等数学
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• 数学方法
• 微积分
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《光影织梦：数字影像的艺术与技术探微》 简介： 在当今这个视觉信息爆炸的时代，数字影像早已渗透进我们生活的方方面面，从震撼人心的电影特效，到栩栩如生的游戏世界，再到令人沉醉的虚拟现实体验，无不依赖于其背后精妙绝伦的艺术构思与尖端严谨的技术支撑。《光影织梦：数字影像的艺术与技术探微》并非一本泛泛而谈的科普读物，而是一次深入灵魂的探索，旨在揭示数字影像艺术的魅力所在，并剖析其赖以生存的科学原理与工程实现。本书将带领读者穿越光影的迷宫，领略创作者如何将脑海中的奇思妙想，通过冷峻的数学模型与精密的算法，转化为屏幕上流动的生命。 本书将以一种结构化的方式，循序渐进地展现数字影像的生成、处理、渲染与交互的完整流程。我们将从最基础的光学原理出发，探讨光线在三维空间中的传播特性，以及人眼如何感知这些信息。这部分内容将涉及光的反射、折射、散射等现象的物理学描述，并初步引入几何光学与物理光学的基本概念，为后续深入的数学建模奠定基础。我们将详细阐述光线追踪（Ray Tracing）与渲染方程（Rendering Equation）的理论框架，解释它们如何模拟真实世界中的光照行为，以及为何精确的光线追踪能够实现无与伦比的真实感。读者将了解到，每一个像素的色彩都并非随意涂抹，而是经过复杂的光线路径计算与能量累积的最终结果。 随后，我们将深入数字影像的“骨骼”——三维建模。本书将详细介绍多边形建模、NURBS曲面建模等主流建模技术，以及它们的数学基础。我们将讲解如何利用顶点、边、面等基本元素构建出复杂而精美的三维模型，并探讨曲线与曲面的数学表达方式，如贝塞尔曲线、B样条等，理解它们如何赋予模型光滑流畅的外形。此外，我们还将触及点云（Point Cloud）与体素（Voxel）等新兴建模方法，以及扫描与摄影测量学（Photogrammetry）在现实物体数字化过程中的应用。本书并非要求读者成为建模大师，但期望读者能理解这些三维形态是如何通过精确的数学定义被计算机所理解和操作的。 紧接着，我们将聚焦于赋予这些静止模型生命的“血液”——动画。本书将详尽阐述关键帧动画（Keyframe Animation）、骨骼动画（Skeletal Animation）、过程生成动画（Procedural Animation）等核心动画技术。我们将深入探讨插值（Interpolation）算法在关键帧之间的平滑过渡中所扮演的角色，包括线性插值、样条插值等。读者将了解到，角色的每一个细微动作，如行走、跳跃、表情变化，背后都蕴含着对时间和空间的精妙控制。对于角色动画，本书将详细讲解蒙皮（Skinning）与绑定（Rigging）技术，揭示如何将虚拟骨骼与模型表面绑定，并通过骨骼的运动驱动模型的变形。过程生成动画的部分，我们将探讨如何利用数学公式与算法来模拟自然现象，如粒子系统（Particle Systems）模拟的火焰、烟雾、雨雪，以及基于物理的模拟（Physics-based Simulation）实现的布料、流体、刚体动力学。 本书将花费大量篇幅来解析数字影像的“皮肤”——纹理与材质。我们将详细介绍纹理映射（Texture Mapping）的概念，包括二维纹理如何包裹在三维模型表面，形成逼真的图案与细节。