计算机图形学教程

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出版者:机械工业出版社
作者:孙正兴
出品人:
页数:239
译者:
出版时间:2006-8
价格:26.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787111191742
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机图形
  • 计算机
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具体描述

本书系统讲解计算机图形学的基本概念和原理方法。主要内容包括:图形显示、图形生成和操纵、图形表示和建模等基础理论和技术,以及图形动画原理及基本二维动画制作方法等图形学的综合应用。书中既包括传统计算机图形学的内容,也涉及诸如非规则形体建模、表演和人脸动画、可缩放矢量和数字墨水等计算机图形学最新技术进展。同时,使用大量图示简化读者学习的难度。书后附有相关的习题巩固读者的学习成果。

  本书可作为计算机图形学课程的教材,供高等院校相关专业师生使用,也可供专业技术人员参考。

《现代信号处理导论》 内容简介 本书旨在为读者提供一套全面而深入的现代信号处理基础理论与应用框架。内容涵盖了从离散时间信号与系统分析到先进的数字滤波器设计与实现,再到傅里叶变换及其在实际工程问题中的应用。全书结构严谨,理论推导详实,并辅以大量的工程实例,力求连接理论与实践的鸿沟。 第一部分:离散时间信号与系统基础 本部分奠定了信号处理的数学基础。首先,详细阐述了信号与系统的基本概念,包括连续时间信号与离散时间信号的表示方法、理想采样定理( नाइक्विस्ट-香农采样定理)的严格证明及其在实际应用中的局限性。重点分析了线性时不变(LTI)系统的性质,如因果性、稳定性、冲激响应与卷积的数学描述。 随后,引入了离散时间傅里叶变换(DTFT)及其离散傅里叶变换(DFT)。DTFT在分析无限长离散信号的频谱特性方面至关重要,而DFT则为实际的有限长数据处理提供了计算基础。书中详细讨论了DFT的周期延拓特性、频谱泄漏现象及其缓解措施(如窗函数方法)。我们不仅给出了这些变换的定义,更深入探讨了它们在频域中的几何意义和物理含义。 第二部分:Z变换与系统分析 Z变换作为离散时间信号与系统的核心分析工具,在本部分得到系统阐述。本书从拉普拉斯变换的角度引入Z变换,并详细定义了单边和双边Z变换及其收敛域(ROC)的概念。ROC的分析被强调为判断系统稳定性和因果性的关键。 随后,利用Z变换分析LTI系统,特别是系统函数的推导和性质分析。我们详细讲解了如何通过系统函数零点和极点的分布来直观判断系统的动态行为,如振荡频率和衰减速率。此外,本书提供了多种计算卷积的方法,包括直接时间域卷积、频域乘法以及利用部分分式展开进行反变换的方法,并对比了它们在计算效率和精确度上的差异。 第三部分:数字滤波器设计 本部分是本书的重点,聚焦于如何设计满足特定性能要求的数字滤波器。滤波器设计被划分为IIR(无限脉冲响应)和FIR(有限脉冲响应)两大类进行深入探讨。 IIR 滤波器设计: 我们首先介绍了模拟滤波器的原型设计,包括巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)和椭圆(Elliptic)滤波器的设计规范和特性对比。随后,重点讲解了从模拟滤波器到数字滤波器的双线性变换法(Bilinear Transformation)。该方法因其能将稳定性转换为稳定性,在实践中应用广泛。书中详细分析了双线性变换引入的频率预畸变现象及其校正方法。 FIR 滤波器设计: FIR 滤波器因其天然的线性相位特性,在要求低失真应用中不可或缺。本书系统介绍了基于窗函数法的FIR滤波器设计,包括矩形窗、汉宁窗、海明窗等不同窗函数的性能权衡(主瓣宽度与旁瓣衰减)。对于更高性能的要求,我们引入了频率采样法和Parks-McClellan算法(最小均方误差法),展示了如何精确控制滤波器的过渡带宽度和幅度响应的纹波。 第四部分:有限算法与快速实现 在数字信号处理中,算法的效率至关重要。本部分着重于离散傅里叶变换的快速算法——快速傅里叶变换(FFT)。 本书详细介绍了Cooley-Tukey算法,包括按时间抽取(Decimation-in-Time, DIT)和按频率抽取(Decimation-in-Frequency, DIF)的蝶形运算结构。我们不仅展示了FFT的数学推导,更侧重于其实际的位反转寻址和数据重排策略,帮助读者理解如何高效地在计算机上实现FFT。同时,本书也讨论了Rader算法和Chirp-Z变换,以覆盖更一般的DFT计算需求。 第五部分:随机信号处理基础 现代信号处理不可避免地要处理噪声和随机过程。本部分为读者引入了随机信号的基础知识。定义了随机过程的各种统计特性,如均值函数、自相关函数和功率谱密度(PSD)。重点讲解了Wiener-Khinchin定理,阐述了自相关函数与功率谱密度的傅里叶变换对关系。 在随机信号处理的背景下,我们探讨了功率谱估计的方法。对比了经典周期图法(Periodogram)的局限性,并详细介绍了现代谱估计技术,如Welch平均法(用于降低周期图的方差)以及更高分辨率的参数化方法,如自回归(AR)模型谱估计。 第六部分:实际应用与案例分析 为增强本书的实用性,最后一部分通过具体的工程案例来巩固所学知识。案例涵盖了: 1. 音频处理: 数字混响效果器的设计(基于IIR/FIR滤波器组合)和频谱分析工具的构建。 2. 通信系统: 调制解调中的匹配滤波器设计及其在信噪比提升中的作用。 3. 图像处理基础(作为引子): 2D 离散傅里叶变换(2D-DFT)在图像去噪和边缘增强中的初步应用。 本书适合作为高等院校电子工程、通信工程、计算机科学以及自动化专业本科生和研究生的教材或参考书。读者在开始学习前,应具备扎实的微积分、线性代数和复变函数基础。通过本书的学习,读者将能够独立分析、设计和实现各种现代数字信号处理系统。

