计算机图形学(微课版)

目 录 第1章 绪论 1 1.1 计算机图形学的研究内容 2 1.2 计算机图形学的发展简史 2 1.3 计算机图形技术的应用 4 1.4 计算机图形系统 8 1.4.1 计算机图形系统概述 8 1.4.2 常用的图形输入设备 10 1.4.3 常用的图形输出设备 13 1.4.4 计算机图形系统软件 23 1.4.5 计算机图形标准 24 1.5 计算机图形学的发展动向 25 1.6 计算机图形学与相关学科的关系 26 课后习题 27 第2章 二维图形生成技术 29 2.1 直线的生成 30 2.1.1 直接生成法 30 2.1.2 数值微分法 31 2.1.3 中点画线算法 33 2.1.4 Bresenham画线算法 34 2.1.5 双步画线算法 36 2.2 圆的生成 37 2.2.1 圆的八点对称 38 2.2.2 Bresenham画圆算法 38 2.2.3 中点画圆算法 40 2.2.4 正负法画圆 43 2.3 椭圆的生成 44 2.4 曲面与曲线 44 2.4.1 曲线和曲面表示的基础知识 44 2.4.2 Hermite多项式 47 2.4.3 Coons曲面 48 2.5 输出图元的属性 49 2.5.1 线宽控制 49 2.5.2 线型控制 50 2.6 字符的生成 51 2.6.1 字符形状表示 52 2.6.2 字符属性 53 课后习题 53 第3章 二维实面积图形的生成 55 3.1 矩形填充 56 3.2 区域填充 57 3.2.1 多边形的扫描转换算法 57 3.2.2 边填充算法 67 3.2.3 种子填充算法 75 3.3 图案填充 81 3.3.1 使用扫描转换的图案填充 81 3.3.2 不用扫描转换的图案填充 83 课后习题 84 第4章 二维图形变换 85 4.1 数学基础 86 4.1.1 向量及其性质 86 4.1.2 向量点积 87 4.1.3 矩阵 87 4.1.4 矩阵乘法 87 4.1.5 矩阵的转置 88 4.1.6 矩阵的逆 88 4.1.7 齐次坐标 88 4.2 基本变换 89 4.2.1 平移变换 89 4.2.2 比例变换 90 4.2.3 旋转变换 91 4.2.4 对称变换与错切变换 92 4.3 组合变换 94 4.3.1 单一基本变换的组合变换 94 4.3.2 多个基本变换的组合变换 95 4.3.3 组合变换举例 97 课后习题 98 第5章 二维图形的裁剪 99 5.1 图形的开窗 100 5.1.1 计算机图形学中常用的 坐标系 100 5.1.2 窗口与视区的坐标变换 100 5.2 线段裁剪算法 103 5.2.1 裁剪端点 103 5.2.2 利用求解联立方程组的线段 裁剪 103 5.2.3 Cohen-Sutherland 线段裁剪 105 5.2.4 参数化的线段裁剪 108 5.3 多边形裁剪算法 109 5.3.1 Sutherland-Hodgman 算法 109 5.3.2 Weiler-Atherton 算法 112 5.4 圆的裁剪 123 5.5 文本裁剪算法 124 5.5.1 字符串裁剪 124 5.5.2 字符裁剪 124 5.5.3 笔画裁剪 125 5.6 二维图形的输出流程 125 课后习题 125 第6章 三维图形学基础 127 6.1 三维图形的几何变换 128 6.1.1 三维坐标系的建立 128 6.1.2 三维图形几何变换 128 6.1.3 三维坐标系变换 134 6.2 三维图形的投影 135 6.2.1 投影与投影变换的定义 135 6.2.2 平面几何投影的分类 136 6.2.3 透视投影 136 6.2.4 平行投影 138 6.3 裁剪 141 6.3.1 直线段裁剪算法 142 6.3.2 其他图形的裁剪 144 6.3.3 三维图形的裁剪 146 6.4 三维图形的输出流程 147 课后习题 147 第7章 三维物体的表示 149 7.1 平面物体的表示 150 7.1.1 多边形表 150 7.1.2 平面方程 151 7.1.3 多边形网格 153 7.2 二次曲面 154 7.2.1 球面 154 7.2.2 椭球面 155 7.2.3 环面 155 7.3 孔斯(Coons)曲面 156 7.3.1 **类Coons曲面 156 7.3.2 第二类Coons曲面 158 