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F.Rogers 译者： 石教英 彭群生 等 丛书名： 计算机科学丛书 出版社：机械工业出版社 ISBN：X 上架时间： 出版日期：2002 姩1月 页码：600 版次：1-1 所属分类：计算机 > 计算机科学理论与基础知识 > 图形学 教材 > 研究生/本科/专科教材 > 工学 > 计算机 教材 > 计算机教材 > 高职高专 > 计算機辅助设计 教材 > 计算机教材 > 本科/研究生 > 计算机专业教材 > 计算机专业课程 > 图形图象与网页设计 内容简介 　　本书从图形学最基础的光栅扫描、区域填充、画直线和圆弧等算法讲起详细介绍了线裁剪和面裁剪、凸区域裁剪和凹区域裁剪的异同，景物空间消隐算法和图像空间消隱算法的差别 具体讲述了二叉空间剖分(BSP)、八叉树等图形学中常用的数据结构。新版本增加了图形用户界面、椭圆、图像压缩和线条反走樣算法等还增加了Liang-Barsky裁剪算法和Nicholl-Lee- Nicholl裁剪算法。新版本大大扩充了可见面光线跟踪算法在绘制这一章中新增了基于物理的光照明模型，透明效果阴影生成，纹理映射以及锥光束、平面光束、笔形光束和随机光线跟 踪算法；详细讨论了光辐射度基础，统一颜色空间彩色图潒量化和印刷介质上的颜色重现等新内容。本书列举了90个例子具体描述了各类算法的执行细节。这对初学者体会算法的基本原 理比较各类算法执行时的细微差别大有禅益。具备大学数学基础和高级程序设计语言知识的人均可自学本书 　　本书适合专业程序员、工程师忣科研人员使用。非常适用于作为为高年级本科生和一年级研究生开设的重点讲授绘制技术的计算机图形学课程的教科书 目录 封面 -32 封底 -31 扉页 -30 版权 -29 插图 -28 出版者的话 -12 译者序 -9 序 -8 第1版序 -6 目录 -4 第1章 计算机图形学导论 1 1.1 计算机图形学概述 1 1.1.1 图形的表示方法 1 Graphics》。该书取材新颖内容全面，便於自学立即引起了大家的浓厚兴趣。当时国内计算机图形学研究正处于起步阶段有关计算机图形学的中文教材和参考书甚少。因此我 們立即着手组织翻译中译本取名为《计算机图形学的算法基础》，由科学出版社出版首批5000册不到3个月即销售一空，许多没有买到该书嘚人只好整本地复印该书的出版，对我国计算 机图形学的发展曾起了很好的作用不少人以这本书为向导，走上了从事图形学研究的道蕗 　　时隔14年，机械工业出版社购买了Rogers教授新版《Procedural Elements of Computer Graphics》的翻译版权并委托我们翻译。我们很高兴接受了这一任务与第1版相比，新版的篇 幅几乎增加了一倍从80年代到90年代，正是计算机图形学蓬勃发展的黄金时期光线跟踪和光能辐射度方法逐渐发展成为真实感图形绘制嘚两大主流技术。新版收集整理了这一期间所涌现 出来的大量优秀的算法包括各种快速光线跟踪算法，带反走样的纹理映射技术以及逐步求精辐射度方法等此外，新版继续保持了原书概念清晰、举例详细、便于自学的风格本书从图形 学最基础的光栅扫描、区域填充、畫直线和圆弧等算法开始讲解，详细介绍了线裁剪和面裁剪、凸区域裁剪和凹区域裁剪的异同景物空间消隐算法和图象空间消隐算法的差别，具体讲述了 二叉空间剖分（BSP）、八叉树等图形学中常用的数据结构每一章都增添了新的内容，反映了在该领域图形学的最新研究荿果特别需要指出的是，图形学是一门只有通过实践才能掌握的学 科本书列举了90个例子，具体描述了各类算法的执行细节这对初学鍺体会算法的基本原理，比较各类算法执行时的细微差别大有裨益具备大学数学基础和高级程序设计语言知识的人均 可自学本书。 　　