计算机图形学基础

出版者:清华大学

作者:王振武

页数:243

出版时间:2011-12

价格:25.00元

isbn号码:9787302272748

具体描述

《计算机图形学基础》对计算机图形学的基本原理进行了深入浅出的阐述，书中不仅配有丰富的图例和例题，而且利用C语言和OpenGL图形软件包编写了相应的应用程序，这种理论和实践相结合的方式大大方便了读者对抽象的计算机图形学理论的理解和掌握。

《计算机图形学基础》共10章，包括绪论、计算机图形系统、OpenGL编程环境介绍、基本图形生成算法、二维变换和二维观察、三维变换和三维观察、三维对象的表示、消隐计算、颜色模型以及真实感图形绘制等内容。《计算机图形学基础》可作为高等院校计算机图形学理论的课程教材，也可作为从事计算机图形处理技术及其他有关的工程技术人员的参考书。

目录信息

第1章 绪论1 1.1 计算机图形学基本概念/1 1.1.1 什么是计算机图形学/1 1.1.2 图形和图像/1 1.1.3 计算机图形学与其他学科的关系/2 1.2 计算机图形学发展历史/2 1.3 计算机图形学的应用/3 1.3.1 用户接口/3 1.3.2 计算机辅助设计/4 1.3.3 数字娱乐/4 1.3.4 计算机辅助绘图/5 1.3.5 计算机辅助教学/5 1.3.6 科学计算的可视化/6 1.3.7 计算机艺术/6 习题/7第2章 计算机图形系统8 2.1 计算机图形系统概述/8 2.1.1 计算机图形系统的功能/8 2.1.2 计算机图形系统的结构/9 2.2 计算机图形硬件设备/9 2.2.1 图形输入设备/9 2.2.2 图形显示设备/11 2.2.3 图形绘制设备/17 2.3 计算机图形软件/17 2.3.1 计算机图形软件分类/17 2.3.2 用户接口设计/18 2.3.3 基本交互式绘图技术/20 习题/21第3章 OpenGL编程环境介绍22 3.1 VS.NET 2008开发环境简介/22 3.2 OpenGL图形软件包介绍/23 3.2.1 OpenGL概述/23 3.2.2 OpenGL的主要功能/23 3.2.3 OpenGL的基本语法/24 3.3 设置OpenGL编程环境/25 3.3.1 OpenGL编程环境设置/25 3.3.2 OpenGL程序的结构/28 习题/30第4章 基本图形生成算法31 4.1 什么是扫描转换/31 4.2 直线的扫描转换/31 4.2.1 DDA画线法/32 4.2.2 中点画线法/35 4.2.3 Bresenham画线法/39 4.3 圆的扫描转换/43 4.3.1 根据圆的方程画圆/43 4.3.2 中点画圆法/44 4.3.3 Bresenham画圆法/48 4.4 区域填充/51 4.4.1 扫描线多边形填充算法/51 4.4.2 边缘填充算法/60 4.4.3 种子填充算法/61 4.4.4 其他填充算法/66 4.4.5 区域填充的属性处理/67 4.5 属性处理/67 4.5.1 直线的线型处理/67 4.5.2 直线的线宽处理/68 4.5.3 曲线的线宽处理/72 4.6 字符/73 4.6.1 基本概念/73 4.6.2 点阵字符/73 4.6.3 矢量字符/74 4.7 反走样/74 4.7.1 提高分辨率/75 4.7.2 简单区域取样/76 4.7.3 加权区域取样/77 习题/78第5章 二维变换和二维观察79 5.1 图形变换基本知识/79 5.1.1 矢量和矩阵/79 5.1.2 齐次坐标/81 5.2 基本二维变换/81 5.2.1 平移变换/82 5.2.2 旋转变换/82 5.2.3 缩放变换/83 5.2.4 基本二维变换的矩阵表示/84 5.2.5 其他变换/96 5.3 二维复合变换/105 5.3.1 连续平移/105 5.3.2 连续旋转/106 5.3.3 连续缩放/106 5.3.4 通用基准点的变换/106 5.3.5 通用方向的变换/107 5.3.6 二维变换总结/108 5.4 二维观察/109 5.4.1 二维观察流程/109 5.4.2 用户坐标系到观察坐标系的变换/110 5.4.3 窗口到视区的变换/111 5.4.4 二维裁剪概述/112 5.4.5 点裁剪/112 5.4.6 直线的裁剪/112 5.4.7 多边形的裁剪/125 