計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)

前言

自有人類文明以來(lái)，圖形便和語(yǔ)言、文字一道成為了人類交流思想、傳遞信息的有力工具。事實(shí)上，最早出現(xiàn)的象形文字就是一種圖形。刻在山崖上的古代壁畫記錄了古代人生活、勞作的情景，在流傳的各種典籍中，人們也廣泛采用插圖來(lái)展示書中描繪的精彩情節(jié)，以激發(fā)讀者對(duì)故事的神往。在制造、建筑、土木等工程技術(shù)領(lǐng)域，圖紙更是記錄產(chǎn)品信息、表達(dá)設(shè)計(jì)思想必不可少的手段。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益普及和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的蓬勃發(fā)展，計(jì)算機(jī)繪圖取代了手工繪圖，具有真實(shí)光影的效果圖使人們?cè)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)之初即能獲悉未來(lái)的產(chǎn)品外觀，各種各樣的建筑物渲染圖已成為房地產(chǎn)展示會(huì)上一道靚麗的風(fēng)景。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，基于CT或MRI掃描數(shù)據(jù)的人體器官三維彩色顯示已成為醫(yī)生進(jìn)行診療和手術(shù)規(guī)劃的重要依據(jù)。在生物學(xué)領(lǐng)域，科研人員通過(guò)操作生物分子的彩色圖像來(lái)探索其復(fù)雜的三維空間結(jié)構(gòu)。在地質(zhì)和石油勘探領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)的三維重建及可視化，技術(shù)人員可以更清晰地看到地下礦藏的分布。類似的例子不勝枚舉。在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，圖形已成為應(yīng)用最為廣泛的信息載體。計(jì)算機(jī)圖形成為許多學(xué)科進(jìn)行研究和開發(fā)的基礎(chǔ)性工具，從2000年起教育部已將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)列為高等學(xué)校本科生的公共選修課之一。然而，大多數(shù)計(jì)算機(jī)、機(jī)械、化工、建筑、土木、生物、醫(yī)學(xué)、地礦等專業(yè)的本科生或研究生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的目的不是為了去研究圖形學(xué)算法本身，而是為了運(yùn)用圖形學(xué)已有的研究成果為其科研和教學(xué)服務(wù)。盡管如今走進(jìn)書店，有關(guān)圖形學(xué)的教科書和各種圖形軟件使用說(shuō)明書琳瑯滿目，但它們大多是為從事圖形學(xué)研究的研究生和專業(yè)人員寫的，書中過(guò)于詳細(xì)的算法描述，嚴(yán)謹(jǐn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)使許多初學(xué)者望而卻步。

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)》是專門為計(jì)算機(jī)、機(jī)械、土木、建筑、數(shù)學(xué)等非圖形學(xué)專業(yè)本科生開設(shè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程而編寫的一本教材。與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的大多數(shù)圖形學(xué)教材不同，《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)》力求以簡(jiǎn)單通俗的方式介紹計(jì)算機(jī)圖形生成的基本概念、基本原理和基本技術(shù)。全書共分九章，包括圖形學(xué)基礎(chǔ)、物體的幾何表示、變換與裁剪、光柵轉(zhuǎn)化與消隱、真實(shí)感圖形、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、科學(xué)計(jì)算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)、圖形軟件支撐平臺(tái)和常用軟件簡(jiǎn)介等?！队?jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)》的特點(diǎn)是內(nèi)容系統(tǒng)，敘述簡(jiǎn)明；跟蹤熱點(diǎn)，取材新穎；面向應(yīng)用，拓展視野。為便于讀者學(xué)習(xí)，《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)》每章后都附有習(xí)題和參考文獻(xiàn)?！队?jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)》所附光盤提供了36學(xué)時(shí)課件，并附有各種示范性實(shí)例和實(shí)現(xiàn)這些實(shí)例的源程序，以幫助讀者更好地理解和掌握書中內(nèi)容。　　《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)》可作為高等院校有關(guān)專業(yè)高年級(jí)學(xué)生和研究生的教學(xué)用書，對(duì)于廣大從事CAD&CG開發(fā)、應(yīng)用的科技人員也有較大的參考價(jià)值。