7.4 贝塞尔(Bezier)曲面 159 7.4.1 Bezier曲面的定义 159 7.4.2 Bezier曲面的性质 160 7.5 B样条曲面 161 课后习题 163 第8章 真实感图显技术 165 8.1 颜色模型 166 8.1.1 RGB颜色模型 166 8.1.2 CMY颜色模型 167 8.1.3 HSV颜色模型 167 8.2 光照模型 169 8.2.1 环境光 170 8.2.2 漫反射 171 8.2.3 镜面反射 171 8.2.4 点光源与柱光源(锥光源) 172 8.3 阴影的生成 172 8.3.1 扫描线阴影生成算法 173 8.3.2 阴影体 174 8.4 纹理映射 175 8.4.1 定义纹理 175 8.4.2 颜色和几何纹理 175 8.5 透明性 175 8.5.1 无折射的透明 176 8.5.2 折射透明性 176 8.6 隐藏线的消除 178 8.6.1 凸多面体隐藏线的消除 178 8.6.2 凹多面体隐藏线的消除 179 8.7 隐藏面的消除 179 8.7.1 画家算法 180 8.7.2 深度缓冲器算法 (z—缓冲器算法) 181 8.7.3 扫描线算法 182 8.7.4 区域细分算法 184 课后习题 185 第9章 OpenGL设计基础 187 9.1 概述 188 9.2 OpenGL应用程序的工作过程 189 9.3 OpenGL的主要功能 191 9.4 OpenGL的基本语法规则 192 9.4.1 OpenGL的数据类型 192 9.4.2 OpenGL的函数约定 193 9.5 OpenGL基本图元绘制 193 9.5.1 点 194 9.5.2 线 194 9.5.3 多边形 196 9.5.4 字符 197 9.6 OpenGL图形的几何变换 197 9.6.1 矩阵操作函数 197 9.6.2 几何变换 198 9.6.3 OpenGL视区变换 199 9.7 OpenGL对交互式绘图的支持 200 9.7.1 OpenGL的选择模式 200 9.7.2 OpenGL的反馈模式 202 9.8 OpenGL观察流程和函数 203 9.8.1 常用的变换函数 203 9.8.2 模视变换 204 9.8.3 投影变换 206 9.8.4 视区变换 208 9.8.5 附加裁剪面 208 9.9 OpenGL中自由曲线和曲面的 绘制 209 9.9.1 Bezier曲线的绘制 209 9.9.2 Bezier曲面的绘制 211 9.9.3 NURBS曲线的绘制 211 9.9.4 NURBS曲面的绘制 213 9.10 OpenGL中多边形的消除与消隐 214 9.11 OpenGL的真实感图形绘制 215 9.11.1 OpenGL颜色 215 9.11.2 OpenGL光照 215 9.11.3 OpenGL明暗处理 216 9.11.4 OpenGL纹理映射 216 9.12 OpenGL图形演示系统的设计 219 9.12.1 位图数据的处理 220 9.12.2 模型的绘制 224 课后习题 228 第10章 VRML环境下图形系统的 设计 229 10.1 虚拟现实简介 230 10.2 VRML的基本语法 231 10.2.1 VRML的通用语法结构 231 10.2.2 VRML的基本概念 231 10.2.3 VRML空间计量单位 232 10.2.4 VRML的节点简介 233 10.2.5 域 234 10.3 在场景中添加几何体 236 10.3.1 Shape节点对几何体的 封装 236 10.3.2 添加长方体 236 10.3.3 添加球体 237 10.3.4 添加圆柱体 238 10.3.5 添加圆锥体 239 10.3.6 添加文本 239 10.4 几何体的几何变换 241 10.4.1 理解VRML空间 241 10.4.2 Transform节点的语法 242 10.4.3 平移几何体 243 10.4.4 旋转几何体 244 10.4.5 缩放几何体 245 10.5 真实感场景创建 247 10.5.1 光照 247 10.5.2 纹理 251 10.5.3 雾化 253 10.6 VRML虚拟漫游系统的设计 255 10.6.1 物体模型的设计 255 10.6.2 漫游场景的*终生成 258 课后习题 260 参考文献 261