计算机图形学 第二版

第 1章 计算机图形学概述 .........................１ １畅１ 计算机图形学的概念与研究内容 ..................１ １畅１畅１ 图形的概念 .........................１ １畅１畅２ 计算机图形学的研究内容 ....................２ １畅２ 计算机图形学的发展史 ......................２ １畅２畅１ 计算机图形设备和交互技术 ...................２ １畅２畅２ 计算机图形系统 ........................３ １畅２畅３ 计算机图形的标准化 ......................４ １畅３ 计算机图形学的应用 .......................５ 习题 .................................７第 2章 计算机绘图初步知识 ........................８ ２畅１ 如何在计算机上绘图 .......................８ ２畅１畅１ 计算机绘图的一般方法 .....................８ ２畅１畅２ 一般图形的显示流程 ......................９ ２畅２ OpenGL图形软件包简介 .....................１０ ２畅２畅１ 基本几何图元的绘图函数 ....................１０ ２畅２畅２ 三维坐标变换函数 ......................１１ ２畅２畅３ 投影变换函数 ........................１１ ２畅２畅４ 颜色设置函数 ........................１２ ２畅２畅５ 光照模型函数 ........................１２ ２畅２畅６ OpenGL绘图例子 ......................１２ 习题 ................................１５第 3章 计算机图形系统及硬件基础 ....................１６ ３畅１ 概述 ..............................１６ ３畅１畅１ 计算机系统中的图形设备 ....................１６ ３畅１畅２ 图形的输入输出处理流程 ....................１６ ３畅１畅３ 图形工作站与 PC机 ......................１７ ３畅２ 图形显示原理 ..........................１８ ３畅２畅１ CRT显示器 .........................１８ ３畅２畅２ 液晶显示器 .........................２６ ３畅２畅３ 等离子显示器 ........................２８ ３畅２畅４ ３种显示技术的比较 ......................２９ ３畅２畅５ 显卡 ...........................２９ ３畅２畅６ 显卡对 OpenGL的支持 .....................３１３畅３ 绘图设备 ............................３２ ３畅３畅１ 喷墨绘图机 .........................３２ ３畅３畅２ 激光打印机 .........................３２ ３畅３畅３ 笔式绘图机 .........................３３ ３畅４ 图形输入设备 ..........................３５ ３畅４畅１ 光笔 ...........................３５ ３畅４畅２ 数字化仪和手写输入板 .....................３６ ３畅４畅３ 触摸屏 ...........................３６ ３畅４畅４ 图形扫描仪 .........................３７ ３畅４畅５ 数字墨水 ..........................３８ ３畅４畅６ 数据手套 ..........................３９ ３畅４畅７ 三维鼠标 ..........................３９ 习题 ................................３９第 4章 基本光栅图形算法 ........................４１ ４畅１ 直线生成算法 ..........................４１ ４畅１畅１ 生成直线的 DDA方法 .....................４２ ４畅１畅２ 正负法 ...........................４３ ４畅１畅３ Bresenham算法 .......................４４ ４畅１畅４ 改进后的 Bresenham算法 ....................４５ ４畅２ 圆弧生成算法 ..........................４６ ４畅２畅１ 正负法 ...........................４６ ４畅２畅２ Bresenham生成圆弧的算法 ...................４８ ４畅２畅３ 圆弧的离散生成 .......................４９ ４畅２畅４ 椭圆生成算法 ........................５０ ４畅３ 多边形的填充 ..........................５１ ４畅３畅１ 多边形的表示方法 ......................５１ ４畅３畅２ 多边形填充的扫描线算法 ....................５２ ４畅３畅３ 边缘填充算法 ........................５６ ４畅３畅４ 边界标志算法 ........................５６ ４畅４ 区域填充 ............................５８ ４畅４畅１ 区域的基本概念 .......................５８ ４畅４畅２ 简单的种子填充算法 .....................６０ ４畅４畅３ 扫描线种子填充算法 .....................６０ ４畅５ 光栅图形的反走样算法 ......................６２ ４畅５畅１ 光栅图形的走样现象 .....................６２ ４畅５畅２ 提高分辨率的反走样算法 ....................６３ ４畅５畅３ 线段反走样算法 .......................６４ ４畅５畅４ 多边形反走样算法 ......................６４ 习题 ................................６５第 5章 变换和裁剪 ...........................６７ ５畅１ 变换的数学基础 .........................