書籍目錄

前言第一章 緒論1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.1.1 影視特技1.1.2 計(jì)算機(jī)游戲1.1.3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造1.1.4 科學(xué)計(jì)算可視化1.1.5 圖形用戶界面1.1.6 計(jì)算機(jī)藝術(shù)1.1.7 移動(dòng)圖形學(xué)1.2 Windows環(huán)境下生成圖形的一個(gè)簡(jiǎn)單例子1.3 光柵圖形顯示的基本原理1.3.1 光柵圖形顯示技術(shù)1.3.2 簡(jiǎn)單二維圖元的生成方法1.4 RGB顏色系統(tǒng)習(xí)題參考文獻(xiàn)第二章 物體的幾何表示2.1 局部坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系2.2 物體的多邊形表示2.3 參數(shù)曲線曲面2.3.1 物體參數(shù)表示的數(shù)學(xué)原理2.3.2 參數(shù)曲線2.3.3 參數(shù)曲線的剖分繪制算法2.3.4 參數(shù)曲面2.4 細(xì)分曲面2.5 隱式曲面2.6 物體的CSG樹表示2.7 自然景物表示方法2.8 小結(jié)習(xí)題參考文獻(xiàn)第三章 變換與裁剪3.1 二維變換3.2 三維變換3.2.1 場(chǎng)景坐標(biāo)系和造型變換3.2.2 視點(diǎn)坐標(biāo)系和取景變換3.2.3 投影坐標(biāo)系和投影變換3.2.4 規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系和設(shè)備變換3.2.5 屏幕坐標(biāo)系和視窗變換3.3 裁剪3.4 變換與裁剪的實(shí)例3.5 小結(jié)習(xí)題參考文獻(xiàn)第四章 光柵轉(zhuǎn)化與消隱4.1 區(qū)域填充4.2 多邊形的掃描轉(zhuǎn)換4.2.1 多邊形掃描轉(zhuǎn)換中的連貫性4.2.2 多邊形掃描轉(zhuǎn)換算法4.3 隱藏面消除4.3.1 z緩沖器消隱算法4.3.2 畫家算法4.4 小結(jié)習(xí)題參考文獻(xiàn)第五章 真實(shí)感圖形5.1 光照明模型5.1.1 泛光模型5.1.2 Lambert漫反射模型5.1.3 Phong模型5.1.4 Whitted整體光照明模型5.1.5 光照明模型的進(jìn)一步完善5.2 多邊形物體的明暗處理5.2.1 Gouraud明暗處理5.2.2 Phong明暗處理5.3 光線跟蹤算法5.3.1 基本原理5.3.2 光線跟蹤算法的偽語(yǔ)言描述5.3.3 陰影計(jì)算5.3.4 反走樣5.3.5 加速技術(shù)5.3.6 光線跟蹤實(shí)例程序5.4 紋理映射5.4.1 顏色紋理5.4.2 幾何紋理5.4.3 紋理反走樣5.4.4 紋理映射實(shí)例程序5.5 輻射度方法5.5.1 輻射度方法簡(jiǎn)介5.5.2 輻射度方法實(shí)例程序5.6 實(shí)時(shí)繪制技術(shù)5.6.1 圖形繪制流水線與圖形API5.6.2 常用的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)5.6.3 實(shí)時(shí)光線跟蹤5.7 非真實(shí)感圖形繪制技術(shù)5.7.1 素描5.7.2 卡通繪制5.7.3 美術(shù)繪制習(xí)題參考文獻(xiàn)第六章 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫6.1 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫簡(jiǎn)介6.2 低層動(dòng)畫驅(qū)動(dòng)技術(shù)6.2.1 關(guān)鍵幀技術(shù)6.2.2 樣條驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫技術(shù)6.2.3 物體旋轉(zhuǎn)的歐拉角表示和插值6.3 Morphing和空間變形動(dòng)畫技術(shù)6.3.1 二維多邊形形狀漸變6.3.2 二維圖像Motphing技術(shù)6.3.3 三維Morphing技術(shù)6.3.4 整體和局部變形方法6.3.5 自由變形方法FFD6.3.6 軸變形方法6.3.7 元球的造型和動(dòng)畫技術(shù)6.4 過(guò)程動(dòng)畫技術(shù)6.4.1 粒子系統(tǒng)6.4.2 群體動(dòng)畫6.4.3 布料動(dòng)畫6.4.4 臉部表情動(dòng)畫6.5 關(guān)節(jié)動(dòng)畫6.5.1 正運(yùn)動(dòng)學(xué)方法6.5.2 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法6.5.3 動(dòng)力學(xué)方法6.5.4 運(yùn)動(dòng)捕獲和運(yùn)動(dòng)重現(xiàn)6.6 運(yùn)動(dòng)模糊6.7 動(dòng)畫后期合成6.8 虛擬演播室6.9 計(jì)算機(jī)游戲6.10 Flash動(dòng)畫習(xí)題參考文獻(xiàn)第七章 科學(xué)計(jì)算可視化7.1 科學(xué)計(jì)算可視化概述7.2 面繪制算法7.2.1 數(shù)據(jù)集7.2.2 Marching Cubes算法7.2.3 算法存在問(wèn)題及改進(jìn)方法7.3 直接體繪制方法7.3.1 為什么需要進(jìn)行直接體繪制7.3.2 