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出版者:Mcgraw-Hill Osborne Media

作者:Chris H. Pappas

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1989-06

价格:USD 28.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780078814747

丛书系列:

图书标签:

• OS/2
• Presentation Manager
• 图形
• 编程
• API
• GUI
• 操作系统
• IBM
• 开发
• 技术
• 文档

计算机图形学与可视化技术 内容提要： 本书深入探讨了计算机图形学和可视化的核心理论、算法与实践应用。全书围绕着如何高效、精确地在数字空间中创建、处理和展示图像与三维模型展开，旨在为读者构建一个坚实的技术基础，使其能够驾驭现代图形处理的前沿技术。 第一部分：图形学基础与数学原理 本部分首先奠定了整个学科的数学基石。详细阐述了二维和三维空间中的几何变换，包括平移、旋转、缩放的矩阵表示法，以及齐次坐标系的应用。接着，重点剖析了投影几何，区分了正投影（Orthographic Projection）和透视投影（Perspective Projection）在不同应用场景中的适用性，并解释了视景体（Viewing Frustum）的定义与裁剪过程。 随后，深入介绍光栅化的基础理论。这包括像素的概念、屏幕坐标系与世界坐标系的转换，以及至关重要的扫描转换算法，如直线（DDA、Bresenham）和圆（中点圆算法）的精确绘制方法。对于填充算法，本书详尽分析了多边形填充的两种主要技术：奇偶规则（Even-Odd Rule）和非零环绕数规则（Non-Zero Winding Rule），并辅以复杂的凹多边形处理实例。 第二部分：几何建模与数据结构 在几何建模层面，本书超越了简单的线框模型，聚焦于更高级的表面表示方法。详细介绍了参数曲面的构建技术，特别是Bézier曲线和曲面的控制点定义、升阶（De Boor 算法）和局部修改特性。同时，对比分析了B样条（B-Spline）和NURBS（Non-Uniform Rational B-Spline）的数学优势，阐述了其在工业设计和CAD/CAM中的关键作用。 此外，本书探讨了实体建模的表示方法。区别并详细描述了边界表示法（B-Rep）和体素表示法（Voxel）的优劣势。在数据结构方面，为高效处理复杂的几何数据，本书引入了空间划分技术，如四叉树（Quadtree）和八叉树（Octree），解释了它们在加速碰撞检测和可见性排序中的实际应用。 第三部分：渲染管线与高级着色技术 本部分是图形学应用的核心。首先，系统地梳理了现代实时渲染管线（Real-Time Rendering Pipeline）的各个阶段，从应用阶段到几何处理、光栅化，再到片段处理。 在可见性判定方面，本书严格区分并详细对比了面向对象的技术（如画家算法，Depth Sorting）和基于空间的划分技术（如BSP树）。重点分析了Z-Buffer（深度缓冲）算法的实现机制、精度限制及其优化方案。 着色模型的讲解深入到物理层面。本书不仅涵盖了经典的环境光、漫反射（Lambertian）、镜面反射（Phong/Blinn-Phong）模型，更将重点放在了基于物理的渲染（PBR）的基石上。详细解析了微上面元理论（BRDF/BSDF），特别是Cook-Torrance模型，解释了如何通过法线分布函数（NDF）、几何函数（G）和菲涅尔项（Fresnel Term）来模拟真实世界的材料属性。 片段处理（Fragment Processing）部分，阐述了纹理映射的原理，包括纹理坐标的生成、纹理过滤（最近邻、双线性、三线性插值）的选择及其对渲染质量的影响。对于抗锯齿（Anti-Aliasing），从后处理方法（如FXAA）到基于采样的方法（如MSAA）的实现细节进行了详尽的探讨。 第四部分：高级主题与应用 本书的最后一部分聚焦于前沿技术和特定领域的应用。 光线追踪（Ray Tracing）被作为一个重要的离线渲染工具进行深入讲解。分析了光线与各种几何体（如平面、球体、三角面片）的求交算法，并详细介绍了加速结构，如加速性空间划分（BVH - Bounding Volume Hierarchy）的构建、遍历与优化策略。 在动画与动态模拟方面，本书介绍了骨骼动画的基本原理，包括蒙皮（Skinning）和关键帧插值技术。同时，也触及了刚体动力学的简化模拟方法，如基于位置的速度积分和碰撞响应的基础概念。 最后，本书探讨了图形学在可视化领域的应用。区分了数据可视化和科学可视化的不同侧重点，并针对体积数据（如医学影像）的处理，介绍了体绘制（Volume Rendering）的技术，特别是切片渲染（Slicing）和最大密度投影（MIP）。 本书结构严谨，理论与实践并重，通过大量的图示和算法伪代码，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何实现”。

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