计算机图形学基础

第1章 绪论1 1.1 计算机图形学基本概念/1 1.1.1 什么是计算机图形学/1 1.1.2 图形和图像/1 1.1.3 计算机图形学与其他学科的关系/2 1.2 计算机图形学发展历史/2 1.3 计算机图形学的应用/3 1.3.1 用户接口/3 1.3.2 计算机辅助设计/4 1.3.3 数字娱乐/4 1.3.4 计算机辅助绘图/5 1.3.5 计算机辅助教学/5 1.3.6 科学计算的可视化/6 1.3.7 计算机艺术/6 习题/7第2章 计算机图形系统8 2.1 计算机图形系统概述/8 2.1.1 计算机图形系统的功能/8 2.1.2 计算机图形系统的结构/9 2.2 计算机图形硬件设备/9 2.2.1 图形输入设备/9 2.2.2 图形显示设备/11 2.2.3 图形绘制设备/17 2.3 计算机图形软件/17 2.3.1 计算机图形软件分类/17 2.3.2 用户接口设计/18 2.3.3 基本交互式绘图技术/20 习题/21第3章 OpenGL编程环境介绍22 3.1 VS.NET 2008开发环境简介/22 3.2 OpenGL图形软件包介绍/23 3.2.1 OpenGL概述/23 3.2.2 OpenGL的主要功能/23 3.2.3 OpenGL的基本语法/24 3.3 设置OpenGL编程环境/25 3.3.1 OpenGL编程环境设置/25 3.3.2 OpenGL程序的结构/28 习题/30第4章 基本图形生成算法31 4.1 什么是扫描转换/31 4.2 直线的扫描转换/31 4.2.1 DDA画线法/32 4.2.2 中点画线法/35 4.2.3 Bresenham画线法/39 4.3 圆的扫描转换/43 4.3.1 根据圆的方程画圆/43 4.3.2 中点画圆法/44 4.3.3 Bresenham画圆法/48 4.4 区域填充/51 4.4.1 扫描线多边形填充算法/51 4.4.2 边缘填充算法/60 4.4.3 种子填充算法/61 4.4.4 其他填充算法/66 4.4.5 区域填充的属性处理/67 4.5 属性处理/67 4.5.1 直线的线型处理/67 4.5.2 直线的线宽处理/68 4.5.3 曲线的线宽处理/72 4.6 字符/73 4.6.1 基本概念/73 4.6.2 点阵字符/73 4.6.3 矢量字符/74 4.7 反走样/74 4.7.1 提高分辨率/75 4.7.2 简单区域取样/76 4.7.3 加权区域取样/77 习题/78第5章 二维变换和二维观察79 5.1 图形变换基本知识/79 5.1.1 矢量和矩阵/79 5.1.2 齐次坐标/81 5.2 基本二维变换/81 5.2.1 平移变换/82 5.2.2 旋转变换/82 5.2.3 缩放变换/83 5.2.4 基本二维变换的矩阵表示/84 5.2.5 其他变换/96 5.3 二维复合变换/105 5.3.1 连续平移/105 5.3.2 连续旋转/106 5.3.3 连续缩放/106 5.3.4 通用基准点的变换/106 5.3.5 通用方向的变换/107 5.3.6 二维变换总结/108 5.4 二维观察/109 5.4.1 二维观察流程/109 5.4.2 用户坐标系到观察坐标系的变换/110 5.4.3 窗口到视区的变换/111 5.4.4 二维裁剪概述/112 5.4.5 点裁剪/112 5.4.6 直线的裁剪/112 5.4.7 多边形的裁剪/125 5.4.8 曲线的裁剪/128 5.4.9 字符的裁剪/128 习题/128第6章 三维变换和三维观察130 6.1 三维变换概述/130 6.2 三维几何变换/130 6.2.1 三维平移变换/131 6.2.2 三维变比变换/136 6.2.3 三维旋转变换/141 6.2.4 三维反射变换/147 6.2.5 三维错切变换/153 6.2.6 三维复合变换/158 6.3 三维投影变换/162 6.3.1 三维投影变换的分类/162 6.3.2 三视图/164 6.3.3 正轴测/166 6.3.4 斜平行投影/169 6.3.5 透视投影/171 6.4 三维观察/178 6.4.1 观察坐标系/178 6.4.2 观察空间/179 6.4.3 三维观察流程/180 习题/180第7章 三维对象的表示181 7.1 三维对象表示方法概述/181 7.1.1 三维图形的基本问题/181 7.1.2 数据模型/181 7.1.3 过程模型/182 7.2 多边形表面/182 7.2.1 多边形表面概述/182 7.2.2 多边形表面表示法/182 7.3 二次曲面/183 7.3.1 球面/183 7.3.2 椭球面/184 7.3.3 环面/184 7.3.4 超二次曲面/184 7.4 样条曲线概述/185 7.4.1 样条的基本概念/185 7.4.2 样条曲线的分类/185 7.5 Hermite样条曲线/187 7.6 Bézier曲线和曲面/189 7.6.1 Bézier曲线的定义/189 7.6.2 Bernstein基函数的性质/190 7.6.3 常见的Bézier曲线/191 