計(jì)算機(jī)繪圖

前言

　　隨著計(jì)算機(jī)繪圖教學(xué)在國內(nèi)的深入，迫切需要具有中國特色的計(jì)算機(jī)繪圖教材。為此，我們集十多年從事計(jì)算機(jī)繪圖研究、教學(xué)及教改之精華，構(gòu)思創(chuàng)編了這本計(jì)算機(jī)繪圖教材，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維及用計(jì)算機(jī)編程解決工程實(shí)際問題的能力。滿足計(jì)算機(jī)繪圖課程的不斷發(fā)展及新世紀(jì)人才培養(yǎng)的需要?！　”本┖娇蘸教齑髮W(xué)是我國高校中開設(shè)計(jì)算機(jī)繪圖課最早的院校之一。1988年由舒明玉主編的以：Basic語言為基礎(chǔ)的《微計(jì)算機(jī)繪圖》在高等教育出版社出版，在全國影響較大。但隨著計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)的不斷更新發(fā)展以及編程語言的變化，這樣的教材已滿足不了新時(shí)期大學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。為此，1994年我們?cè)诒本┖娇蘸教齑髮W(xué)出版社出版了《Turbo Pascal實(shí)用繪圖程序與圖形》一書，1995年由臺(tái)灣省儒林圖書公司在我國臺(tái)灣省出版發(fā)行，引起強(qiáng)烈反響，并收到許多讀者來信，認(rèn)為該書令人耳目一新。由于計(jì)算機(jī)繪圖編程語言的進(jìn)一步更新，1996年我們?cè)诳茖W(xué)出版社出版了《最新C語言實(shí)用繪圖程序與圖形》一書，用于北京航空航天大學(xué)研究生圖形程序設(shè)計(jì)課程專用教材，受到師生一致好評(píng)。基于以上前期工作的基礎(chǔ)，1996年北京航空航天大學(xué)選定我們編寫了校規(guī)劃教材《新編計(jì)算機(jī)繪圖》，1998年在北京航空航天大學(xué)出版社出版后，作為全校本科生計(jì)算機(jī)繪圖課程教材，該教材獲2001年度中國高?？茖W(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。　　本書是基于以上基礎(chǔ)編寫的，是適用于本科生和研究生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)繪圖課程的教材。　　本書全面系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)繪圖原理、方法、技巧與實(shí)例。全書共分8章。第1章概述計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)基礎(chǔ)，主要包括學(xué)習(xí)AppWizard、設(shè)備環(huán)境和GDI對(duì)象、windows光柵操作和：Exerci-ses示例程序。第2章討論繪圖程序設(shè)計(jì)步驟、繪圖程序結(jié)構(gòu)和繪圖程序設(shè)計(jì)方法。第3章講解圖形變換，即用戶坐標(biāo)到屏幕坐標(biāo)變換、二維幾何變換、二維裁剪、三維幾何變換和投影變換。第4章介紹三維工程圖形，包括圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、三維幾何造型、消隱算法和立體圖形繪制。第5章研究了近些年來出現(xiàn)的分?jǐn)?shù)維圖形及其應(yīng)用，系統(tǒng)地論述了新穎、有趣的分?jǐn)?shù)維圖形的繪制，并在應(yīng)用方面重點(diǎn)討論了分形圖的映射及其在器皿中的圖案設(shè)計(jì)。第6章闡述動(dòng)畫圖形繪制，介紹了常用的幾種動(dòng)畫技術(shù)，即異或動(dòng)畫、調(diào)色板動(dòng)畫、塊動(dòng)畫、幀動(dòng)畫和實(shí)時(shí)動(dòng)畫。第7章對(duì)繪制真實(shí)感圖形技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)論述，包括光照與明暗技術(shù)概述、簡(jiǎn)單光照模型、整體光照模型和計(jì)算機(jī)繪制真實(shí)感圖形。