光線投射體繪制算法步驟7.3.3 其他體繪制算法7.4 實(shí)用可視化系統(tǒng)VTK簡(jiǎn)介及實(shí)例程序7.4.1 VTK簡(jiǎn)介7.4.2 體繪制實(shí)例程序習(xí)題參考文獻(xiàn)第八章 虛擬現(xiàn)實(shí)8.1 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)及組成8.2 立體視覺的生成與獲取8.2.1 立體視覺產(chǎn)生的原因8.2.2 立體圖像生成的照相機(jī)模型8.2.3 立體視覺的捕獲8.2.4 立體顯示對(duì)人體健康的影響8.3 虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備8.3.1 三維定位跟蹤設(shè)備8.3.2 手持式交互設(shè)備8.3.3 數(shù)據(jù)手套8.3.4 其他交互設(shè)備8.3.5 交互設(shè)備的軟件支持8.4 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的分類8.4.1 桌面型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)8.4.2 基于HMD的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)8.4.3 基于投影顯示的完全沉浸式或半沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)8.4.4 遙在系統(tǒng)8.5 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)8.5.1 現(xiàn)實(shí)-虛擬連續(xù)流8.5.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)8.5.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域習(xí)題參考文獻(xiàn)第九章 圖形軟件支撐平臺(tái)和常用軟件簡(jiǎn)介9.1 常用圖形支撐軟件簡(jiǎn)介9.1.1 OpenGL簡(jiǎn)介9.1.2 DirectX簡(jiǎn)介9.1.3 基于場(chǎng)景圖的圖形開發(fā)工具9.1.4 面向虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的圖形開發(fā)工具9.2 網(wǎng)絡(luò)圖形開發(fā)9.2.1 VRML與X3D簡(jiǎn)介9.2.2 Java 3D簡(jiǎn)介9.3 計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫軟件3ds Max簡(jiǎn)介習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第一章 緒論1.1　計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（computer graphics，CG）是一門研究如何利用計(jì)算機(jī)表示、生成、顯示和處理圖形的學(xué)科。圖形通常由點(diǎn)、線、面、體等幾何元素和顏色、紋理、線型、線寬等非幾何屬性描述。從生成技術(shù)上來(lái)看，圖形主要分為兩類：一類是基于線條信息表示的，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等；另一類是真實(shí)感圖形。要生成真實(shí)感圖形，首先必須建立畫面場(chǎng)景的幾何表示，再用某種光照模型，計(jì)算場(chǎng)景在假想光源、紋理、材質(zhì)屬性下的光照明效果。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)有著密切的關(guān)系。事實(shí)上，圖形學(xué)也把表示幾何場(chǎng)景的曲線曲面造型技術(shù)和實(shí)體造型技術(shù)作為其研究?jī)?nèi)容。同時(shí)，由于真實(shí)感圖形計(jì)算的結(jié)果是以數(shù)字圖像的方式提供的，因此計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖像處理也有著密切的關(guān)系。圖形與圖像是密切相關(guān)但又不同的兩個(gè)概念。圖像純指計(jì)算機(jī)內(nèi)以位圖形式表示的顏色和亮度信息，而圖形則由場(chǎng)景的幾何模型和物理屬性共同描述。由于給人們提供了一種直觀的信息交流的工具，計(jì)算機(jī)圖形已被廣泛地用于各個(gè)不同的領(lǐng)域，如影視、游戲、工業(yè)設(shè)計(jì)、科學(xué)研究、藝術(shù)、醫(yī)學(xué)、廣告、教育、培訓(xùn)、軍事等。應(yīng)用的需求反過(guò)來(lái)推動(dòng)了圖形學(xué)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形已經(jīng)形成了一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)。下面，我們介紹一些具有代表性的應(yīng)用領(lǐng)域。

編輯推薦

《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)》由科學(xué)出版社出版。

圖書封面

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ) PDF格式下載

---