計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

出版時(shí)間:2008-10  出版社:科學(xué)出版社  作者:張彩明,楊興強(qiáng),李學(xué)慶 等 著  頁(yè)數(shù):329  

前言

  計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在圖形處理領(lǐng)域中的應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的新技術(shù),是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要分支。近幾十年來(lái),計(jì)算機(jī)硬件、軟件性能的飛速發(fā)展,價(jià)格的大幅下降以及計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,使計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的發(fā)展十分迅速。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已成為相當(dāng)成熟的重要學(xué)科,并滲透到各行各業(yè),在各個(gè)領(lǐng)域中起著越來(lái)越大的作用。國(guó)內(nèi)外各高等院校對(duì)計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)非常重視,基本上都為研究生和本科生開設(shè)了“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程,并把它放在十分重要的位置。在實(shí)際應(yīng)用中,計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)也受到廣大科技工作者和工程設(shè)計(jì)人員的極大關(guān)注?! ∫槐竞玫慕滩膽?yīng)系統(tǒng)、準(zhǔn)確地講述該學(xué)科所需的基礎(chǔ)知識(shí)和基本概念,在內(nèi)容安排上能滿足各類專業(yè)的基本教學(xué)需要。本書在編寫過(guò)程中力求做到基礎(chǔ)知識(shí)和基本原理全面、概念清晰、由淺人深、實(shí)例豐富以及方便自學(xué)。本書的特點(diǎn)如下:  1)內(nèi)容方面:介紹基本原理和算法時(shí),力求保持內(nèi)容的完整性。對(duì)于圖形字中的眾.多有效算法和技術(shù),滿足下列條件的才被選人本書:①對(duì)講解圖形學(xué)基本原理是必不可少的;②對(duì)研究圖形學(xué)問(wèn)題具有典型的啟發(fā)意義;③近年來(lái)圖形學(xué)的一些最新技術(shù)和成果。  2)適用范圍:本書的第1—9章可作為本科生教材,第10-14章可作為研究生教材或本科生的選講教材。本書也可作為工程技術(shù)人員的參考書和對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)感興趣的讀者酌自學(xué)用書?! ?)圖形學(xué)理論與OpenGL繪圖程序包相結(jié)合。一方面,OpenGL起到實(shí)驗(yàn)環(huán)境的作用,將圖形學(xué)的算法用最基本的OpenGL功能實(shí)現(xiàn),便于讀者對(duì)圖形學(xué)中算法的理解;另一方面,讀者可以把自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果同0penGL的現(xiàn)有功能在效率和性能上相比較,從而加深對(duì)OpcnGL的興趣和理解。

內(nèi)容概要

  《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(第2版)》是講述計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本原理和算法的教材,是在《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》(科學(xué)出版社出版)第一版的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)全面改寫而成的。主要內(nèi)容有:計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述、計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及硬件基礎(chǔ)、基本光柵圖形算法、幾何變換、三維空間的觀察、人機(jī)交互繪圖技術(shù)、隱藏面和隱藏線的消除、簡(jiǎn)單光照明模型、曲線-曲面的表示、三維實(shí)體造型、真實(shí)感圖形的繪制、科學(xué)計(jì)算可視化和顏色等。書中結(jié)合開放圖形庫(kù)OpenGL系統(tǒng)地介紹了上述主要內(nèi)容,從而使基礎(chǔ)理論和相關(guān)技術(shù)的闡述更易于理解和掌握。為便于消化和理解書中內(nèi)容,每章末均附有習(xí)題?!  队?jì)算機(jī)圖形學(xué)(第2版)》可作為高等院校本科生、研究生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教材,也可作為從事計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和相關(guān)專業(yè)科技人員的參考書。