第8章討論了計(jì)算機(jī)繪圖的最新應(yīng)用，包括非真實(shí)感圖形、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等方面的應(yīng)用?！　信溆胸S富、新穎且實(shí)用性強(qiáng)的例題程序和經(jīng)典習(xí)題，全部源程序匯于光盤，供讀者仿效、合理運(yùn)用，繪出精美的圖形，這對(duì)讀者不但是很好的鼓勵(lì)，而且還會(huì)極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣?！　”緯哂幸韵绿攸c(diǎn)：　?。?）本教材融會(huì)貫通地將計(jì)算機(jī)繪圖與工程制圖的內(nèi)容始終通過編程來實(shí)現(xiàn)所述的計(jì)算機(jī)繪圖原理、方法與技術(shù)。面向?qū)W習(xí)計(jì)算機(jī)繪圖課程的本科生和研究生，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維及用計(jì)算機(jī)編程解決工程實(shí)際問題的能力，適應(yīng)新世紀(jì)復(fù)合型人才的培養(yǎng)需要。

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)繪圖》全面系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)Visual c++繪圖原理、方法、技巧和實(shí)例，包括二、三維與分?jǐn)?shù)維圖形變換、三維消隱、繪圖程序設(shè)計(jì)及技巧、三維工程圖形、分?jǐn)?shù)維圖形繪制與應(yīng)用、動(dòng)畫圖形繪制、真實(shí)感圖形繪制、計(jì)算機(jī)繪圖最新應(yīng)用等內(nèi)容，反映了計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)的最新概貌。書中編排由淺人深，層次清晰；文字通俗易懂，便于自學(xué)；精選繪圖源程序近百個(gè)，開發(fā)難度大，應(yīng)用范圍廣。初學(xué)者可通過仿效、練習(xí)來掌握繪圖技術(shù)。有經(jīng)驗(yàn)者可直接引用或稍加修改得到滿足自己需要的程序和圖形。　　《計(jì)算機(jī)繪圖》是普通高等教育“十五”國家級(jí)規(guī)劃教材，可作為高等院校高年級(jí)本科生和研究生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)繪圖課程的教材，亦可供工程技術(shù)人員從事計(jì)算機(jī)繪圖工作使用，也適合各類自學(xué)人員參考。全部源程序已匯于光盤，供讀者選用。

書籍目錄

第1章 繪圖基礎(chǔ)1.1 學(xué)習(xí)Appwizard1.1.1 利用AppWizard生成應(yīng)用程序框架1.1.2 添加自己的代碼并編譯、運(yùn)行1.2 設(shè)備環(huán)境和GDI對(duì)象1.2.1 Windows設(shè)備環(huán)境1.2.2 GDI對(duì)象1.2.3 CBrush畫刷類1.2.4 CPen畫筆類1.3 常用繪圖函數(shù)1.3.1 輸出文本1.3.2 繪制圖形1.3.3 繪制并填充圖形1.4 Exercise8示例程序1.4.1 常用繪圖函數(shù)說明1.4.2 程序說明1.4.3 完整的程序代碼習(xí)題第2章 繪圖程序設(shè)計(jì)2.1 繪圖程序設(shè)計(jì)步驟2.1.1 明確繪圖程序功能2.1.2 分析圖形幾何關(guān)系2.1.3 寫出繪圖算法2.1.4 編寫繪圖程序2.1.5 上機(jī)調(diào)試運(yùn)行、繪圖2.2 繪圖程序結(jié)構(gòu)2.2.1 應(yīng)用程序框架2.2.2 程序設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)2.3 繪圖程序設(shè)計(jì)方法2.3.1 圖形層次結(jié)構(gòu)和程序模塊結(jié)構(gòu)2.3.2 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)2.3.3 繪圖子程序和主程序2.3.4 繪圖方法2.3.5 繪圖程序設(shè)計(jì)成功要點(diǎn)習(xí)題第3章 圖形變換3.1 用戶坐標(biāo)到屏幕坐標(biāo)的變換3.1.1 