我们将深入探讨各种纹理类型，如漫反射纹理（Diffuse Texture）、法线纹理（Normal Map）、高光纹理（Specular Map）、置换纹理（Displacement Map）等，以及它们如何协同作用，模拟物体表面的颜色、粗糙度、凹凸感等光学属性。本书还将详细讲解PBR（Physically Based Rendering，基于物理的渲染）管线，阐述其在模拟真实材质属性方面的优势，以及如何通过参数化的方式控制材质的微观结构，从而达到高度的真实感。读者将理解，例如金属的光泽、丝绸的柔滑、岩石的粗糙，都可以通过精确的材质参数来复现。 在理解了三维场景的构建与表现之后，本书将进一步探讨数字影像的“灵魂”——特效（VFX）。我们将从最基础的粒子系统开始，深入解析如何通过调整粒子的生命周期、速度、颜色、发射率等参数来创造出爆炸、闪电、魔法等效果。随后，我们将深入到更复杂的模拟领域，如流体动力学（Fluid Dynamics）模拟，讲解如何通过纳维斯-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）的数值解法来模拟水流、火焰、烟雾等。本书还将触及刚体动力学（Rigid Body Dynamics）与软体动力学（Soft Body Dynamics）的模拟，解释它们在模拟碰撞、破碎、形变等场景中的应用。最后，我们将探讨合成（Compositing）技术，如何将不同来源的图像、特效、CG元素巧妙地融合在一起，形成最终的完整画面。 本书还将对计算机视觉（Computer Vision）在数字影像领域的应用进行探讨。我们将介绍图像识别、物体检测、场景理解等技术，以及它们如何用于辅助创作、自动化流程、甚至是实现虚拟与现实的融合。例如，实时动作捕捉（Motion Capture）技术如何将演员的表演转化为数字角色动画，以及如何通过SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）技术实现AR/VR环境的构建与交互。 《光影织梦：数字影像的艺术与技术探微》的另一大特色在于，它并非仅仅罗列技术名词，而是致力于揭示这些技术背后所依赖的深刻数学原理。我们将适度引入微积分、线性代数、概率论、傅里叶分析等数学工具，但将以一种更贴近应用场景的方式呈现。例如，在讲解几何变换时，我们将引入矩阵运算；在分析曲线曲面时，我们将涉及参数方程；在模拟光线时，我们将接触到积分方程；在处理图像信号时，我们将触及傅里叶变换。本书的目标是让读者理解，每一项先进的数字影像技术，都离不开严谨的数学语言作为其基石。 此外，本书还将关注数字影像的未来发展趋势，如人工智能在内容生成、智能编辑、优化渲染方面的潜力，以及虚拟现实、增强现实、混合现实等沉浸式体验的革新。我们将展望这些新兴技术将如何进一步拓展数字影像的表现力和应用范围，以及它们将对人类的创作方式和感知体验带来怎样的变革。 本书适合所有对数字影像艺术与技术感兴趣的读者，包括但不限于：电影特效制作人员、游戏开发者、动画师、视觉设计师、艺术家、对前沿科技充满好奇心的普通读者，以及对数学在实际应用中价值感兴趣的学者。我们相信，通过对《光影织梦：数字影像的艺术与技术探微》的阅读，您将不再仅仅是数字影像的观众，更能理解其背后的匠心独运与科学之美，甚至有机会成为下一位用光影编织梦想的创作者。本书将是一扇通往数字影像世界奥秘的大门，引领您在光影交织的奇妙旅程中，收获知识，激发灵感，点燃对未来的无限憧憬。