６７ ５畅１畅１ 点和距离 ..........................６７ ５畅１畅２ 矢量 ...........................６７ ５畅１畅３ 矩阵 ...........................６９ ５畅２ 几何变换 ............................７１ ５畅２畅１ 基本变换 ..........................７１ ５畅２畅２ 齐次坐标与变换的矩阵表示 ...................７４ ５畅２畅３ 变换的模式.........................７５ ５畅３ 裁剪 ..............................７８ ５畅３畅１ Sutherland‐Cohen算法 .....................７９ ５畅３畅２ Cyrus‐Beck算法和梁友栋 ‐Barsky算法 ...............８１ ５畅３畅３ 多边形裁剪 .........................８４ ５畅３畅４ 字符裁剪 ..........................８６ ５畅４ OpenGL中简单的变换实例 ....................８６ 习题 ................................８８第 6章 三维空间的观察.........................８９ ６畅１ 投影 ..............................８９ ６畅１畅１ 透视投影 ..........................９０ ６畅１畅２ 平行投影 ..........................９１ ６畅１畅３ 任意坐标系到观察坐标系中的变换 ................９２ ６畅１畅４ 射影变换 ..........................９５ ６畅２ 视见体到规范视见体的变换 ....................９６ ６畅２畅１ 平行投影视见体的规范化 ....................９７ ６畅２畅２ 透视投影视见体的规范化 ....................９８ ６畅３ 用三维规范体裁剪 ........................９９ ６畅４ 窗口到视口的变换 .......................１０１ ６畅５ 连续变换的处理 ........................１０２ ６畅６ OpenGL中简单图形变换实例 ..................１０３ ６畅６畅１ OpenGL中的图形变换 ....................１０３ ６畅６畅２ OpenGL中的图形变换应用举例 .................１０４ 习题 ................................１０９第 7章 人机交互绘图技术 ........................１１１ ７畅１ 基本图形输入设备和基本交互任务 ................１１１ ７畅１畅１ 基本的图形输入设备 .....................１１１ ７畅１畅２ 基本交互任务 ........................１１２ ７畅２ 人机交互输入模式 .......................１１４ ７畅２畅１ 请求模式 .........................１１４ ７畅２畅２ 样本模式 .........................１１５７畅２畅３ 事件模式 .........................１１５ ７畅２畅４ 输入方式的混合使用 .....................１１６ ７畅３ 常见辅助交互技术 .......................１１６ ７畅３畅１ 几何约束 .........................１１６ ７畅３畅２ 拖拽 ...........................１１７ ７畅３畅３ 在三视图上做三维输入 ....................１１８ ７畅３畅４ 结构平面 .........................１１９ ７畅３畅５ 新的交互技术 ........................１１９ ７畅４ OpenGL中的交互式绘图技术 ..................１２１ ７畅４畅１ 选择 ...........................１２１ ７畅４畅２ 反馈 ...........................１２４ ７畅５ 人机交互的发展 ........................１２８ 习题 ................................１２９第 8章 隐藏线和隐藏面的消除 ......................１３１ ８畅１ 可见面判断的有效技术 .....................１３２ ８畅１畅１ 边界盒 ..........................１３２ ８畅１畅２ 后向面消除 ........................１３３ ８畅１畅３ 非垂直投影转换成垂直投影 ..................１３４ ８畅２ 多面体隐藏线消除算法 .....................１３５ ８畅２畅１ 算法的基本思想 .......................１３５ ８畅２畅２ 确定边 L和多边形 E关系的技术 ................１３６ ８畅２畅３ 确定 L的可见部分 ......................１３７ ８畅３ 基于窗口的子分算法 ......................１３８ ８畅４ 基于多边形的子分算法 .....................１４０ ８畅５ z缓冲器算法和扫描线算法 ...................１４１ ８畅６ 优先级排序表算法 .......................１４４ ８畅７ 光线投射算法 .........................１４６ ８畅８ 曲面的隐藏线消除 .......................１４６ 习题 ................................１４８第 9章 简单光照明模型 .........................１５０ ９畅１ 简单光照明模型 ........................１５０ ９畅１畅１ 光源 ...........................１５０ ９畅１畅２ 材质 ...........................１５１ ９畅１畅３ 简单光照明模型 .......................１５２ ９畅２ 光滑明暗处理技术 .......................１５５ ９畅２畅１ Gouraud明暗处理技术 ....................１５６ ９畅２畅２ Phong明暗处理技术 .....................