计算机图形学

第0章 计算机图形学导论

0.1 计算机图形学的系统理论

0.2 计算机图形学研发的多种开发工具

0.3 计算机图形学的应用

0.4 计算机图形学学科当前的研究热点与发展方向

0.5 计算机图形学学习的参考资料

本章小结： 建设成熟的课程教学内容是搞好课程教学工作的前提

习题0

上篇 二维图形学基础

第1章 线段图形的描述与生成

1.1 直线的描述与生成

1.1.1 直线的简单微分算法

1.1.2 直线的整数算法

1.2 圆与椭圆的描述与生成

1.2.1 圆的角度微分法

1.2.2 椭圆的角度微分法

1.3 自由曲线的描述与生成

1.3.1 三次样条曲线

1.3.2 三次参数样条曲线

1.3.3 贝齐埃曲线

1.3.4 B样条曲线

1.4 矢量字符的描述与生成

本章小结： 直线与曲线的描述、 建模与生成

习题1

第2章 实面积图形的描述与生成

2.1 多边形的描述与填充

2.1.1 多边形的定义与性质

2.1.2 多边形的填充原理

2.1.3 多边形的（YX）填充算法

2.1.4 多边形的Y-X填充算法

2.1.5 多边形的优先级填充算法

2.2 直线的反走样显示处理技术

2.2.1 反走样直线的面积采样生成算法

2.2.2 反走样直线的加权面积采样生成算法

本章小结： 多边形的描述、 建模、 生成与直线的反走样显示技术

习题2

第3章 图形的基本运算

3.1 图形的几何变换

3.1.1 几何变换常用的齐次坐标变换矩阵

3.1.2 二维图形的连续几何变换

3.2 图形的布尔运算

3.2.1 正则布尔运算公式

3.2.2 A， B多边形之间的相互关系， 对生成新多边形的影响

本章小结： 图形建模方法的提升

习题3

第4章 图形的观察运算

4.1 图形的开窗

4.1.1 图形学中常用的坐标系

4.1.2 窗口、 视区及图形的窗视坐标变换

4.2 图形的裁剪

4.2.1 点与字符的裁剪

4.2.2 直线的裁剪

4.2.3 曲线的裁剪

4.2.4 实面积多边形的裁剪

本章小结： 图形数据输出显示的完整处理过程

习题4

第5章 图形数据与命令的输入

5.1 图形数据输入常用的编程处理方法

5.1.1 利用高级图形专用语言编程输入图形数据

5.1.2 利用图形输入设备交互输入图形数据

5.1.3 图形标准为图形数据输入提供的交互处理方法

5.2 光栅扫描图形显示器常用的交互输入处理技术

5.2.1 光栅扫描图形显示器的工作原理与软件功能

5.2.2 图形的定位、 拾取、 命令选择等交互输入处理技术

5.3 图形系统交互设计的基本方法

5.3.1 图形系统交互设计的重要性与发展

5.3.2 图形系统交互设计的基本方法

本章小结： 提高向计算机输入数据的效率， 是人们编程追求的目标之一

习题5

第6章 图形的数据结构

6.1 复合图形元素

6.1.1 图形组

6.1.2 重复图

6.2 图形的基本编辑功能

6.3 图形系统的数据结构与数据处理流程

本章小结： 图形软件系统的构建原理

习题6

下篇 三维图形学基础

第7章 照相机模型的建立与三维几何图形的显示

7.1 三维图形几何模型的几何变换

7.2 三维图形几何模型的投影（用矩阵方式描述光线的传播过程）

7.2.1 三维图形几何模型常用的坐标系

7.2.2 平行投影的基本原理与描述方法

7.2.3 正透视投影的基本原理与描述方法

7.3 照相机模型功能描述方法

7.3.1 照相机模型的两种观察空间与描述方法

7.3.2 三维直线的平行投影显示在照相机模型中的实现方法

7.3.3 三维直线的透视投影显示在照相机模型中的实现方法

本章小结： 照相机模型显示三维图形的原理

习题7

第8章 平面物体几何模型的构建与图形显示

8.1 平面物体的描述与数据结构

8.1.1 平面物体的几何信息与拓扑信息

8.1.2 平面物体几何模型常用的表示方法

8.1.3 平面物体几何模型常用的数据结构

8.2 平面物体的全剖切运算

8.2.1 全剖面的定义与平面物体的顶点分类