書籍目錄

第1章 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的概念與研究?jī)?nèi)容1.1.1 圖形的概念1.1.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容1.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展史1.2.1 計(jì)算機(jī)圖形設(shè)備和交互技術(shù)1.2.2 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)1.2.3 計(jì)算機(jī)圖形的標(biāo)準(zhǔn)化1.3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用習(xí)題第2章 計(jì)算機(jī)繪圖初步知識(shí)2.1 如何在計(jì)算機(jī)上繪圖2.1.1 計(jì)算機(jī)繪圖的一般方法2.1.2 一般圖形的顯示流程2.2 OpenGL圖形軟件包簡(jiǎn)介2.2.1 基本幾何圖元的繪圖函數(shù)2.2.2 三維坐標(biāo)變換函數(shù)2.2.3 投影變換函數(shù)2.2.4 顏色設(shè)置函數(shù)2.2.5 光照模型函數(shù)2.2.6 OpenGL繪圖例子習(xí)題第3章 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及硬件基礎(chǔ)3.1 概述3.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的圖形設(shè)備3.1.2 圖形的輸入輸出處理流程3.1.3 圖形工作站與PC機(jī)3.2 圖形顯示原理3.2.1 CRT顯示器3.2.2 液晶顯示器3.2.3 等離子顯示器3.2.4 3種顯示技術(shù)的比較3.2.5 顯卡3.2.6 顯卡對(duì)OpenGL的支持3.3 繪圖設(shè)備3.3.1 噴墨繪圖機(jī)3.3.2 激光打印機(jī)3.3.3 筆式繪圖機(jī)3.4 圖形輸人設(shè)備3.4.1 光筆3.4.2 數(shù)字化儀和手寫輸入板3.4.3 觸摸屏3.4.4 圖形掃描儀3.4.5 數(shù)字墨水3.4.6 數(shù)據(jù)手套3.4.7 三維鼠標(biāo)習(xí)題第4章 基本光柵圖形算法4.1 直線生成算法4.1.1 生成直線的DDA方法4.1.2 正負(fù)法4.1.3 Bresenham算法4.1.4 改進(jìn)后的Bresenham算法4.2 圓弧生成算法4.2.1 E負(fù)法4.2.2 Bresenham生成圓弧的算法4.2.3 圓弧的離散生成4.2.4 橢圓生成算法4.3 多邊形的填充4.3.1 多邊形的表示方法4.3.2 多邊形填充的掃描線算法4.3.3 邊緣填允算法4.3.4 邊界標(biāo)志算法4.4 區(qū)域填充4.4.1 區(qū)域的基本概念4.4.2 簡(jiǎn)單的種子填充算法4.4.3 掃描線種子填充算法4.5 光柵圖形的反走樣算法4.5.1 光柵圖形的走樣現(xiàn)象4.5.2 提高分辨率的反走樣算法4.5.3 線段反走樣算法4.5.4 多邊形反走樣算法習(xí)題第5章 變換和裁剪5.1 變換的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)5.1.1 點(diǎn)和距離5.1.2 矢量5.1.3 矩陣5.2 幾何變換5.2.1 基本變換5.2.2 齊次坐標(biāo)與變換的矩陣表示5.2.3 變換的模式5.3 裁剪5.3.1 Suthedand-Cohen算法5.3.2 Cyrus-Beok算法和梁友棟-BLrsky算法5.3.3 多邊形裁剪5.3.4 字符裁剪5.4 OpenGL中簡(jiǎn)單的變換實(shí)例習(xí)題第6章 三維空間的觀察6.1投影6.1.1 透視投影6.1.2 平行投影6.1.3 任意坐標(biāo)系到觀察坐標(biāo)系中的變換6.1.4 射影變換6.2 視見體到規(guī)范視見體的變換6.2.1 平行投影視見體的規(guī)范化6.2.2 透視投影視見體的規(guī)范化6.3 用三維規(guī)范體裁剪6.4 窗口到視口的變換6.5 連續(xù)變換的處理6.6 OpenGL中簡(jiǎn)單圖形變換實(shí)例6.6.1 OpenGL中的圖形變換6.6.2 OCnGL中的圖形變換應(yīng)用舉例習(xí)題第7章 人機(jī)交互繪圖技術(shù)7.1 基本圖形輸入設(shè)備和基本交互任務(wù)7.1.1 基本的圖形輸入設(shè)備7.1.2 基本交互任務(wù)7.2 人機(jī)交互輸入模式7.2.1 請(qǐng)求模式7.2.2 樣本模式7.2.3 事件模式廣7.2.4 輸入方式的混合使用7.3 常見輔助交互技術(shù)7.3.1 幾何約束7.3.2 拖拽7.3.3 在三視圖上做三維輸入7.3.4 結(jié)構(gòu)平面7.3.5 新的交互技術(shù)7.4 OpenGL中的交互式繪圖技術(shù)7.4.1 選擇7.4.2 反饋7.5 人機(jī)交互的發(fā)展習(xí)題第8章 隱藏線和隱藏面的消除8.1 可見面判斷的有效技術(shù)8.1.1 邊界盒8.1.2 后向面消除8.1.3 非垂直投影轉(zhuǎn)換成垂直投影8.2 多面體隱藏線消除算法8.2.1 算法的基本思想8.2.2 確定邊L和多邊形E關(guān)系的技術(shù)8.2.3 確定L的可見部分8.3 基于窗口的子分算法8.4 基于多邊形的子分算法8.5 z緩沖器算法和掃描線算法8.6 優(yōu)先級(jí)排序表算法8.7 光線投射算法8.8 曲面的隱藏線消除習(xí)題第9章 簡(jiǎn)單光照明模型9.1 簡(jiǎn)單光照明模型9.1.1 光源9.1.2 材質(zhì)9.1.3 簡(jiǎn)單光照明模型9.2 光滑明暗處理技術(shù)9.2.1 Gouraud明暗處理技術(shù)9.2.2 Phong明暗處理技術(shù)9.3 OpenGL環(huán)境下的光照明模型9.3.1 OpenGL中的顏色設(shè)置及光照明模型第10章 Beier曲線曲面第11章 B樣條曲線曲面、Coons曲面和有理樣條曲線曲面第12章 三維幾何造型第13章 真實(shí)感圖形的繪制第14章 科學(xué)計(jì)算可視化第15章 顏色附錄開放圖形庫(kù)OpenGL