5.4.8 曲线的裁剪/128 5.4.9 字符的裁剪/128 习题/128第6章 三维变换和三维观察130 6.1 三维变换概述/130 6.2 三维几何变换/130 6.2.1 三维平移变换/131 6.2.2 三维变比变换/136 6.2.3 三维旋转变换/141 6.2.4 三维反射变换/147 6.2.5 三维错切变换/153 6.2.6 三维复合变换/158 6.3 三维投影变换/162 6.3.1 三维投影变换的分类/162 6.3.2 三视图/164 6.3.3 正轴测/166 6.3.4 斜平行投影/169 6.3.5 透视投影/171 6.4 三维观察/178 6.4.1 观察坐标系/178 6.4.2 观察空间/179 6.4.3 三维观察流程/180 习题/180第7章 三维对象的表示181 7.1 三维对象表示方法概述/181 7.1.1 三维图形的基本问题/181 7.1.2 数据模型/181 7.1.3 过程模型/182 7.2 多边形表面/182 7.2.1 多边形表面概述/182 7.2.2 多边形表面表示法/182 7.3 二次曲面/183 7.3.1 球面/183 7.3.2 椭球面/184 7.3.3 环面/184 7.3.4 超二次曲面/184 7.4 样条曲线概述/185 7.4.1 样条的基本概念/185 7.4.2 样条曲线的分类/185 7.5 Hermite样条曲线/187 7.6 Bézier曲线和曲面/189 7.6.1 Bézier曲线的定义/189 7.6.2 Bernstein基函数的性质/190 7.6.3 常见的Bézier曲线/191 7.6.4 Bézier曲线的性质/192 7.6.5 Bézier曲线的绘制/193 7.6.6 Bézier曲面/197 7.7 B样条曲线和曲面/198 7.7.1 B样条曲线的定义/198 7.7.2 常见的B样条曲线/199 7.7.3 B样条曲线的性质/201 7.7.4 B样条曲线的分类/201 7.7.5 B样条曲面/202 7.8 空间分区表示方法/202 7.8.1 立体构造/202 7.8.2 八叉树/203 7.8.3 BSP树/204 7.9 非规则对象表示方法/204 7.9.1 分形几何方法/205 7.9.2 粒子系统/206 7.9.3 基于物理的建模/207 7.9.4 数据集可视化/207 习题/207第8章 消隐计算209 8.1 消隐概述/209 8.1.1 消隐的定义/209 8.1.2 消隐的分类/209 8.1.3 消隐算法的原则/210 8.2 Z缓冲区算法/211 8.3 区域扫描线算法/213 8.4 深度排序算法/215 8.5 光线跟踪算法/217 8.6 BSP算法/217 习题/218第9章 颜色模型219 9.1 光的特性/219 9.1.1 电磁频谱/219 9.1.2 颜色的心理学特征/219 9.2 颜色模型/220 9.3 标准基色和色度图/221 9.4 RGB颜色模型/223 9.5 CMY颜色模型/223 9.6 HSV颜色模型/224 习题/225第10章 真实感图形绘制226 10.1 简单光照模型/226 10.1.1 环境反射光/227 10.1.2 漫反射光/227 10.1.3 镜面反射光/228 10.1.4 光强衰减/229 10.1.5 颜色处理/230 10.2 明暗处理/231 10.2.1 恒定光强的明暗处理/231 10.2.2 Gouraud明暗处理/232 10.2.3 Phong明暗处理/233 10.3 阴影处理/234 10.3.1 自身阴影生成/235 10.3.2 投射阴影生成/235 10.4 透明处理/236 10.4.1 透明效果的简单模拟/236 10.4.2 考虑折射的透明处理/237 10.5 整体光照模型与光线跟踪/238 10.5.1 整体光照模型概述/238 10.5.2 Whitted光照模型/238 10.5.3 光线跟踪算法/239 10.6 纹理映射/240 10.6.1 颜色纹理处理/241 10.6.2 几何纹理处理/242 习题/243参考文献/2244
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用户评价