8.2.2 被剖物体有效剖面的形成

8.2.3 被剖平面物体截面的形成

8.2.4 形成新的剖面体

8.3 平面物体的集合运算

8.3.1 求交

8.3.2 分类

8.3.3 合并

8.4 平面物体线框模型的真实感图形显示——隐藏线的消除

8.5 平面物体表面模型的真实感图形显示——隐藏面的消除

8.5.1 Z缓冲器算法

8.5.2 扫描线深度缓存算法

8.5.3 间隔扫描线算法

8.5.4 Warnock算法

8.5.5 多边形的BSP算法

8.5.6 A缓冲器算法

本章小结： 平面物体几何建模与图形显示方法的成熟

习题8

第9章 曲面物体几何模型的构建基础与线框模型图形显示

9.1 三维物体几何模型常用的描述方法

9.1.1 八叉树表示法

9.1.2 扫描表示法

9.1.3 边界表示法

9.1.4 元球表示法

9.1.5 蒙皮表示法

9.1.6 物体几何模型表示方法的选择

9.2 曲面物体的几何造型

9.2.1 常用曲面的数学描述函数

9.2.2 几何造型中的相交计算问题

9.2.3 用旋转曲面以及贝齐埃曲线、 曲面构建茶壶的几何模型

9.3 曲面物体线框模型的图形显示

9.3.1 曲面物体轮廓线的定义与图形显示

9.3.2 用等值线方法显示曲面物体的几何形状

本章小结： 曲面物体几何模型的构建与图形显示任重而道远

习题9

第10章 灯光模型的建立与光照物体的图形显示

10.1 灯光物理模型

10.1.1 光源与光线几何模型

10.1.2 颜色

10.1.3 颜色模型

10.2 物体的照明模型

10.2.1 物体的简单光照模型

10.2.2 透明体的透明模型

10.3 曲面物体表面模型的真实感图形显示

10.3.1 曲面物体、 透明物体表面的着色处理

10.3.2 物体表面的纹理显示（逐点仿真光线照射物体表面产生的反光显示效果）

10.3.3 物体的阴影显示

10.4 高度真实感图形的显示技术

10.4.1 整体光照模型与光线跟踪算法

10.4.2 辐射度算法（仿真漫射光传播确定物体表面的色彩与亮度）

本章小结：用仿真光线传播的方法生成像照片一样的三维真实感图形

习题10

第11章 OpenGL图形标准与应用

11.1 OpenGL的基本功能与工作原理

11.2 Windows中OpenGL编程的环境设置与语法约定

11.3 OpenGL中读写一个像素点的实现方法

11.4 OpenGL用几何与材质参数、 灯光与照相机参数描述并显示光照物体图形

11.5 OpenGL的堆栈与图形的几何变换

11.6 OpenGL的纹理与物体表面光滑纹理的图形显示

11.7 OpenGL的交互输入与拾取

本章小结：调用图形标准轻松实现三维图形的实时显示

本教材界定重要专业术语索引

参考文献

《计算机图形学：理论、工具与应用（第3版）/“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材》分为两个篇章，分别对二维图形学和三维图形学基础进行了讲解，主要包括计算机图形学导论、图形的描述与生成、图形的基本运算、图形的观察运算、图形的数据结构以及平面物体、曲面物体、灯光模型的构建与显示和OpenGL图形标准与应用等内容。同时，本书提出了改革国内外计算机图形学以图形标准为主的教学模式的相关建议，界定了计算机图形学的学科内涵与计算机科学的学科结构，明确了计算机图形学作为可视化与物理仿真应用程序在计算机科学中的地位与作用，构建了计算机图形学“理论（软件系统、建模、仿真、程序设计）、工具（OpenGL图形标准）与应用（3D动画）”3个学科形态的教材新体系，形成了面向科学思维的教学方法。
　　全书配套有电子课件、算法程序源代码等教学资源，供教师教学参考。
　　《计算机图形学：理论、工具与应用（第3版）/“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材》可作为高等院校计算机、信息处理、数学、物理、机械、地理、土木工程等专业的本科生与研究生，掌握计算机程序设计的基本方法、计算机仿真入门并进行计算思维训练的重要教科书。