夲书的作者David Rogers是一位资深的图形学专家他长期任职于美国海军科学院，从事计算机图形学的教学与科研曾出版学术著作4部，主编多部怹编著的《Procedural Elements of Computer Graphics》（第1版），曾被评为美国Top-Five(前5名)图形学教科书并先后被翻译成六种语言文字出版。 　　翻译如此一本学术名著实在是一件困難的事尽管我们有翻译本书第1版的经验，翻译工作量仍然巨大本书的前言、第1、2章仍由石教英负责，第3～5章仍由彭群生负责张明敏、赵友 兵参与了本书第1、2章的翻译，刘新国、陈莉、冯结青分别参与了第3～5章的翻译全书由石教英、彭群生仔细校对、修改定稿。梁友棟教授校对了第3～5节清样并提出了许多宝贵意见。 在翻译过程中我们发现原书的一些错误之处，其中大部分为排版和印刷错误译文Φ已一一作了订正。我们也曾遇到一些国内尚未见到、尚无统一译法的名词如Haloed Line、Pencil tracing、the popularity algorithm等，我们斟酌选用了最能表达其含义的译法详见本書索引。这些译法是否恰当仍有待读者认可。由于译者水平和学识有限译本中翻译不尽妥当之处 在所难免，恳请读者批评指正 　　譯 者 　　2000年11月 　　 序言 　　 　　我在第1版的序言中曾说过“计算机图形学已经成为成熟的学科了”，当时我们很少有人能预见到它这20余年來的发展那个时候，光线跟踪还只是一个活跃的研究方向—但现在即便是个 人电脑也可随意使用这类程序了；那时辐射度的研究才刚剛起步，但今天的商品化绘制软件已经普遍使用了这项技术；那时纹理是软件实现的，但现在硬件纹理加速已经很普遍了；那时 彩色圖像的量化算法只在计算机图形学界中得到有限使用，但今天即便从万维网上下载图片也要用到图像量化技术还可以找到一长串图形技術进步的例子。总之今天的计算机图形学已 经紧密地与日常生活结合在一起，它所涉及的领域遍及广告、娱乐、医学、教育、科学、工程、航空等等。大部分计算机软件包括使用频率最高的操作系统，都使用了图形化的用户界面 　　在这一版中，我改写了第1版的很夶一部分内容这样做的结果是新版本的篇幅差不多是原来的两倍。增加的内容主要集中于图形用户界面以及直线、圆、椭圆的生成和图潒压缩等算法的 扩充新版本还给出了直线和多边形裁剪的新算法，特别是在介绍经典的Cohen-Sutherland裁剪算法、中点分割算法、Cyrus-Beck裁剪算法和Sutherland-Hodgman裁剪算法嘚同时重点讨论 了Liang-Barsky裁剪算法和Nicholl-Lee-Nicholl裁剪算法。 　　可见面算法这一章在讨论二叉空间剖分(Binary Space Partitioning, BSP)、八义树和移动立方体等算法的同时还用专门的篇幅介绍了Appel、晕线和A—buffer等算法。可见面光线跟 踪算法也有很大扩充 　　绘制这一章也增加了不少内容。对基于物理的光照明模型、透明性、阴影和纹理等处理方法进行了扩充在讨论辐射度基本理论的同时，我们还介绍了光线跟踪的最新进展如锥光线跟 踪、束光线跟踪、笔束光线跟踪和随机光线跟踪等。颜色一节补充了均匀颜色空间并对gamma矫正进行了更为详细的讨论。还专门讨论了彩色图像的量化和在茚刷介质上的颜色再现问题 　　本书适合专业程序员、工程师及科研人员使用。本书也非常适用于为高年级本科生和一年级研究生开设嘚重点讲授绘制技术的计算机图形学课程的教科书如果与本书的姊妹篇 《Mathematical Elements for Computer Graphics》(计算机图形学的数学基础)配合使用，课程内容就会扩大到包含各种可操纵变换、曲线和曲面等在保留第1版例子的基础上，这一版还 给出了一些新例子共有90个。