实用计算机图形学

第1章 图形学概述

1.1 计算机图形学发展背景

1.1.1 计算机图形学相关概念

1.1.2 计算机图形学的发展

1.1.3 计算机图形学主要研究内容

1.2 计算机图形学应用

1.2.1 计算机动画

1.2.2 计算机辅助设计与制造

1.2.3 虚拟现实与计算机仿真

1.2.4 科学计算可视化

1.3 计算机图形系统构成

1.3.1 图形系统功能及组成

1.3.2 图形系统的硬件组成

1.3.3 图形软件系统

1.4 颜色模型

1.4.1 物体的颜色

1.4.2 颜色空间与色度图

1.4.3 常用颜色模型

1.5 本章小结

实践与探究

第2章 本书案例项目简介

2.1 工程项目引入

2.2 VC绘图基础

2.2.1 VC环境介绍

2.2.2 MFC应用程序框架结构

2.2.3 VC绘图入门

2.3 基于VC的CGIS集成系统

2.3.1 CGIS系统框架设计

2.3.2 集成系统实现

2.4 OpenGL编程基础

2.4.1 OpenGL介绍

2.4.2 OpenGL绘图入门79 2.5 基于OpenGL的真实感图形渲染

2.5.1 VC环境下OpenGL编程

2.5.2 真实感图形渲染

2.6 本章小结

实践与探究

第3章 基本图形的生成与显示

3.1 直线的生成

3.1.1 数值微分法

3.1.2 中点画线法

3.1.3 Bresenham画线法

3.2 圆与椭圆的生成

3.2.1 简单画圆法

3.2.2 中点画圆法

3.2.3 Bresenham画圆法

3.2.4 中点画椭圆法

3.3 字符的生成

3.3.1 点阵字符

3.3.2 矢量字符

3.4 反走样技术

3.4.1 走样现象

3.4.2 反走样技术

3.5 平面图形填充

3.5.1 区域的表示及类型

3.5.2 有效边表填充法

3.5.3 边填充法

3.5.4 种子填充法

3.6 基本图形生成的系统实现

3.6.1 直线生成算法的实现

3.6.2 椭圆生成算法的实现

3.6.3 多边形有效边表填充算法的实现

3.7 本章小结

实践与探究

第4章 二维图形变换及裁剪

4.1 图形变换基础

4.1.1 与图形相关的坐标系

4.1.2 齐次坐标

4.1.3 窗口到视区的转换

4.1.4 矩阵的乘法运算

4.1.5 二维几何变换矩阵

4.1.6 二维图形几何变换的计算

4.2 二维基本几何变换

4.2.1 恒等变换

4.2.2 平移变换

4.2.3 比例变换

4.2.4 旋转变换

4.2.5 对称变换

4.2.6 错切变换

4.3 二维复合变换

4.4 二维图形裁剪

4.4.1 点的裁剪

4.4.2 线段裁剪

4.4.3 多边形裁剪

4.4.4 字符裁剪

4.5 二维变换及裁剪的系统实现

4.5.1 二维图形变换的实现

4.5.2 二维图形裁剪的实现

4.6 本章小结

实践与探究

第5章 三维图形变换

5.1 三维图形变换概述

5.1.1 三维几何变换

5.1.2 三维几何变换矩阵

5.2 三维基本几何变换

5.2.1 平移变换

5.2.2 比例变换

5.2.3 旋转变换

5.2.4 对称变换

5.2.5 错切变换

5.3 三维复合变换

5.3.1 相对于任意点的三维变换

5.3.2 绕空间任意轴的三维变换

5.4 投影变换

5.4.1 投影变换概述

5.4.2 正投影

5.4.3 轴测投影

5.5 透视投影

5.5.1 透视投影概述

5.5.2 用户坐标系到观察坐标系的变换

5.5.3 观察坐标系到屏幕坐标系的变换

5.5.4 透视变换

5.6 三维变换的系统实现

5.6.1 平行投影的实现

5.6.2 透视投影的实现

5.7 本章小结

实践与探究

第6章 曲线曲面

6.1 曲线曲面概述

6.1.1 样条曲线曲面

6.1.2 样条曲线曲面的发展

6.1.3 曲线曲面的生成

6.1.4 曲线曲面的表示

6.1.5 曲线的连续性条件

6.2 三次Hermite样条曲线

6.3 Bézier曲线曲面

6.3.1 Bézier曲线的定义

6.3.2 Bézier曲线的性质

6.3.3 常用Bézier曲线的表示

6.3.4 Bézier曲线的拼接

6.3.5 Bézier曲线的正算与反求

6.3.6 Bézier曲面

6.4 B样条曲线曲面

6.4.1 B样条曲线的定义

6.4.2 B样条曲线的性质

6.4.3 B样条曲线分类

6.4.4 NURBS曲线

6.4.5 B样条曲面

6.5 样条曲线的系统实现

6.5.1 Bézier曲线的实现

6.5.2 B样条曲线的实现

6.6 本章小结

实践与探究

第7章 消隐

7.1 消隐的基本概念

7.1.1 什么是消隐

7.1.2 消隐的分类

7.2 线消隐

7.3 面消隐

7.3.1 深度缓冲区（Z-buffer）算法

7.3.2 深度排序算法（画家算法）

7.3.3 扫描线算法

7.3.4 区域细分算法（Warnock算法）

7.3.5 其他常用算法

7.4 基于OpenGL的隐藏面消隐

7.4.1 系统构架

7.4.2 算法分析与设计

7.4.3 系统实现

7.5 本章小结

实践与探究

第8章 真实感图形显示

8.1 三维形体的表示

8.1.1 三维模型基础

8.1.2 传统几何造型方法

8.1.3 非传统造型技术

8.2 光照模型

8.2.1 光源特性与物体表面特性

8.2.2 光照模型简介

8.2.3 阴影生成

8.2.4 光线跟踪算法简介

8.3 物体的纹理显示

8.3.1 表面图案的描绘

8.3.2 凹凸纹理的描绘

8.4 基于OpenGL的纹理贴图

8.4.1 系统构架

8.4.2 算法分析与设计

8.4.3 系统实现

8.5 本章小结

实践与探究

后记

参考文献

本书以先进的工程教育理念为指导，设计了贯穿于核心章节的一体化案例，展示出“基本图形的生成与显示”、“二维图形变换及裁剪”、“三维图形变换”、“曲线与曲面”等图形学核心内容的算法原理与项目实现方法；为了更好地理解真实感图形绘制，在“消隐”和“真实感图形”两章中展示了基于OpenGL的真实感图形渲染，有兴趣的读者在学习完这两章后可深入探究；在第2章“本书案例项目简介”中专门对VC和OpenGL环境及绘图基础进行了讲解，目的是使不熟悉环境的读者也能方便地使用本书；第1章的“图形学概述”向读者介绍了图形学技术的产生、发展、应用情况以及常用的颜色模型等。本书融理论知识、实验操作以及深入探究的内容于一体，书中所有程序均通过运行调试，各章后面的“实践与探究”中“实践”即是对本书中的案例系统进行模拟，认真理解与实践后可实现第2章所展示的效果。读者若能进一步深入学习“探究”中的内容，并能付诸实践，即可得到较好的创新锻炼，其编程能力与图形设计水平将有较大提升。本书既可作为普通高校计算机科学与技术、信息处理、艺术设计等专业的计算机图形学教材或教参，也可作为工程技术人员或图形学爱好者的自学用书，还可以作为相关图形技术培训的参考教材。