章節(jié)摘錄

  第1章 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述  1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的概念與研究?jī)?nèi)容  1.1.1 圖形的概念  人們生活在一個(gè)有形的世界里,認(rèn)識(shí)事物和相互交流都離不開“形”。如果事物沒(méi)有形狀,就很難描述和表達(dá)它。正是因?yàn)椤靶巍钡拇嬖冢砸徽劦侥衬澄锲?,人們就自然?huì)聯(lián)想到它的形狀,從而知道對(duì)方所要表達(dá)的意思,達(dá)到交流的目的。同時(shí),圖形又有不同于文字和數(shù)字的獨(dú)特功能,它能夠表達(dá)一些文字和數(shù)字難以表達(dá)或不能表達(dá)的信息,有時(shí)候一大段文字也難以描述一個(gè)簡(jiǎn)單的形狀,而且形狀信息能使人們對(duì)所描述的事物理解得更透徹、更形象深刻?! ⌒螤钚畔⑹侨祟悘耐饨绔@得信息的主要來(lái)源。人們認(rèn)識(shí)自然,首先是靠眼睛觀察事物的外表形象,至于語(yǔ)言、符號(hào)、文字,都是在此以后經(jīng)過(guò)千萬(wàn)年的進(jìn)化才逐漸形成的。據(jù)統(tǒng)計(jì),在所有獲得的信息中,約有80%~90%的信息量來(lái)自視覺(jué)。人腦與計(jì)算機(jī)的明顯差異之一就在于人腦擅長(zhǎng)形象思維,而計(jì)算機(jī)則擅長(zhǎng)邏輯思維。幾個(gè)月的嬰兒自己會(huì)辨認(rèn)媽媽,但要學(xué)會(huì)做1+1=2的算術(shù)題,則是好幾年以后的事了。計(jì)算機(jī)則相反,一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)可以輕而易舉地在一秒鐘內(nèi)完成上億次數(shù)字運(yùn)算,而要想讓它自己去觀察、識(shí)別書桌上擺放的鉛筆、橡皮、眼鏡盒,則是相當(dāng)困難的事?! ‘?dāng)形狀以可見的方式表達(dá)出來(lái),就成為圖,所以圖是形的載體,是形的表達(dá)手段。在人們的日常交流中圖和形是不可分割的,因此形成圖形的統(tǒng)一概念。如今,圖形已成為科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域里一種通用語(yǔ)言,在工程上用來(lái)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、指導(dǎo)生產(chǎn)、交換意見、介紹經(jīng)驗(yàn);在科學(xué)研究中用來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、圖示和圖解各種平面及空間幾何元之間的關(guān)系問(wèn)題、選擇最佳方案等。可以說(shuō),工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防等各行各業(yè)都離不開圖形?! ∮脭?shù)學(xué)方法描述形狀并繪制成圖是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)早期重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一,它包括各種幾何圖形,由函數(shù)式、代數(shù)方程和表達(dá)式所描述的圖形。為了更好地顯示物體的形狀,目前計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了用簡(jiǎn)單的幾何元素,如點(diǎn)、線、圓弧等所描述的圖形,而用光照、明暗等技術(shù)描繪物體的深度特征。僅用形狀還不能真實(shí)刻畫客觀世界的視覺(jué)特征,進(jìn)一步,顏色、材質(zhì)和紋理等非形狀特征也被用來(lái)反映真實(shí)的客觀物體,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)從此進(jìn)入了一個(gè)更廣闊的、充滿活力的領(lǐng)域?! ≌劦綀D形,人們常常會(huì)聯(lián)想到圖像,二者具有密不可分的聯(lián)系。他們都以圖的形式存在,前者反映了人對(duì)物體抽象的結(jié)果,而后者則是人類視覺(jué)認(rèn)知的對(duì)象。當(dāng)計(jì)算機(jī)完成一組物體形狀的繪制之后,它就成為一幅圖像;從一幅圖像中,人也可以抽取出物體的形狀。計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和圖像技術(shù)有時(shí)會(huì)相互結(jié)合,完成更高級(jí)的應(yīng)用需求,例如,虛擬現(xiàn)實(shí)、基于圖像的三維建模等。  ……

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