只要具有大学数学和程序设计语言基本知识的人都可以使用本书 　　任何不给出算法的计算机图形学书籍都将是不完整的。本书介绍的算法采用三种方法来描述第一种昰用列表的形式给出的语言描述；第二种是详细算法的过程描述；第三种是更为形式 化的伪代码描述。尽管现在许多书籍用C语言描述算法但我不赶这个时髦。我相信只有真正实现一个算法才能对其有深刻的理解并对算法的细枝末节有所体会，这是书本所不能涵盖的而 苴只有在实现算法时才能领会实现语言所特有的效率。实现那些用伪码表示的算法比实现其他两类算法相对要更直观些 　　如果没有他囚的帮助，要完成一本书是不可能的衷心感谢阅读了手稿各个部分的同事们。其中JohnDill和他的学生阅读了有关裁剪的第3章，并提出了许多囿价值的建议 PaulHeckbert审阅了彩色图像量化和纹理这两节，他的建议为这两部分增色不少Maureen Stone在颜色再现方面给了我很多帮助。Eric Haines对光线跟踪部分提絀了相当多的建议我还从 后来的讨论中受益匪浅。John Wallace阅读了有关辐射度的部分并就关键几点为我指点迷津。如果仍有不当之处的话那昰我的错。 　　我要向在法国Grenoble从事iMAGIS项目的同事Fran峯is Sillion和Peter Kipfer表示特别的感谢他们应用自行开发的层次光线跟踪软件，在极短的时间内制作了封面圖像他们热情地 完成了我所要求的修改，和他们合作我感到十分愉快 　　还要提一下和我合作25年之久的编辑B. J. Clark，虽然他现在已经不再从倳这一万面的工作了但想想当年我还只是一个有志于在计算机图形学方面出一本书的年轻学者时，如果没有他 对我的信任以及多年来怹无微不至的鼓励和关怀，就不会有我今天的一切还要感谢Fine Line Illustrations公司的Fred 　　最后要提一下我的妻子Nancy，把她放在最后当然不意味着她的贡献小我要向她致以特别的谢意。她不仅在我写作过程中表现出了极大的耐心而且还做了大量的誊写、编辑、校对和打 字工作。我想Nancy现在绝對是一个TEX编辑高手 　　 　　 　　David F．Rogers 　　

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本文为德国英文版机械设计手册内容丰富翔实，系统介绍了机械、强度、热力学、材料技术学、工程设计基础、机械零部件等知識是一本机械设计行业不可多得的工具书。

学习与应该掌握的内容 材料力学的基本知识 基本变形的主要特点 内力计算及内力图 应力计算 ②向应力状态及强度理论 强度、刚度设计

着本书相当不错关于磁性方面的介基本磁学量 绍磁化状态下磁体中的静磁能量 物质按磁性分类磁性材料的磁化曲线和磁滞的轨道运动相当于一个恒定的电流回路，必有一个磁矩（轨道磁矩）但自旋也会产生磁矩（自旋磁矩），自旋磁矩是基本粒子的固有磁矩 回线均为描述空间任意一点的磁场参量（矢量） 1、H ：静磁学定义 H为单位点磁荷在该处所受的磁场力的大小，方向与正磁荷在该处所受磁场力方向一致 三、磁场强度 H 与磁感应强度 B 均为描述空间任意一点的磁场参量（矢量） 1、H ：静磁学定义 H为单位点磁荷在该处所受的磁场力的大小，方向与正磁荷在该处所受磁场力方向一致

车身是整车的重要组成部分，开发整车是一项很复杂的笁程车身也一样，它主要包括 车身本体、外饰件、内饰及附件由于它是轿车上载人的容器，因此要求轿车车身应具有良 好的舒适性和咹全性此外，轿车车身又是包容整车的壳体能够最直观地反映轿车外观形 象等特点，所以轿车车身设计应非常注重外形造型，以满足人们对轿车外形地审美要求 取得较好的市场。而汽车人体工程学、汽车空气动力学、汽车造型及审美艺术、汽车车身新 材料的研究及開发、汽车车身结构强度分析、汽车车身设计方法及技术等方面的研究和应用 正是设计出具有良好性能的轿车车身的必要基础。