１５８ ９畅３ OpenGL环境下的光照明模型 ..................１５９ ９畅３畅１ OpenGL中的颜色设置及光照明模型 ...............１６０ ９畅３畅２ OpenGL应用举例 ......................１６３ 习题 ................................１６７第 10章 Bézier曲线曲面 ........................１６９ １０畅１ 曲线曲面的基础知识 ......................１６９ １０畅１畅１ 曲线的表示 ........................１６９ １０畅１畅２ 参数曲线的切矢量、弧长、法矢量和曲率 .............１７１ １０畅１畅３ 参数曲面的切平面和法矢量 ..................１７４ １０畅１畅４ 参数曲线的多项式表示 ....................１７４ １０畅１畅５ 参数连续性和几何连续性 ...................１７５ １０畅２ Bézier曲线 ..........................１７７ １０畅２畅１ Bézier曲线的定义 ......................１７７ １０畅２畅２ Bézier曲线的性质 ......................１７８ １０畅２畅３ 例子 ...........................１７９ １０畅２畅４ Bézier曲线性质的进一步讨论 .................１８０ １０畅２畅５ Bézier曲线的拼接 ......................１８２ １０畅２畅６ Bézier曲线的离散生成 ....................１８３ １０畅３ Bézier曲面 ..........................１８５ １０畅３畅１ Bézier曲面的定义和性质 ...................１８５ １０畅３畅２ Bézier曲面的拼接 ......................１８７ １０畅３畅３ 用 Bézier曲面造型 .....................１８７ １０畅３畅４ Bézier曲面的离散生成 ....................１８８ 习题 ................................１９０第 11章 B样条曲线曲面、 Coons曲面和有理样条曲线曲面 ..........１９２ １１畅１ B样条曲线曲面 ........................１９２ １１畅１畅１ B样条基函数的定义和性质 ..................１９２ １１畅１畅２ B样条曲线的定义和性质 ...................１９３ １１畅１畅３ B样条曲线的计算 ......................１９５ １１畅１畅４ 三次均匀 B样条曲线 ....................１９７ １１畅１畅５ 例子 ...........................１９９ １１畅１畅６ B样条曲面的定义和性质 ...................２０１ １１畅１畅７ 用 B样条曲面造型 .....................２０１ １１畅２ Coons曲面 ..........................２０２ １１畅２畅１ 双线性 Coons曲面 .....................２０３ １１畅２畅２ 双三次 Coons曲面 .....................２０３ １１畅２畅３ 用 Coons曲面造型 .....................２０５ １１畅３ 双三次 Bézier曲面、 B样条曲面和 Coons曲面的互化 ........２０６ １１畅３畅１ 三次 Bézier曲线、 B样条曲线和 Hermite曲线的互化 .........２０６ １１畅３畅２ 双三次 Bézier曲面、 B样条曲面和 Coons曲面的互化 .........２０８ １１畅４ 有理 Bézier曲线曲面 ......................２０９ １１畅４畅１ 有理曲线 .........................２０９ １１畅４畅２ 有理 Bézier曲线 ......................２１０ １１畅４畅３ 有理 Bézier曲线的齐次表示 ..................２１０ １１畅４畅４ 二次有理 Bézier曲线 .....................２１１ １１畅４畅５ 有理 Bézier曲线对圆的表示 ..................２１３ １１畅４畅６ 有理 Bézier曲面 ......................２１４ 习题 ................................２１５第 12章 三维几何造型 .........................２１６ １２畅１ 三维物体在计算机内的表示 ...................２１６ １２畅１畅１ 三维物体的表示模型 .....................２１６ １２畅１畅２ 三维物体的表示方式 .....................２１８ １２畅２ 体素构造表示（CSG树表示） ..................２１８ １２畅２畅１ 物体间的正则集合运算 ....................２１８ １２畅２畅２ 物体的 CSG树表示 .....................２１９ １２畅２畅３ CSG物体性质的计算 ....................２２０ １２畅２畅４ 用光线投射算法进行 CSG物体的图形显示 ............２２２ １２畅３ 边界表示法 ..........................２２３ １２畅３畅１ 物体的边界表示 ......................２２３ １２畅３畅２ 半边数据结构 .......................２２４ １２畅３畅３ 欧拉运算 .........................２２７ １２畅３畅４ Sweep运算和局部运算 ....................２２９ １２畅３畅５ 集合运算 .........................２３０ １２畅４ 空间分割表示 .........................２３３ １２畅４畅１ 单元分解表示 .......................２３３ １２畅４畅２ 八叉树表示 ........................２３３ １２畅５ 基于图像的三维造型 ......................２３６ １２畅５畅１ 双目视觉的基本原理 .....................２３６ １２畅５畅２ 双目视觉算法的具体实现 ...................２３７ 习题 ................................