窗口到視口的變換3.1.2 實(shí)型值到整型值的變換3.1.3 y坐標(biāo)軸方向變換3.2 二維圖形幾何變換3.2.1 基本變換3.2.2 復(fù)合變換3.3 二維裁剪3.3.1 線段裁剪3.3.2 多邊形裁剪3.4 三維圖形幾何變換3.4.1 比例變換3.4.2 錯(cuò)切變換3.4.3 對(duì)稱變換3.4.4 平移變換3.4.5 旋轉(zhuǎn)變換3.4.6 逆變換3.5 投影變換3.5.1 平行投影3.5.2 透視投影3.5.3 變換實(shí)例習(xí)題第4章 三維工程圖形4.1 圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.1.1 概述4.1.2 圖形幾何信息與拓?fù)湫畔?.1.3 兩種基本的圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.1.4 抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與具體存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)4.2 三維幾何造型4.2.1 三維幾何造型概述4.2.2 幾何造型系統(tǒng)的三種模式4.2.3 體素構(gòu)造法4.3 消隱算法4.3.1 概述4.3.2 畫家算法4.4 立體圖形4.4.1 三視圖4.4.2 軸測(cè)圖4.4.3 透視圖4.4.4 單個(gè)凸多面體4.4.5 多個(gè)多面體習(xí)題第5章 分?jǐn)?shù)維圖形5.1 Fractal圖5.1.1 分?jǐn)?shù)維概念5.1.2 Fractal圖5.2 曼德勃羅特圖形5.2.1 曼德勃羅特圖形5.2.2 曼德勃羅特圖形放大圖5.2.3 龜圖5.3 朱莉婭圖形5.3.1 朱莉婭圖形5.3.2 奇異引力線圖5.4 分形圖應(yīng)用5.4.1 分形圖的映射圖5.4.2 器皿圖案設(shè)計(jì)習(xí)題第6章 動(dòng)畫圖形繪制6.1 異或動(dòng)畫6.1.1 異或動(dòng)畫原理6.1.2 程序舉例6.2 調(diào)色板動(dòng)畫6.2.1 調(diào)色板動(dòng)畫的原理6.2 一生成調(diào)色板動(dòng)畫的步驟6.2.3 程序舉例及說明6.3 幀動(dòng)畫6.3.1 幀動(dòng)畫原理6.3.2 制作幀動(dòng)畫6.3.3 程序舉例及說明6.4 塊動(dòng)畫6.4.1 塊動(dòng)畫的原理6.4.2 塊動(dòng)畫的制作過程6.4.3 程序舉例及說明6.5 實(shí)時(shí)動(dòng)畫6.5.1 實(shí)時(shí)動(dòng)畫原理6.5.2 實(shí)時(shí)動(dòng)畫的優(yōu)點(diǎn)6.5.3 提高實(shí)時(shí)動(dòng)畫的速度習(xí)題第7章 真實(shí)感圖形繪制7.1 簡(jiǎn)單光照模型7.1.1 Phong光照模型7.1.2 表面法線的計(jì)算7.1.3 Gourau（1明暗法7.1.4 PIaong明暗法7.1.5 透明7.1.6 折射7.1.7 陰影7.1.8 紋理7.2 整體光照模型7.2.1 采用光線跟蹤的整體光照模型7.2.2 光線跟蹤基礎(chǔ)7.2.3 光線跟蹤算法7.2.4 加速光線跟蹤算法7.2.5 陰影的處理7.2.6 圖形反走樣技術(shù)7.2.7 彩色處理7.3 微機(jī)繪制真實(shí)感圖形7.3.1 系統(tǒng)介紹7.3.2 系統(tǒng)操作步驟7.3.3 效果圖及源代碼列表習(xí)題第8章 計(jì)算機(jī)繪圖發(fā)展動(dòng)態(tài)及新應(yīng)用8.1 非真實(shí)感圖形8.1.1 非真實(shí)感圖形的概念8.1.2 非真實(shí)感圖形的研究?jī)?nèi)容8.1.3 非真實(shí)感圖形的應(yīng)用8.2 GPU編程8.2.1 GPU編程的概念8.2.2 GPU編程的研究?jī)?nèi)容8.2.3 GPU編程的應(yīng)用領(lǐng)域8.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)8.3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)的概念8.3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成8.3.