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读完这套书，我最大的感受是，它真的把“深度”和“广度”找到了一个绝佳的平衡点。很多教材要么过于偏向纯理论的抽象推导，导致初学者望而却步，要么就是陷于大量的应用实例堆砌，使得理论基础显得空泛无力。但这一本，它成功地做到了两者兼顾。它没有回避那些尖锐的数学分析问题，比如收敛性的判定、函数的连续性和可微性的严格定义，但同时，它又非常体贴地在关键节点穿插了大量的工程背景案例，例如在讲解微分方程组时，会引用到经典的电路分析模型，或者在谈论傅里叶分析时，会触及到信号处理中的实际应用。这种穿插不是生硬的嫁接，而是水到渠成的融合。我感觉作者非常理解一个正在学习高等数学的学生所面临的困境：既要满足考试的要求，又渴望了解这些工具在真实世界中是如何大显身手的。这本书就像一位全能的向导，既带你走过了最崎岖的理论高地，也带你领略了最壮阔的应用平原。尤其是它对某些高级主题的处理，比如泛函分析的初步概念，介绍得非常克制且精准，为后续的专业学习铺设了一条坚实且平坦的道路。

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这本书的叙述方式实在是太引人入胜了，简直就像是在听一位经验丰富的老教授娓娓道来，将那些原本晦涩难懂的概念，通过生动的比喻和清晰的逻辑层层剥开。我记得有一次，我被某个积分的技巧卡住了好几天，翻阅了市面上几乎所有主流教材，但都觉得讲得过于公式化，缺乏那种“为什么会这样”的深刻洞察。直到我接触到这本作品，作者在讲解那个技巧时，并没有直接给出公式，而是先从物理上的直观意义入手，构建了一个非常巧妙的几何模型。那种茅塞顿开的感觉，至今难忘。它不只是在教你解题，更是在培养你对数学思维的敏感度。书中对理论基础的推导过程也处理得极其到位，严谨而不失优雅，每一步都像是精心编排的舞蹈，每一步的衔接都那么自然流畅，让人在不知不觉中就接受了那些复杂的证明。对于那些真正想弄明白“原理”的读者来说，这本书绝对是不可多得的宝藏。我尤其欣赏作者在章节末尾设置的那些“思考题”，它们往往不是简单的计算，而是要求你对所学知识进行更高层次的融会贯通和创新性应用，极大地锻炼了独立思考的能力。

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这本书最让我感到惊喜的是它在“历史背景和数学思想演变”方面的补充。在某些关键定理的阐述之后，作者会非常简短而精准地插入一小段文字，介绍这个定理的发现过程，以及它在数学史上引发的变革。例如，在讲解复变函数理论时，作者没有仅仅停留在柯西黎曼方程上，而是简要回顾了欧拉和高斯在复数系统扩展中的贡献，以及这种扩展如何解决了实数系统无法处理的代数问题。这种对“人”和“历史”的关注，使得枯燥的数学符号和定理重新焕发出了鲜活的生命力。它不再是静止的知识点，而是一条不断发展和演进的探索长河。通过这种方式，我不仅学会了如何运用这些工具，更理解了为什么这些工具会被创造出来，它们是为了解决什么样的人类认知上的难题。这种“知其然，更知其所以然”的深度学习体验，是其他许多侧重于应试技巧的书籍所无法比拟的。它真正培养了一种对数学美感和逻辑结构的尊重。

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我必须承认，初次接触这本书时，我被它的难度略微震慑住了。它不是那种“保姆式教学”的入门读物，它默认读者已经具备了扎实的微积分基础，并且愿意投入大量精力去啃“硬骨头”。书中对抽象概念的引入非常直接，不拐弯抹角，例如在引入勒贝格积分的概念时，它没有用大量的铺垫去回避其难度，而是直接阐述了其核心思想——对值域而非定义域的划分。这种教学风格，无疑会对基础薄弱的读者造成一定的挫败感。然而，一旦你克服了初期的适应期，你会发现，这种“直击要害”的讲解方式极大地节省了时间。它迫使你必须主动去思考，去查阅前置知识，而不是被动地接受被“降维”处理后的简化版本。我后来发现，书中附带的习题集，其难度分布也很有层次，从基础的巩固性练习，到需要综合运用多个章节知识的挑战性题目，设计得非常巧妙，真正做到了学以致用，并且能够有效检验你是否真正掌握了概念的精髓，而非仅仅停留在机械计算的层面。

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老实说，这本书的排版和装帧设计，也是我愿意反复翻阅它的一个重要原因。在这个信息爆炸的时代，一本好的教材必须在视觉体验上有所建树，否则光是阅读过程本身就会成为一种负担。此书采用了非常清晰的字体和合理的行距，大量的图示和图形都被精心绘制，线条干净利落，没有任何多余的干扰元素。最让我欣赏的是，作者在引入新符号或新概念时，习惯用一种加粗或不同颜色的字体来突出显示，这对于我这种需要经常回顾知识点的读者来说，极大地提高了检索效率。那些复杂的公式，作者都做到了居中对齐，并且清晰地标注了编号，使得在引用某个特定公式进行反推时，能够做到一目了然。而且，书中的某些证明步骤，如果篇幅过长，作者会巧妙地将其拆分成小节，并配上简短的概括性文字，避免了读者在面对一整页密密麻麻的推导时产生的心理压力。这种对阅读体验的极致关注，体现了作者对读者群体的深切关怀，使得学习过程变得更加愉悦和高效。

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