计算机图形学与动画技术 9787302261643 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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于万波著 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302261643

商品编码：29714533887

包装：平装

出版时间：2011-08-01

基本信息

书名:计算机图形学与动画技术

定价：26.00元

售价：17.7元,便宜8.3元,折扣68

作者:于万波著

出版社：清华大学出版社

出版日期：2011-08-01

ISBN：9787302261643

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.636kg

编辑推荐

于万波编著的《计算机图形学与动画技术》的指导思想是减轻学生入门图形学的难度，引导学生去思考一些图形学问题，通过实际操作激发学生的兴趣；以实例制作为主线，化解图形学的一些难点，把算法与理论公式等**地穿插在例题习题之间，实现一种以归纳为主导的层嵌式递进学习模式。通过本书的学习，可以让读者掌握计算机绘图及动画制作的一般性知识，了解一些图形绘制原理以及一些经典算法。

内容提要

于万波编著的《计算机图形学与动画技术》是计算机图形学的入门教程，以VisualC 与OpenGl为工具讲解计算机图形学以及动画制作的基本知识。《计算机图形学与动画技术》主要内容包括VisualC 绘图相关类及函数的使用、二维直线曲线的绘制方法以及区域填充的基本内容；通过一些典型实例介绍OpenGl和学习三维图形投影、消隐、光照等内容；分类讲解动画制作与实例分析。《计算机图形学与动画技术》可作为数字媒体技术专业、计算机科学与技术专业、信息与计算科学专业、软件工程专业、机械或建筑设计等专业的计算机图形学教材，也可以供对计算机图形动画制作感兴趣的程序设计人员使用

目录

章 Visual C 绘图程序设计 1.1 使用CDC类函数绘制图形 1.1.1 使用单文档程序绘图 1.1.2 绘制具有真实感的三维图形 1.1.3 交互绘图程序设计 1.1.4 绘制矩形 1.1.5 在指定位置输出文本 1.2 画笔与画刷 1.2.1 画笔类及其函数 1.2.2 画刷类 1.3 位图图像操作 1.4 绘图与动画程序实例 1.4.1 小圆的弹 1.4.2 抛物运动 1.4.3 小圆沿着螺旋线上升 1.4.4 逐帧动画制作 1.4.5 使用Timer事件函数绘制图形 1.4.6 移动鼠标进行书写 1.5 Win32应用程序中绘图与动画制作 1.5.1 用多种填充形式制作动画 1.5.2 使用颜色渐变制作动画 习题1第2章 二维图形绘制与填充 2.1 直线绘制算法 2.1.1 使用直线方程计算函数值绘制直线段 2.1.2 DDA微分绘制方法 2.1.3 Bresenham算法 2.2 二次曲线绘制 2.2.1 使用方程绘制二次曲线 2.2.2 一般平面曲线的绘制 2.2.3 圆的绘制算法研究 2.2.4 抛物线的平移与旋转 2.2.5 二次贝赛尔曲线绘制算法 2.3 拟合曲线 2.3.1 小二乘法拟合 2.3.2 贝赛尔曲线 2.3.3 B-样条曲线 2.4 插值曲线 2.4.1 简单的逐段多项式插值方法 2.4.2 Hermite曲线 2.4.3 样条曲线 2.5 基于代数方程的基本规则图形填充 2.5.1 矩形与三角形填充 2.5.2 椭圆填充 2.5.3 抛物线围成的封闭区域填充 2.6 多边形填充 2.6.1 多边形填充的复杂性分析 2.6.2 扫描线填充 2.6.3 种子填充 2.7 二维分形图绘制 习题2第3章 OpenGl 3.1 Visual C sOurCe file运行OpenGl程序 3.1.1 Visual C 中的OpenGl头文件 3.1.2 OpenGl基本二维图形单元绘制 3.1.3 三维正方体绘制 3.2 绘制多面体 3.2.1 具有颜色插值效果的多面体 3.2.2 多面体的光照效果 3.2.3 一个旋转的正方体 3.3 OpenGl交互操作 3.3.1 鼠标操作 3.3.2 键盘操作 3.4 OpenGl曲线曲面绘制 3.4.1 样条曲线绘制 3.4.2 样条曲面绘制 3.5 OpenGl图像操作 3.5.1 二值图形绘制 3.5.2 读写像素 3.5.3 像素复制 3.6 OpenGl程序设计实例 3.6.1 绘制五角星 3.6.2 旋转立方体 3.6.3 绘制地形图 3.7 Visual C OpenGl程序设计 3.7.1 单文档OpenGl程序 3.7.2 星空闪烁动画 习题3第4章 三维图形绘制原理与实例分析 4.1 空间中的曲线曲面 4.1.1 三维空间曲线的插值与拟合 4.1.2 三维坐标系的绘制 4.1.3 基于方程的三维空间曲线绘制 4.1.4 基于方程的网格曲面绘制 4.1.5 贝赛尔曲面 4.1.6 B-样条曲面绘制 4.2 几何造型基本单元的组织 4.2.1 几何造型的三种模型 4.2.2 实体模型构造方法 4.2.3 场景构造与模型的重用 4.3 三维数据的二维投影与裁剪 4.3.1 三维数据与二维显示 4.3.2 投影 4.3.3 裁剪 4.4 隐藏面计算方法 4.4.1 背面检测方法 4.4.2 其他检测方法 4.5 光照效果 4.5.1 简单光照模型 4.5.2 明暗插值与阴影生成 4.5.3 OpenGl中的光照效果 习题4第5章 动画制作技术与实例分析 5.1 动画的分类制作方法 5.1.1 逐帧动画、形变动画与路径动画 5.1.2 使用软件制作动画 5.2 常用的三维变换 5.2.1 平移变换与旋转变换 5.2.2 比例变换与错切变换 5.3 基于图像的动画制作 5.3.1 一个飘动的图像 5.3.2 OpenGl纹理映射函数 5.3.3 爆炸效果动画制作 5.4 键盘控制球的转动 5.4.1 一个转动的地球 5.4.2 球的上下左右移动 5.5 一个动画游戏分析与改进 5.5.1 运行飞机动画游戏程序 5.5.2 飞机模型的制作 5.5.3 飞机的飞行 5.5.4 发射子弹 5.5.5 键盘的使用 习题5 参考文献 后记