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读后感

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用户评价

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我不得不承认,图形学的内容博大精深,想要在一本书里面面俱到几乎是不可能的任务,但《计算机图形学教程》在选择涵盖范围时展现了极高的智慧。它在保证核心概念扎实的基础上,对现代图形技术的前沿领域也做了精彩的概述。比如,它用了相当的篇幅介绍了几种重要的三维建模技术,从多边形建模到参数曲面,让你对如何构建复杂的数字对象有一个全局的认知。此外,在动画和运动学部分,它没有仅仅停留在简单的线性插值,而是引入了曲线插值和关键帧的概念,这对于想涉足游戏开发或视觉特效制作的读者来说,是非常宝贵的知识点。虽然有些更偏向于物理模拟的深度内容可能需要查阅更专业的书籍,但这本书无疑提供了一个完美的“跳板”,它能帮你跨越初期的知识鸿沟,让你在后续进入专业细分领域时,能够快速适应和理解更复杂的模型和理论框架。可以说,它成功地平衡了广度和深度。

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说实话,我以前看过几本号称是“权威”的图形学教材,读起来枯燥乏味,感觉就像在啃一本厚厚的字典,硬邦邦的,知识点散乱,很难串联起来形成体系。但是《计算机图形学教程》的叙述风格简直是一股清流。作者的文字功底非常扎实,行文流畅自然,读起来完全没有那种“在学习”的沉重感,更像是在听一位经验丰富的前辈娓娓道来。比如在讨论光照模型时,它没有直接跳到复杂的渲染方程,而是先用一个场景——比如一个阳光明媚的下午,桌上放着一个苹果——来引导我们思考光线是如何与物体表面交互的,反射、漫射、高光,每一种现象都被拆解得极其细致,但又紧密相连。这种以问题驱动的学习方式,极大地激发了我探究底层原理的兴趣。我特别欣赏它对不同算法优缺点的客观评价,比如纹理映射和过程纹理的适用场景,这使得我在实际项目选型时,能做出更明智的判断,而不是盲目追求最新的技术。

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这本《计算机图形学教程》简直是为我这种刚踏入图形学大门的新手量身定做的!我记得我刚开始接触这个领域的时候,感觉那些理论公式和复杂的算法就像是天书一样,完全抓不住重点。但是这本书的处理方式非常巧妙,它没有一开始就堆砌那些深奥的数学推导,而是从最基础的几何变换和投影入手,用非常直观的例子和清晰的图示来解释概念。尤其是关于齐次坐标和MVP矩阵的讲解,我看了好几遍才真正理解它们在三维空间中是如何协同工作的,作者用了很多类比,比如把三维世界的物体想象成乐高积木一样可以随意移动、旋转和缩放,这让我很快就建立了空间感。更让我惊喜的是,它在基础部分之后,立刻引入了现代图形管线的概念,让我对OpenGL或DirectX的工作流程有了一个宏观的认识,而不是停留在零散的知识点上。这本书的结构就像一个优秀的向导,每一步都带我走过最关键的路口,让我不会迷失在繁杂的技术细节中,为后续深入学习打下了极其坚实的地基。我感觉我终于不再是‘会用’一些图形API,而是真正‘理解’了它们背后的原理。

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对于我这种偏向于应用层面的开发者来说,很多算法的理论深度可能不是我当前最需要的,我更看重的是“如何实现”和“为什么这样实现”。这本教程在这一点上做得非常到位。它不仅仅停留在数学层面,而是大量穿插了伪代码和实现细节的剖析。我尤其喜欢它在讨论光栅化算法时,对Bresenham直线算法和扫描线算法的详细推导和优化过程的讲解,每一步的逻辑都清晰可循,仿佛作者就在我旁边手把手指导我写代码一样。更难得的是,它还很前瞻性地提到了现代GPU的并行计算架构对图形处理流程带来的深刻影响,这让这本书的生命力远超那些只关注经典算法的旧作。当我尝试自己动手用C++实现一个简单的三角形填充时,我发现书中的每一个步骤——从裁剪到插值——都被描述得如此精确,大大减少了我调试代码时花费的时间。这本书的实用性,绝对是顶级的。

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从装帧和排版的角度来看,《计算机图形学教程》也体现出了出版方对读者的尊重。纸张的质感很好,即使长时间阅读也不会感到眼睛疲劳,这对于需要反复对照图例和公式的书籍来说至关重要。更重要的是,书中大量的插图和示意图,其清晰度和准确性令人印象深刻。很多抽象的变换过程,如果仅仅依靠文字描述,读者很容易产生误解,但这本书通过精心设计的彩色插图,将透视投影、纹理坐标的映射等过程可视化,极大地降低了理解难度。这种对细节的关注,也反映在对术语的统一和定义的严谨性上。每一次引入新的概念,都会伴随着清晰的定义和上下文解释,确保读者不会因为名词的混淆而中断学习的思路。总而言之,这是一本从内容到形式都经过精心打磨的教程,绝对值得图形学爱好者和从业者们珍藏和反复研读。

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