7.6.4 Bézier曲线的性质/192 7.6.5 Bézier曲线的绘制/193 7.6.6 Bézier曲面/197 7.7 B样条曲线和曲面/198 7.7.1 B样条曲线的定义/198 7.7.2 常见的B样条曲线/199 7.7.3 B样条曲线的性质/201 7.7.4 B样条曲线的分类/201 7.7.5 B样条曲面/202 7.8 空间分区表示方法/202 7.8.1 立体构造/202 7.8.2 八叉树/203 7.8.3 BSP树/204 7.9 非规则对象表示方法/204 7.9.1 分形几何方法/205 7.9.2 粒子系统/206 7.9.3 基于物理的建模/207 7.9.4 数据集可视化/207 习题/207第8章 消隐计算209 8.1 消隐概述/209 8.1.1 消隐的定义/209 8.1.2 消隐的分类/209 8.1.3 消隐算法的原则/210 8.2 Z缓冲区算法/211 8.3 区域扫描线算法/213 8.4 深度排序算法/215 8.5 光线跟踪算法/217 8.6 BSP算法/217 习题/218第9章 颜色模型219 9.1 光的特性/219 9.1.1 电磁频谱/219 9.1.2 颜色的心理学特征/219 9.2 颜色模型/220 9.3 标准基色和色度图/221 9.4 RGB颜色模型/223 9.5 CMY颜色模型/223 9.6 HSV颜色模型/224 习题/225第10章 真实感图形绘制226 10.1 简单光照模型/226 10.1.1 环境反射光/227 10.1.2 漫反射光/227 10.1.3 镜面反射光/228 10.1.4 光强衰减/229 10.1.5 颜色处理/230 10.2 明暗处理/231 10.2.1 恒定光强的明暗处理/231 10.2.2 Gouraud明暗处理/232 10.2.3 Phong明暗处理/233 10.3 阴影处理/234 10.3.1 自身阴影生成/235 10.3.2 投射阴影生成/235 10.4 透明处理/236 10.4.1 透明效果的简单模拟/236 10.4.2 考虑折射的透明处理/237 10.5 整体光照模型与光线跟踪/238 10.5.1 整体光照模型概述/238 10.5.2 Whitted光照模型/238 10.5.3 光线跟踪算法/239 10.6 纹理映射/240 10.6.1 颜色纹理处理/241 10.6.2 几何纹理处理/242 习题/243参考文献/2244

第1章 绪论1 1.1 计算机图形学基本概念/1 1.1.1 什么是计算机图形学/1 1.1.2 图形和图像/1 1.1.3 计算机图形学与其他学科的关系/2 1.2 计算机图形学发展历史/2 1.3 计算机图形学的应用/3 1.3.1 用户接口/3 1.3.2 计算机辅助设计/4 1.3.3 数字娱乐/4 1.3.4 计算机辅助绘图/5 1.3.5 计算机辅助教学/5 1.3.6 科学计算的可视化/6 1.3.7 计算机艺术/6 习题/7第2章 计算机图形系统8 2.1 计算机图形系统概述/8 2.1.1 计算机图形系统的功能/8 2.1.2 计算机图形系统的结构/9 2.2 计算机图形硬件设备/9 2.2.1 图形输入设备/9 2.2.2 图形显示设备/11 2.2.3 图形绘制设备/17 2.3 计算机图形软件/17 2.3.1 计算机图形软件分类/17 2.3.2 用户接口设计/18 2.3.3 基本交互式绘图技术/20 习题/21第3章 OpenGL编程环境介绍22 3.1 VS.NET 2008开发环境简介/22 3.2 OpenGL图形软件包介绍/23 3.2.1 OpenGL概述/23 3.2.2 OpenGL的主要功能/23 3.2.3 OpenGL的基本语法/24 3.3 设置OpenGL编程环境/25 3.3.1 OpenGL编程环境设置/25 3.3.2 OpenGL程序的结构/28 习题/30第4章 基本图形生成算法31 4.1 什么是扫描转换/31 4.2 直线的扫描转换/31 4.2.1 DDA画线法/32 4.2.2 中点画线法/35 4.2.3 Bresenham画线法/39 4.3 圆的扫描转换/43 4.3.1 根据圆的方程画圆/43 4.3.2 中点画圆法/44 4.3.3 Bresenham画圆法/48 4.4 区域填充/51 4.4.1 扫描线多边形填充算法/51 4.4.2 边缘填充算法/60 4.4.3 种子填充算法/61 4.4.4 其他填充算法/66 4.4.5 区域填充的属性处理/67 4.5 属性处理/67 4.5.1 直线的线型处理/67 4.5.2 直线的线宽处理/68 4.5.3 曲线的线宽处理/72 4.6 字符/73 4.6.1 基本概念/73 4.6.2 点阵字符/73 4.6.3 矢量字符/74 4.7 反走样/74 4.7.1 提高分辨率/75 4.7.2 简单区域取样/76 4.7.3 加权区域取样/77 习题/78第5章 二维变换和二维观察79 5.1 图形变换基本知识/79 5.1.1 矢量和矩阵/79 5.1.2 