２４０第 13章 真实感图形的绘制 .......................２４２ １３畅１ 光线跟踪技术 .........................２４２ １３畅１畅１ 简单透明模型 .......................２４３ １３畅１畅２ Whitted光照明模型 .....................２４４ １３畅１畅３ 光线跟踪技术 .......................２４５ １３畅１畅４ 加速光线跟踪技术 .....................２４６ １３畅２ 基于物理的光照明模型 .....................２４９ １３畅２畅１ 基本概念及基本光照模型 ...................２４９ １３畅２畅２ 基于物理的光照明模型 ....................２５１ １３畅２畅３ Cook‐Torrance光照明模型 ..................２５２ １３畅３ 阴影 .............................２５５ １３畅３畅１ z缓冲器阴影算法 ......................２５６ １３畅３畅２ 阴影体算法 ........................２５７ １３畅３畅３ 光线跟踪阴影技术及半影算法 .................２５８ １３畅４ 纹理 .............................２５９ １３畅４畅１ 纹理的生成 ........................２６０ １３畅４畅２ 纹理的映射 ........................２６２ １３畅４畅３ Catmull纹理映射算法 ....................２６３ １３畅４畅４ Mip‐map纹理映射技术 ....................２６５ １３畅４畅５ 凹凸纹理映射技术 .....................２６７ １３畅５ 图形反走样技术 ........................２６８ １３畅５畅１ A缓冲器方法 .......................２６９ １３畅５畅２ 光线跟踪的图形反走样技术 ..................２７２ １３畅６ 辐射度方法 ..........................２７３ １３畅６畅１ 辐射度方程 ........................２７４ １３畅６畅２ 形状因子的性质 ......................２７７ １３畅６畅３ 半立方体 .........................２７７ １３畅６畅４ 辐射度方程的求解 .....................２７９ １３畅７ 基于图像的模型和绘制 .....................２８２ １３畅７畅１ 全视函数 .........................２８３ １３畅７畅２ 图像中隐含的几何信息 ....................２８５ １３畅７畅３ 含有深度信息的图像 .....................２８６ 习题 ................................２８８第 14章 科学计算可视化 ........................２９０ １４畅１ 科学计算可视化的基本步骤和方法分类 ..............２９０ １４畅１畅１ 科学计算可视化的基本步骤 ..................２９０ １４畅１畅２ 科学计算可视化方法分类 ...................２９１ １４畅２ 科学计算可视化处理的数据 ...................２９２ １４畅２畅１ 数据集的组成 .......................２９２ １４畅２畅２ 数据集的格式 .......................２９２ １４畅２畅３ 数据的属性值 .......................２９３ １４畅３ 面绘制方法 ..........................２９３ １４畅３畅１ 基于等值线的生成方法 ....................２９３ １４畅３畅２ 基于体素的生成方法 .....................２９５ １４畅３畅３ 几何变形模型方法 .....................３００ １４畅４ 体绘制方法 ..........................３００ １４畅４畅１ 体绘制方法出现的背景 ....................３００ １４畅４畅２ 体光照模型 ........................３０１ １４畅４畅３ 以图像空间为序的体绘制方法 .................３０３ １４畅４畅４ 以物体空间为序的体绘制方法 .................３０４ １４畅４畅５ 体绘制方法中的一些典型的加速方法 ...............３０６ １４畅４畅６ Shear‐warp体绘制方法 ....................３０６ １４畅５ 矢量场和张量场的可视化 ....................３０７ １４畅５畅１ 矢量场可视化 .......................３０７ １４畅５畅２ 张量场的可视化 ......................３０８ 习题 ................................３０８第 15章 颜色 .............................３１１ １５畅１ 颜色特性 ...........................３１１ １５畅２ 标准基色和色彩图 .......................３１４ １５畅２畅１ XYZ颜色模型 .......................３１４ １５畅２畅２ CIE色度图 ........................３１５ １５畅３ 颜色模型 ...........................３１７ １５畅３畅１ RGB模型 .........................３１７ １５畅３畅２ CMY模型 ........................３１８ １５畅３畅３ YIQ模型 .........................３１８ １５畅３畅４ HSV模型 .........................３１９ １５畅４ 颜色模型间的相互转换 .....................３１９ １５畅５ 颜色的交互选择及应用 .....................３２２ 习题 ................................３２３附录 开放图形库 OpenGL ........................３２４ OpenGL简介 ............................３２４ OpenGL中的常用函数 ........................３２５ OpenGL显示流程 ..........................３２８