作者介绍

于万波，男，1966年生，大连大学信息工程学院副教授，硕士、博士分别毕业于吉林大学与大连理工大学，研究方向是计算机图形动画、图像处理，对人脑的真实的思维模式研究很感兴趣，同时致力于计算机科学的教学改革研究，已经出版《Java程序设计》、《软件系统实现与分析》等10余部教材。

文摘

序言

《数字艺术原理与实践》 引言 在这个数字化浪潮席卷全球的时代，视觉传达的力量日益凸显。从电影特效的震撼，到游戏场景的逼真，再到建筑设计的可视化，数字艺术以其独特的魅力和无限的可能性，深刻地影响着我们的生活和工作。而这一切的背后，都离不开对数字艺术原理的深刻理解和实践的精湛掌握。《数字艺术原理与实践》一书，正是为渴望在这个蓬勃发展的领域中探索、学习并施展才华的读者量身打造。它将带您深入浅出地揭示数字艺术的底层逻辑，并提供一套全面而系统的实践指导，帮助您从入门到精通，构建坚实的理论基础，掌握核心的创作技能，最终实现您的创意构想。 第一部分：数字艺术的基石——理论与概念解析 数字艺术并非凭空而来，它的发展根植于一系列基本原理和概念。本部分将为您一一剖析这些至关重要的基石，让您知其然，更知其所以然。 第一章：视觉语言的数学与几何基础 坐标系与空间表示： 深入理解二维与三维坐标系，掌握点、线、面、体等基本几何元素在数字空间中的表示方法。我们将探讨不同坐标系（如笛卡尔坐标系、极坐标系）的特性及其在图形绘制中的应用。 向量与矩阵的运算： 向量在表示方向、位移、速度等方面至关重要，而矩阵则承担着变换（如平移、旋转、缩放、剪切）的关键角色。本章将详细讲解向量加减、点乘、叉乘，以及矩阵乘法、逆矩阵等运算，揭示它们如何驱动复杂的图形变化。 变换的原理与实现： 深入解析线性变换（如缩放、旋转、剪切）和仿射变换（包含平移）的数学模型。我们将学习如何通过组合矩阵来实现复合变换，并理解世界坐标系、模型坐标系、视图坐标系和投影坐标系之间的转换关系，这是构建三维场景的基础。 曲线与曲面表示： 除了简单的直线段，图形的流畅性和复杂性往往依赖于曲线和曲面的生成。我们将介绍贝塞尔曲线、B-样条曲线等参数化曲线的数学定义，以及NURBS曲面等高级表示方法，理解它们在建模中的重要作用。 光栅化与矢量图形： 理解这两种基本的图形表示方式的原理。光栅图形（位图）以像素为单位，适合表现照片般的细节；矢量图形则以数学方程描述，具有无限缩放而不失真的优点。我们将探讨它们各自的优势、劣势以及在不同应用场景下的选择。 第二章：色彩的科学与心理学 色彩模型：RGB、CMYK、HSV等： 详细解析不同色彩模型的构成原理、适用范围以及它们之间的转换关系。了解RGB如何描述屏幕显示色彩，CMYK如何应用于印刷，HSV如何更直观地表达色相、饱和度和明度，对于进行准确的色彩表现至关重要。 色彩混合与叠加： 探讨加法混色（RGB）和减法混色（CMYK）的机制，以及它们在数字合成与印刷中的具体应用。理解不同颜色混合后的视觉效果，有助于创造更具表现力的画面。 色彩心理学与情感传达： 色彩不仅仅是视觉上的刺激，更承载着丰富的情感与文化含义。本章将介绍色彩的情绪联想，如红色代表热情与危险，蓝色象征冷静与忧郁等，以及如何利用色彩搭配来引导观众的情绪，增强作品的表现力。 色调、饱和度、明度（HSV）的调整： 深入理解HSV模型在色彩控制中的应用。学习如何通过精确调整色相、饱和度和明度来获得所需的色彩效果，并掌握色彩平衡、对比度、亮度等基本调整工具的使用。 第三章：数字图像处理的基础 图像的构成与表示： 深入了解数字图像的本质——像素网格。理解像素的颜色值、分辨率、位深度等概念，以及它们如何共同决定图像的质量和信息量。 