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用8.4 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)8.4.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的概念8.4.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)8.4.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　繪圖主程序即程序執(zhí)行體，在模塊子程序（函數(shù)）都編好后，編寫主程序（主函數(shù)）較容易，甚至只需調(diào)用模塊子程序就組成主程序，這是典型的模塊結(jié)構(gòu)程序。當(dāng)然主程序中可采用人機(jī)對(duì)話的形式，即圖形的幾何參數(shù)或結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)運(yùn)行時(shí)提示依次由用戶輸入，這是編寫較為通用的繪圖程序常用的方法。為了加強(qiáng)本書中程序的實(shí)用性和通用性，書中程序的主程序一般都用人機(jī)對(duì)話形式，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要，選擇輸入有關(guān)參數(shù)等，從而繪出滿意的圖形?！　【帉懤L圖程序要采用模塊子程序和主程序。如果一個(gè)幾百條以上語句的程序，邏輯關(guān)系復(fù)雜，整個(gè)程序又沒有用模塊子程序（即函數(shù)），那么這樣的程序的執(zhí)行效率和通用性就會(huì)下降。若將此程序按照一定功能劃分成幾個(gè)模塊子程序，然后在主程序（即主函數(shù)）中調(diào)用，這樣就能使程序高效且易讀。顯然，這就是采用子程序和主程序帶來的效率?！　?.3.4繪圖方法　　一般地講，在編程繪圖時(shí)，可采用邊計(jì)算邊畫圖的方法，也可采用先計(jì)算后畫圖的方法。這主要取決于所繪圖形的復(fù)雜程度，一般繪平面圖形采用前者，繪復(fù)雜曲面圖形采用后者?！　【唧w來說，計(jì)算機(jī)繪制圖形有這樣幾種方法，即解析法、樣條法、變形法、拼合法和創(chuàng)造法?！　?.解析法　　此方法是，編寫繪圖程序，根據(jù)圖形的解析表達(dá)式或參數(shù)表示式，計(jì)算出圖形中各點(diǎn)的坐標(biāo)值等，然后用繪圖函數(shù)繪出其圖。形。這種方法的關(guān)鍵是要將圖形用解析式表示，這在有些情況下是很難做到的。同時(shí)，如何用解析式取圖形上的點(diǎn)、取多少個(gè)點(diǎn)，這些也都很重要，它們將影響繪出圖形的質(zhì)量，主要是指光滑程度?！　〗馕龇ㄊ浅Ｓ玫姆椒ǎ貏e是繪制一般幾何圖形時(shí)大量采用此法。　　2.樣條法　　當(dāng)一個(gè)物體或圖形不是用解析式表示，或者不能用解析式精確地表示時(shí)（如汽車、飛機(jī)等外形就沒有精確的解析表達(dá)式），繪制這樣一些圖形，往往是用物體或圖形的一些實(shí)際數(shù)據(jù)值，亦稱型值點(diǎn)，構(gòu)造曲線或曲面來擬合它，或者用樣條曲線、曲面來逼近它，同時(shí)通過不斷調(diào)整、修正樣條曲線或曲面，從而繪制出這些圖形。用樣條法繪制圖形，是工程上繪制自由曲線和曲面的實(shí)用方法。　　3.變形法　　變形法是對(duì)基本圖形，或稱單元圖形，施行各種幾何變換（如比例、平移、對(duì)稱、旋轉(zhuǎn)變換等）從而形成新的或更復(fù)雜的圖形。如對(duì)一矩形基本圖形分別做多次比例和平移變換，則可得到一座小屋。變形法是計(jì)算機(jī)繪制圖形的重要方法之一，它可使繪圖者不必逐筆、逐線、逐個(gè)形體地去繪制圖形，而只需找出圖形之間的內(nèi)在關(guān)系，對(duì)基本圖形施行各種幾何變換，重新組合排列便可獲得所需圖形?！　?.拼合法　　拼合法即將圖形分解成若干個(gè)基本圖形元素（簡(jiǎn)稱圖素），把相同部分的圖素編寫成通用的子程序，繪制圖形時(shí)可根據(jù)需要，調(diào)用相應(yīng)的圖素子程序進(jìn)行拼合，從而得到所需的圖形。

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