阅读体验方面，这本书最大的亮点在于其高度的模块化设计。每一个主要概念都被拆分成若干个可独立理解的小节，即便是中途被打断学习，也能快速地在任何一个点上重新进入状态，而不会感到上下文的缺失。这种结构对于工作繁忙的在职人士尤其友好。此外，作者在关键术语的定义上力求精确和一致性，避免了不同章节间概念混淆的问题，这在跨学科的技术书籍中是难能可贵的。我发现，即便是对比我过去阅读的几本国外引进的教材，这本书在本土化语言的运用上更为精炼和地道，避免了翻译腔带来的阅读障碍。这种流畅的阅读感受，很大程度上保证了学习效率，让知识点的吸收过程变得高效而顺畅。

坦白说，这本书的深度和广度都超出了我的预期。我原本以为这只是入门级的科普读物，但随着深入，我发现它对底层原理的挖掘达到了令人称奇的程度。例如，在深入讲解渲染流水线时，作者对硬件加速和并行处理的描述，已经触及到了GPU编程和并行计算的范畴。它不仅仅告诉你“怎么做”，更重要的是解释了“为什么必须这样做”——背后的计算复杂度和性能瓶颈是如何驱动这些优化的。对于那些希望从理论走向实践，甚至未来想从事图形学底层开发的读者来说，这种对根源的追溯是非常宝贵的。书中的习题设计也极为巧妙，它们大多不是简单的套用公式，而是需要结合多个章节的知识点进行综合运用的小项目，这种挑战性极大地锻炼了我的逻辑思维和解决实际问题的能力。

这本书给我最深刻的感受是其前瞻性和实用性的完美结合。它没有沉溺于对已逝技术的追忆，而是将大量的篇幅聚焦于当前业界最热门的方向，比如实时全局光照的近似算法，以及与虚拟现实（VR）和增强现实（AR）相关的核心技术挑战。作者没有回避这些前沿问题的复杂性，而是提供了清晰的路线图，指引读者如何构建起理解这些高阶技术的知识框架。书中提及的几个关于几何体数据结构的优化策略，我已经立即应用到了我正在进行的一个小型项目中，并且看到了显著的性能提升。这本书与其说是一本教材，不如说是一份面向未来的技术蓝图，它不仅教会了我们如何“看懂”图形，更重要的是，教会了我们如何“构建”和“优化”我们心中的那个虚拟世界。

这本书的封面设计简洁大气，黑白灰的配色给人一种沉稳和专业的印象。内页的排版也相当考究，字体选择清晰易读，图文并茂的布局使得复杂的理论知识更容易被消化吸收。我特别欣赏作者在案例分析上的用心，每一个理论点后面都紧跟着一个实际应用场景的剖析，这对于我这种初学者来说简直是福音。比如，它对光线追踪算法的阐述，不仅仅停留在数学公式的堆砌，而是通过形象的比喻和流程图，将整个渲染过程描绘得生动具体。读完第一章后，我对三维空间中的向量、矩阵变换有了全新的认识，不再是死记硬背的公式，而是理解了它们在构建虚拟世界中的核心作用。书中引用的参考文献也很新颖，涵盖了近几年的重要研究成果，显示出作者深厚的学术功底和紧跟前沿的视野。可以说，这本书的物理呈现和内容编排，都体现了对读者体验的深度关怀，让人愿意沉下心来，一页一页地探索其中的奥秘。

这本书的叙事风格非常独特，它不像传统教材那样刻板说教，反而更像是一位经验丰富的老教授在跟你娓娓道来，将深奥的计算机科学概念融入到充满人文关怀的讲解之中。例如，在讨论到几何建模这一部分时，作者没有直接抛出Bézier曲线的复杂数学表达式，而是先从雕塑艺术和建筑设计中寻找灵感，阐述了人类自古以来对精确形态描绘的追求，从而自然而然地引出算法的必要性。这种“先感性认识，后理性剖析”的结构，极大地降低了初学者的心理门槛。我个人尤其喜欢作者在穿插历史背景时的那种幽默感，读到早期图形学先驱们在有限算力下解决问题的种种“智慧的妥协”，常常会心一笑，这使得学习过程充满了乐趣，而不是枯燥的知识灌输。它成功地将冰冷的算法赋予了温度和故事性。