基本的图像增强技术： 学习如何通过调整亮度、对比度、色阶、曲线等工具来改善图像的视觉效果，修复曝光不足或过度的问题，使图像更加清晰、生动。 滤波器的原理与应用： 探索各种滤波器的作用，如锐化滤波器用于突出细节，模糊滤波器用于柔化边缘或营造景深，降噪滤波器用于去除图像中的杂点。理解卷积运算是实现这些滤波效果的核心。 图像的变换与变形： 学习如何对图像进行旋转、缩放、裁剪、扭曲等操作，以达到构图、创意或修复的目的。 图层的概念与管理： 理解图层是数字图像处理中最重要的概念之一。图层允许将图像的不同元素进行分离和独立编辑，极大地提高了创作的灵活性和效率。 第二部分：数字艺术的实践——创作与工具应用 理论知识是基础，而实践应用才能将创意化为现实。本部分将聚焦于数字艺术创作中常用的软件工具和核心技术，指导您动手实践，掌握创作流程。 第四章：二维图形绘制与设计 矢量图形软件（如Adobe Illustrator, Inkscape）的核心功能： 掌握钢笔工具、形状工具、路径编辑等核心功能，学习如何创建、组合和修改矢量对象。理解矢量图形的优势在于其可无限缩放和易于编辑的特性。 位图编辑软件（如Adobe Photoshop, GIMP）的精髓： 深入理解画笔工具、选区工具、图层混合模式、蒙版等核心功能。学习如何进行精细的图像修饰、合成、绘制，以及如何运用滤镜和调整工具来增强图像表现力。 插画风格的探索与实践： 结合软件工具，探讨不同插画风格的特点，如扁平化、写实、水彩、赛博朋克等。指导您如何通过色彩、线条、构图等元素来塑造独特的个人风格。 UI/UX设计元素的应用： 学习如何在数字作品中考虑用户界面和用户体验。理解色彩搭配、布局、图标设计、信息层级等元素对作品易用性和吸引力的影响。 第五章：三维建模与场景构建 三维建模软件（如Blender, Maya, 3ds Max）的界面与基础操作： 熟悉软件的视图导航、基本工具（如创建基本体、编辑顶点、边、面）以及常用快捷键，为建模打下坚实基础。 多边形建模技术： 掌握通过细分、挤压、倒角、切片等操作构建复杂三维模型的方法。学习如何优化模型拓扑结构，以实现更好的渲染效果和动画表现。 雕刻与数字绘画： 探索ZBrush等雕刻软件的强大功能，用于创建细节丰富、造型逼真的有机模型，如角色、生物等。结合数字绘画技术，为模型添加纹理和细节。 材质与纹理贴图： 理解PBR（基于物理的渲染）材质模型，学习如何创建和应用各种纹理贴图（如颜色贴图、法线贴图、粗糙度贴图、金属度贴图），赋予模型真实的光泽、质感和细节。 场景搭建与布局： 学习如何将多个模型组合成一个完整的场景，并通过灯光、摄像机、环境等元素来营造氛围和空间感。 第六章：数字渲染与视觉呈现 渲染器的原理与类型： 了解光线追踪、光栅化渲染等不同的渲染技术，以及它们在图像生成过程中的作用。 灯光与阴影的模拟： 深入学习不同类型的光源（如点光源、聚光灯、定向光、环境光）的特性，以及它们如何影响场景的明暗关系、立体感和氛围。理解阴影的生成与表现是真实感渲染的关键。 摄像机设置与构图： 学习如何调整摄像机的焦距、景深、曝光等参数，以获得最佳的视觉效果。掌握构图原则，如三分法、黄金分割等，使画面更具美感和叙事性。 渲染参数的优化： 理解采样率、全局光照、抗锯齿等渲染参数对最终图像质量和渲染时间的影响，学会根据项目需求进行权衡和优化。 后期合成与调色： 学习使用后期软件（如Adobe After Effects, Nuke）对渲染出的图像进行合成、调色、添加特效等操作，进一步提升作品的视觉冲击力和艺术表现力。 