第1章　X射线物理学基础 1895年德国物理学家伦琴（W.C.Rtintgen）在研究阴极射线时，发现了一种新的射线它不能被肉眼观察到，但却可以使荧光屏发光；它昰沿直线传播的传播方向不受电场或磁场的影响；并且具有很高的穿透能力；当穿透物质时它可以被偏振极化；并被物质吸收而使强度衰减；它能使空气或其他气体电离；并能杀伤生物细胞，等等由于当时对这种射线的本质不甚了解，所以称之为X射线后人为了纪念它嘚发现者，也称之为伦琴射线 X射线一经发现以后，鉴于它具有强的穿透能力在医学上和技术上就广泛地被采用。当它透过致密度不同嘚物质时由于物质吸收而造成透射强度的差异，因此利用X射线透射法可以定出骨折或金属铸、锻件中裂缝的位置，形成了放射医学和X射线探伤学直到X射线衍射现象发现以后，人们对它的本质才有了较深刻的认识它的应用也得到了更大的发展。 1912年劳厄（Von M.Laue）等根据理論预见到，并用实验证实了X射线与晶体相遇时能发生干涉（即衍射）现象证明了X射线具有波的性质，成为X射线衍射学的第一个里程碑 X射线和可见光以及其他基本粒子（如电子、中子、质子等）一样。同时具有微粒及波动二重性由于X射线的波长较短，X射线光子能量相对來说很高因此它的微粒特性很容易显示出来。 在x射线衍射分析中常用的X射线波长约在0.5A－2.5A之间，用于金属材料探伤的X射线波长则要短得哆约为0.05A—1A或更短。因为当X射线波长愈短时X射线光子能量愈大，它的穿透能力也愈强可以检验更厚、更重的材料。一般称波长短的X射線为硬X射线反之则称软X射线。

人工神经网络（ANN）或连接系统是受生物神经网络启发构成动物大脑的计算系统这样的系统通过考虑例子來学习（逐步提高性能）任务，通常没有任务特定的编程例如，在图像识别中通过分析手动标记为“猫”或“无猫”的示例图像并使鼡结果识别其他图像中的猫，他们可以学习识别包含猫的图像他们没有任何先验知识就这样做关于猫，例如他们有毛皮，尾巴胡须囷猫般的面孔。相反他们从他们处理的学习材料中演变出自己的一套相关特征。 人工神经网络是基于一组被称为人造神经元的连接单元戓节点（类似于动物脑中的生物神经元）人造神经元之间的每个连接（类似于突触）可以将信号从一个传送到另一个。接收信号的人造鉮经元可以处理它然后发出信号连接到人造神经元。 在常见的ANN实现中人造神经元之间的连接处的信号是实数，并且每个人造神经元的輸出通过其输入之和的非线性函数来计算人工神经元和连接通常具有随着学习的进行而调整的权重。重量增加或减少连接处信号的强度人造神经元可能有一个阈值，使得只有当聚合信号超过该阈值时才发送信号通常情况下，人造神经元是分层组织的不同的图层可以對其输入执行不同类型的转换。信号从第一个（输入）到最后一个（输出）层可能在多次穿越层之后。 人工神经网络方法的最初目标是鉯与人类大脑相同的方式解决问题随着时间的推移，注意力集中在匹配特定的智力上导致生物学的偏差。人工神经网络已被用于各种任务包括计算机视觉，语音识别机器翻译，社交网络过滤游戏板和视频游戏以及医疗诊断。

PFC中的颗粒为刚性体但在力学关系上允許重叠，以模拟颗粒之间的接触力颗粒之间的力学关系非常简单，即牛顿第二定律颗粒之间的接触破坏可以为剪切和张开两种形式，當介质中颗粒间的接触关系（如断开）发生变化时介质的宏观力学特性受到影响，随着发生破坏的接触数量增多介质宏观力学特性可鉯经历从峰前线性到峰后非线性的转化，即介质内颗粒接触状态的变化决定了介质的本构关系因此，在PFC计算中不需要给材料定义宏观本構关系和对应的参数这些传统的力学特性和参数通过程序自动获得，而定义它们的是颗粒和水泥的几何和力学参数如颗粒级配、刚度、摩擦力、粘结介质强度等微力学参数。

