计算机图形学

出版说明

前言

第1章绪论

1.1计算机图形学研究领域

1.1.1图形概念

1.1.2计算机图形学研究内容

1.1.3计算机图形学与相关学科的关系

1.2计算机图形学应用领域

1.2.1计算机辅助设计与制造（CAD／CAM）

1.2.2计算机仿真和模拟

1.2.3娱乐动画

1.2.4地理信息系统

1.3计算机图形学的发展

1.3.1计算机图形学的诞生（1950～1960）

1.3.2线框图形学（1960～1970）

1.3.3光栅图形学（1970～1980）

1.3.4真实感图形学（1980～1990）

1.3.5实时图形学（1990～至今）

1.4习题

第2章图形系统

2.1图形系统概述

2.1.1图形系统组成结构

2.1.2图形系统分类

2.2图形硬件显示原理

2.2.1图形显示设备及工作原理

2.2.2图形显示方式

2.2.3光栅扫描图形显示系统

2.3图形系统的体系结构

2.3.1概述

2.3.2应用程序阶段

2.3.3几何处理阶段

2.3.4光栅阶段

2.4图形支撑软件

2.4.1OpenGL

2.4.2DirectX

2.4.3Java2D和3D

2.5习题

第3章基本图形光栅化

3.1直线光栅化

3.1.1DDA画线算法

3.1.2中点画线算法

3.1.3Bresenham画线算法

3.2圆的光栅化

3.2.1圆的八对称性

3.2.2中点画圆算法

3.2.3Bresenham画圆算法

3.3区域填充

3.3.1多边形填充算法

3.3.2边填充算法

3.3.3种子填充算法

3.4字符表示

3.4.1点阵字符

3.4.2矢量字符

3.5反走样

3.5.1光栅图形走样

3.5.2常用反走样技术

3.6习题

第4章实体造型与曲线曲面

4.1三维实体表示基础

4.1.1基本几何元素

4.1.2几何信息与拓扑信息

4.1.3实体定义

4.2三维实体表示方法

4.2.1边界表示

4.2.2扫描表示

4.2.3构造实体几何表示

4.2.4空间细分表示

4.3三次参数曲线

4.3.1基本知识

4.3.2Hermite曲线

4.3.3Bezier曲线

4.3.4B样条曲线

4.4双三次参数曲面

4.4.1Coons曲面

4.4.2Bezier曲面

4.4.3B样条曲面

4.4.4双三次参数曲面片的绘制

4.5习题

第5章图形变换与观察

5.1二维几何变换

5.1.1基本几何变换

5.1.2齐次坐标

5.1.3变换矩阵功能分区

5.1.4复合变换

5.2三维几何变换

5.2.1基本几何变换

5.2.2复合变换

5.3投影变换

5.3.1基本概念

5.3.2平行投影

5.3.3透视投影

5.4三维观察流程

5.4.1坐标系统

5.4.2建模变换

5.4.3观察变换

5.4.4投影变换

5.4.5窗口视区变换

5.5裁剪

5.5.1点的裁剪

5.5.2直线裁剪

5.5.3多边形裁剪

5.5.4其他裁剪

5.6OpenGL中的图形变换

5.6.1视点变换与模型变换

5.6.2投影变换与视口变换

5.7习题

第6章交互技术

6.1基本交互技术

6.1.1定位

6.1.2选择

6.1.3数值输入和文字输入

6.2高级交互技术

6.2.1分组与图层

6.2.2几何约束

6.2.3拖动、旋转、缩放与形变

6.2.4橡皮筋

6.2.5双缓存

6.2.6全图的漫游、缩放

6.2.7三维交互

6.3习题

第7章消隐

7.1概述

7.1.1消隐的定义

7.1.2消隐算法的分类

7.1.3消隐的基本原则

7.2多面体的消隐算法

7.2.1多面体消隐

7.2.2任意多面体的消隐

7.3深度缓冲器算法

7.3.1算法基本思想

7.3.2算法描述

7.3.3深度值的计算

7.3.4深度缓冲器算法特点

7.4扫描线深度缓存算法

7.4.1算法基本思想

7.4.2算法描述

7.4.3扫描线与多边形面片求交算法的实现

7.4.4扫描线消隐算法特点

7.5画家算法

7.5.1画家算法的基本思想

7.5.2深度优先级表的建立

7.5.3深度优先级冲突解决的排序算法

7.5.4画家算法的特点

7.6光线追踪算法（RayCasting）

7.6.1算法基本思想

7.6.2算法描述

7.7习题

第8章真实感图形绘制

8.1简单光照明模型

8.1.1基本光学原理

8.1.2环境光

8.1.3漫反射光

8.1.4镜面反射光

8.1.5Phong光照明模型

8.2多边形绘制

8.2.1恒定光强的多边形绘制

8.2.2双线性光强明暗处理

8.2.3双线性法向明暗处理

8.3透明与阴影

8.3.1透明处理

8.3.2阴影

8.4纹理与纹理映射

8.4.1纹理概述

8.4.2常见纹理映射技术

8.5整体光照模型和光线跟踪

8.5.1整体光照模型

8.5.2Whitted光照模型

8.5.3光线跟踪算法

8.6实时真实感图形学技术

8.6.1层次细节显示和简化

8.6.2基于图像的绘制技术

8.7OpenGL光照

8.7.1OpenGL颜色模型

8.7.2光源

8.7.3光照模型

8.7.4材质和纹理

8.8习题

附录

附录A线性代数基础知识

A.1矢量及其运算

A.2矩阵及其运算

附录B课程实验指导

B.1实验总体方案

B.2实验具体方案

附录C模拟试题及参考答案

模拟试题A

模拟试题B

模拟试题A参考答案

模拟试题B参考答案

参考文献

　　本书是为适应高等院校本科“计算机图形学”课程教学需要而编写的一本教材。目前，图形学方面的教材根据内容可分为两类：一类是讲解图形学基本原理和底层细节的；另一类是讲解如何使用现代图形学API如OpenGL、Direct3D和Java3D的。编者相信，无论图形学还是其他学科，传授基本原理都是正确的选择。基于此观点，本书定位于前一种类型。它面向教学，面向本科，理论与应用并重，通过简洁的图形学基础理论与算法介绍，结合具体的例程，层层深入地讲解图形学基础知识及编程开发的各个要素，循序渐进地引导读者将图形学理论与实际应用相结合，为读者今后从事图形学理论研究或更大规模的图形学工程开发打下坚实的基础。　　本书系统地介绍了经典计算机图形学的基本知识、原理及相关技术，包括图形系统、经典光栅图形学、实体造型、曲线曲面、图形变换与观察、交互技术、消隐，同时还对真实感图形绘制技术作了详细的介绍。书后有3个附录，分别为图形学的相关数学基础、课程实验指导与模拟试题及答案。　　本书可作为高等院校相关专业的本科生教材，也可供从事计算机图形学或相关领域的科技人员和爱好者参考。