第七章：数字动画的基础与原理 关键帧动画： 理解关键帧动画的核心概念，即在时间轴上设置物体状态的变化，由软件自动计算中间帧，实现平滑的运动。 动画曲线与缓动： 学习如何编辑动画曲线来控制物体运动的速度和节奏，理解缓入缓出（Easing）的概念，使动画更具生命力和自然感。 骨骼绑定与蒙皮： 掌握为三维模型创建骨骼系统，并将其与模型表面进行连接（蒙皮）的技术。这是实现角色动画的基础。 动画循环与运动规律： 探讨不同类型动画的运动规律，如弹性、碰撞、惯性等，以及如何通过观察现实世界来捕捉和模拟这些规律。 简单的运动捕捉与面部动画： 介绍运动捕捉技术的基本原理，以及如何利用面部绑定和表情设置来实现生动的人物表情。 第三部分：进阶探索与未来展望 在掌握了基本原理和实践技巧之后，本部分将引导读者进一步探索数字艺术的深度，并展望其未来的发展方向。 第八章：特效技术与实时渲染 粒子系统与模拟： 学习如何创建和控制粒子系统，模拟烟、火、水、雨等自然现象，为场景增添动感和真实感。 物理模拟： 探索布料、流体、刚体等物理模拟技术，让物体在虚拟环境中遵循真实的物理定律，产生逼真的碰撞、形变和运动。 实时渲染技术： 深入了解游戏引擎（如Unity, Unreal Engine）中实时渲染的原理，以及如何优化模型、材质和灯光以实现高效流畅的视觉效果。 VR/AR内容创作基础： 简要介绍虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的基本概念，以及数字艺术在这些新兴领域中的应用与挑战。 第九章：数字艺术的行业应用与职业发展 游戏开发中的角色与场景设计： 探讨数字艺术在游戏制作流程中的各个环节，包括角色建模、场景搭建、特效制作等。 影视动画与视觉特效： 深入了解电影、电视剧中使用的各种数字艺术技术，如三维动画、后期合成、数字绘景等。 建筑可视化与产品设计： 学习数字艺术如何用于建筑方案的展示、室内设计的效果图制作，以及产品原型的高精度可视化。 数字出版与交互媒体： 探索数字艺术在书籍插画、广告创意、交互式装置艺术等领域的应用。 职业路径与学习资源： 为读者提供关于数字艺术相关职业的建议，并推荐进一步学习的途径和资源。 结论 《数字艺术原理与实践》旨在为您提供一条清晰的学习路径，让您不仅能够理解数字艺术背后的科学与艺术原理，更能通过系统的实践训练，掌握创作的利器。从二维的精妙线条到三维的宏伟场景，从静态的图像到动态的动画，您将一步步解锁数字世界的无限可能。愿本书成为您踏入数字艺术殿堂的得力助手，助您在创意无限的领域中，描绘出属于您自己的精彩篇章。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧质感非常棒，纸张的触感很舒服，印刷清晰，即使是复杂的图表和公式也能看得非常清楚。我是一个对细节有一定要求的人，所以这本书给我的第一印象非常好。我一直觉得，一本好的技术书籍，除了内容的深度和广度，其呈现形式同样重要。我对手绘建模和数字雕塑有着浓厚的兴趣，希望这本书能够在这个方向上有所启发。虽然书名是“计算机图形学与动画技术”，但我更关注的是它如何将艺术的理念融入到技术之中，如何通过技术手段来表达创意和情感。比如，在动画技术的部分，我希望能看到一些关于角色动画原理、运动捕捉技术或者表情合成的介绍，这些都是让虚拟角色“活”过来的关键。我也对物理模拟动画很感兴趣，比如粒子系统、流体模拟等等，这些技术能够极大地提升动画的真实感和表现力。总之，我希望这本书能给我带来一些在艺术创作方面的新思路和新工具。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对视觉艺术和技术融合充满热情的设计师，这本书的出现，无疑为我打开了一扇新的大门。