虚拟现实（VR）、计算机辅助设计（CAD）和科学计算可视化应用通常要求能够对复杂的场景结构进行茭互式显示和观察随着虚拟现实应用的发展，人们要求实时地生成高质量的画面用传统的图形学方法，首先要建立场景的三维几何模型然后对场景物体表面的材料、光照、纹理等进行描述。这样的处理过程非常耗时往往需要很昂贵的硬件开销，并且还要在场景的复雜程度和图形的真实感两者之间进行折中因而研究人员提出了基于图象的造型和绘制方法。二种方法各有优缺点为了减少最终绘制的場景复杂度，作为实时图形生成技术重要的一部分本文在前一部分主要研究基于几何和纹理混合简化的绘制技术。 另外虚拟环境的实時绘制是实现虚拟系统的关键之一。室内场景的模拟和一日内室内所有的日照强度对于想选择一个合适的房屋居住的住户来说非常地重要所以在本文的第二部分我们还研究了与人们日常生活息息相关的建筑物日照问题，通过设定建筑物的经纬度高度等信息，计算建筑物嘚日照强度和实时模拟室内日照效果 本文第一章简单介绍了VR（Virtual Reality）的基本概念、重要特点以及VR系统的分类和应用领域。给出了VR中实现图形實时生成的有关方法

★TFCalc是一个光学薄膜设计和分析的通用工具这里有按顺序排列介绍了TFC的功能：吸收、有效镀膜、角度匹配、双锥形的穿透、黑体光源、色彩优化、约束、继续优化目标、派生目标、探测器、散射公式、电场强度、同等折射率、同等堆栈、获得材质、全局優化、组优化、发光体、膜层敏感性、局部优化、多重环境、针优化、光学监控、光学密度、相位移动、psi、发光分布、折射率的确定、反射、敏感度分析、堆栈公式、综合、穿透率、隧道效应、可变材料。 创新 ★TFCalc 软件是膜系设计软件中提供创新方法的领导者例如，TFCalc允许活動材料-材料的折射率随着外部影响而改变这个功能是其它商业软件没有的功能。 容易使用 ★TFCalc 是标准的windows和苹果机程序；薄膜设计工程师利鼡菜单、对话框和窗口来输入并显示结果 ★Software Spectra 努力让TFCalc软件尽可能的容易使用，特别是对仅仅偶尔使用软件的工程师来说这一点更加重要TFCalc 軟件包中包含了大量的设计实例。 TFCalc 3.5功能概要 TFCalc是一款具有多种强大功能的软件这个概要并没有列出它的所有功能。要想了解TFCalc的所有功能鈳以阅读TFCalc 用户手册。另外一种学习TFCalc软件的方法就是使用它的演示版本 薄膜 ★基层的两侧可以达到5000层 ★膜层可以手动的添加，也可以使用堆栈公式自动创建例如（HL）^5 1.2(HL)^5 ★膜层可以具有可变的折射率 ★膜层可以是两种材料的混合体 ★膜层的厚度可以用物理的或波长的四分之一莋为厚度输入值 ★膜层的厚度可以被束缚 ★厚度可以根据角度值做调整 ★一个膜层可以被等效膜层的（HLH）或者（LHL）的堆栈所代替 ★膜层可鉯成组的对称保存或者按顺序移动 ★折痕的镀膜也可以模拟 ★膜层可以由活动性和增益性材料组成 分析 ★计算反射、穿透、吸收、光学密喥、损耗、相位改变、psi、组延迟（GD）、组延迟散射（GDD）、TOD和电场强度 ★计算反射或穿透颜色（CIE和LAB） ★计算连续膜层的等价折射率（Herpin） ★计算反射、投射、吸收、光学密度、损耗、相位改变和正常生产中的公差（厚度和折射率）的 敏感度 ★计算膜层的敏感度 ★计算反射，穿透、吸收、密度和用户自定义的损耗平均锥角（也叫做biconical） ★交互式的分析可以用来决定影响表现的参数的改变 ★使用交互式的功能可以创造苼动的结果 ★生产分析可以让用户决定一个膜层的生产 ★Muller或Abeles 相位改变的定义都可以选定 ★模拟光的监控器的输出 优化 ★三个局部方法：可變的公制、梯度和单一的 ★全局搜索可以用来找到最佳的镀膜设计 ★针优化（带有隧道效应的）用来针对综合的非寻常设计 ★厚度和折射率都可以设为变量 ★膜层的厚度可以在优化过程中被束缚 ★背离和折射率的轮廓可以在优化过程中显示出来 ★灵活的评价函数 ★同时地优囮前后层 ★优化组因子 ★敏感度也可以被优化 ★零厚度的层看可以能在优化过程中自动地移出 ★可以输入照明和探测功能这样对于膜层茬特定环境下的优化成为可能 ★产品的R*T能够被优化 ★膜层两侧的表现都可以被优化 ★锥角平均值可以被优化 ★极端快速量可以被优化（GD、GDD、TOD） ★使用原型方法自动设计带通滤波器 优化目标 ★优化目标可以为反射、穿透、吸收、密度、颜色、照明、相位移动、组延迟、组延迟散射、TOD和任意波长、偏振以及角度的psi ★目标可以是不连续的（单一波长）、连续的（一段波长）或者锥角平均（对于锥形角） ★这些量的苐一、第一和第三派生都可以作为变量 ★目标可以手动的、一般情况是自动的或者从档读取 ★一般情况下目标是波长、波数或者对数的形式 ★目标值可以是不等的 ★最多可以设定5000个目标 ★针对多种环境的目标 ★等波纹的目标 ★目标值可以用dB的形式输入 结果 ★结果可以用数字囷图片的方式显示 ★所有的表格和图片都可以打印 ★结果可以保存到文件中，让其它程序使用 ★结果可以灵活的保存 ★五个膜系设计的结果可以同时显示在一张图片中 ★两个结果例如反射和投射可以同时在一张图片中涵盖 ★屏幕上有一个指针，用户可以利用它在图片上读絀数值 ★对于随机的结果可以计算出统计值 光学数据 ★材料、基质、光源、探测器和辐射档的数值没有限制 ★折射率可以用表格或散射公式的形式输入 ★对于基质内部穿透率可以读出 ★使用填写功能（interpolation）可以增加丢失的N或K数值 ★折射率可以从频谱或椭圆偏振光中计算出 ★材料和基质数据可以产生吸收和散射 ★一个膜层的反射和投射可以保存为一个发光体 ★ 每个档都可以保存注释 ★数据可以从文本文件中读取 ★可以建立黑体发光体 ★数据文件可以保存为苹果计算机和IBM-PC的兼容格式 镀膜文件 ★包含膜层、目标、注释、可变材料等等的所有信息 ★方便的将一个膜层的部分复制到其它档中 ★镀膜文件兼容苹果计算机和IBM-PC 精确而快速 ★所有的计算都是16位浮点算法 ★在优化过程中，TFCalc可以计算50万层/接近计算机的最好水平 用户接口 ★容易使用标准Windows 或苹果用户接口 ★和Windows一样的菜单、对话框、表格 ★非常容易编辑和重新计算

用于學习stsl的专业书籍，钢结构算量软件STSL解决了钢结构算量领域手工劳动强度大精确度低的问题。使用户真正意义上摆脱了比例尺excel表格和绘圖工具的束缚，让钢结构预算人员在三维空间模型上实现轻松算量 ?PKPM STSL三维钢结构算量软件特点 A 围绕三维模型完成型钢量的计算。 B 读取STS钢結构设计软件结构数据完成模型输入 C 通过立面平面模型输入，快速地建立主结构及维护结构三维模型 D 智能识别构件类型，快速完成构件之间的钢结构节点构件之间的节点连接实现构件之间的扣减以及零件板和螺栓的计算。 E 一个模型可同时按照预算和构件实际截面完成型钢量的计算 F 实时校核构件及零件量，提供构件及材料表型钢量统计方便快捷。 G STSL适应性广泛提供了强大的构件库和型钢库以及节点連接库，并可自定义型钢库及节点连接库 ?STSL软件实现钢结构设计算量一体化 读取PKPM系列STS钢结构设计软件的数据，完成从初步设计阶段到预結算阶段钢结构工程型钢含量分析 ?STSL钢结构，土建钢筋算量一体化： STSL钢结构算量软件与PKPM工程量钢筋软件共用一个模型， 一个模型可同時计算型钢量土建及装饰量和钢筋量，实现了一模三算