齐次坐标/81 5.2 基本二维变换/81 5.2.1 平移变换/82 5.2.2 旋转变换/82 5.2.3 缩放变换/83 5.2.4 基本二维变换的矩阵表示/84 5.2.5 其他变换/96 5.3 二维复合变换/105 5.3.1 连续平移/105 5.3.2 连续旋转/106 5.3.3 连续缩放/106 5.3.4 通用基准点的变换/106 5.3.5 通用方向的变换/107 5.3.6 二维变换总结/108 5.4 二维观察/109 5.4.1 二维观察流程/109 5.4.2 用户坐标系到观察坐标系的变换/110 5.4.3 窗口到视区的变换/111 5.4.4 二维裁剪概述/112 5.4.5 点裁剪/112 5.4.6 直线的裁剪/112 5.4.7 多边形的裁剪/125 5.4.8 曲线的裁剪/128 5.4.9 字符的裁剪/128 习题/128第6章 三维变换和三维观察130 6.1 三维变换概述/130 6.2 三维几何变换/130 6.2.1 三维平移变换/131 6.2.2 三维变比变换/136 6.2.3 三维旋转变换/141 6.2.4 三维反射变换/147 6.2.5 三维错切变换/153 6.2.6 三维复合变换/158 6.3 三维投影变换/162 6.3.1 三维投影变换的分类/162 6.3.2 三视图/164 6.3.3 正轴测/166 6.3.4 斜平行投影/169 6.3.5 透视投影/171 6.4 三维观察/178 6.4.1 观察坐标系/178 6.4.2 观察空间/179 6.4.3 三维观察流程/180 习题/180第7章 三维对象的表示181 7.1 三维对象表示方法概述/181 7.1.1 三维图形的基本问题/181 7.1.2 数据模型/181 7.1.3 过程模型/182 7.2 多边形表面/182 7.2.1 多边形表面概述/182 7.2.2 多边形表面表示法/182 7.3 二次曲面/183 7.3.1 球面/183 7.3.2 椭球面/184 7.3.3 环面/184 7.3.4 超二次曲面/184 7.4 样条曲线概述/185 7.4.1 样条的基本概念/185 7.4.2 样条曲线的分类/185 7.5 Hermite样条曲线/187 7.6 Bézier曲线和曲面/189 7.6.1 Bézier曲线的定义/189 7.6.2 Bernstein基函数的性质/190 7.6.3 常见的Bézier曲线/191 7.6.4 Bézier曲线的性质/192 7.6.5 Bézier曲线的绘制/193 7.6.6 Bézier曲面/197 7.7 B样条曲线和曲面/198 7.7.1 B样条曲线的定义/198 7.7.2 常见的B样条曲线/199 7.7.3 B样条曲线的性质/201 7.7.4 B样条曲线的分类/201 7.7.5 B样条曲面/202 7.8 空间分区表示方法/202 7.8.1 立体构造/202 7.8.2 八叉树/203 7.8.3 BSP树/204 7.9 非规则对象表示方法/204 7.9.1 分形几何方法/205 7.9.2 粒子系统/206 7.9.3 基于物理的建模/207 7.9.4 数据集可视化/207 习题/207第8章 消隐计算209 8.1 消隐概述/209 8.1.1 消隐的定义/209 8.1.2 消隐的分类/209 8.1.3 消隐算法的原则/210 8.2 Z缓冲区算法/211 8.3 区域扫描线算法/213 8.4 深度排序算法/215 8.5 光线跟踪算法/217 8.6 BSP算法/217 习题/218第9章 颜色模型219 9.1 光的特性/219 9.1.1 电磁频谱/219 9.1.2 颜色的心理学特征/219 9.2 颜色模型/220 9.3 标准基色和色度图/221 9.4 RGB颜色模型/223 9.5 CMY颜色模型/223 9.6 HSV颜色模型/224 习题/225第10章 真实感图形绘制226 10.1 简单光照模型/226 10.1.1 环境反射光/227 10.1.2 漫反射光/227 10.1.3 镜面反射光/228 10.1.4 光强衰减/229 10.1.5 颜色处理/230 10.2 明暗处理/231 10.2.1 恒定光强的明暗处理/231 10.2.2 Gouraud明暗处理/232 10.2.3 Phong明暗处理/233 10.3 阴影处理/234 10.3.1 自身阴影生成/235 10.3.2 投射阴影生成/235 10.4 透明处理/236 10.4.1 透明效果的简单模拟/236 10.4.2 考虑折射的透明处理/237 10.5 整体光照模型与光线跟踪/238 10.5.1 整体光照模型概述/238 10.5.2 Whitted光照模型/238 10.5.3 光线跟踪算法/239 10.6 纹理映射/240 10.6.1 颜色纹理处理/241 10.6.2 几何纹理处理/242 习题/243参考文献/2244
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