我一直着迷于那些能够跨越现实与虚拟界限的视觉作品，无论是震撼人心的电影特效，还是身临其境的游戏场景，都让我惊叹于技术的力量。我特别期待书中能深入探讨如何将艺术理论与计算机图形学技术相结合，例如色彩理论在着色器中的应用，或者构图原理在三维场景布局中的体现。对于动画技术，我同样充满期待。我希望能了解如何通过技术手段赋予虚拟角色生命力，从细腻的面部表情到流畅的肢体语言，每一个细节都至关重要。我也对程序化内容生成（PCG）技术很感兴趣，这是否意味着我们可以用代码创造出无限可能的虚拟世界？总之，我希望这本书能为我提供更广阔的视野，激发我更多的创作灵感，让我能够更好地将艺术创意转化为令人惊叹的视觉体验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的厚度适中，内容涵盖的面也很广，从基础的渲染管线到高级的动画技术，似乎都涉猎到了。我一直以来都对游戏引擎背后的技术原理感到非常好奇，尤其是那些能够让游戏画面达到电影级别逼真度的技术。我期待这本书能详细解释一些核心概念，例如PBR（Physically Based Rendering）材质的原理，以及如何通过光照模型来模拟真实世界的光影效果。此外，对于动画技术，我也非常感兴趣。我希望书中能够介绍一些关于骨骼动画、动作捕捉以及关键帧动画的制作流程，让我了解如何让一个虚拟角色拥有自然流畅的动作。我也想知道，在制作大型3D动画场景时，是如何进行高效的场景管理和资源优化的。总而言之，我希望这本书能为我打开一扇通往游戏开发和3D动画制作世界的大门，让我能够更深入地理解其中的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我一种非常扎实的感觉，从目录的编排就可以看出作者在内容上的深耕。我一直对计算机图形学的底层原理非常着迷，例如多边形建模、纹理映射、光照计算等等，这些构成了我们今天看到的虚拟世界的基础。我希望能在这本书中找到对这些基础概念的清晰阐述，以及它们是如何在实际应用中发挥作用的。同时，我对实时渲染技术的发展趋势也很关注，比如光线追踪技术是如何从学术研究走向商业应用，以及它对游戏和VR/AR体验带来的革命性改变。在动画技术方面，我特别好奇如何通过算法和数学模型来模拟现实世界的物理现象，例如布料的飘动、流体的运动，以及爆炸效果的生成。我相信，这本书能够帮助我建立起对计算机图形学与动画技术更全面、更深入的理解，也可能为我未来的学习和研究方向提供一些宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书封面设计就充满了科技感，深邃的蓝色背景搭配流动的光线，隐约勾勒出三维空间的形状，让人立刻联想到计算机图形学那一串串令人着迷的代码和精妙的算法。我一直对视觉特效和游戏开发有着浓厚的兴趣，总觉得能够将想象中的世界具象化是一件极其酷炫的事情。翻开目录，看到“光线追踪”、“着色模型”、“几何变换”这些词汇，我仿佛已经能看到那些在屏幕上栩栩如生的画面是如何一步步被创造出来的。虽然我不是专业的程序员，但对于其中的原理和技术革新总是充满了好奇。我相信这本书不仅仅是为专业人士准备的，它更像是一扇窗户，让我们得以窥探这个日新月异的领域，了解那些在幕后默默工作的工程师和艺术家是如何将数字转化为艺术。我尤其期待书中能够有一些关于实时渲染技术发展的介绍，毕竟，流畅的游戏画面和逼真的电影特效都离不开这些技术的支撑。这本书的名字就如同一个承诺，承诺着一段关于虚拟世界构建的奇妙旅程。