計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

前言

本書(shū)第1版于2006年1月由機(jī)械工業(yè)出版社出版。出版以后，收到了不少讀者來(lái)信，包括教師。學(xué)生和設(shè)計(jì)人員等，除了對(duì)作者的鼓勵(lì)以外，也對(duì)本書(shū)提出了許多有益的建議。2006年7月，機(jī)械工業(yè)出版社華章分社與中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)聯(lián)合舉辦了2006年暑期教師培訓(xùn)班，與參會(huì)教師就計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的定義與定位。課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究方向以及算法和軟件開(kāi)發(fā)等議題進(jìn)行了討論，執(zhí)教計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的老師提出了許多建議。同時(shí)，作者采用本書(shū)在上海交通大學(xué)本科生的“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”。“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程設(shè)計(jì)”與“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”等課程中進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，廣泛征求了學(xué)生的意見(jiàn)。據(jù)此，作者著手對(duì)第1版教材進(jìn)行修訂，新版本期望達(dá)到以下目標(biāo)：在宏觀上，繪制一個(gè)清楚的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)框架與認(rèn)知體系，在微觀上，精致編織。準(zhǔn)確表述具體而細(xì)小的知識(shí)點(diǎn)。修訂工作基于對(duì)圖形/圖像本質(zhì)的分析，對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)定位。定義。內(nèi)容和架構(gòu)（architecture）進(jìn)行研究。這項(xiàng)研究試圖從認(rèn)知方式關(guān)注計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的學(xué)科地位，從對(duì)圖形/圖像產(chǎn)生機(jī)理的梳理入手，認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的本質(zhì)特征，明確計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的根本任務(wù)，從表現(xiàn)的視角理解圖形/圖像只是基本圖元不同組合的顯示方式，從構(gòu)造的角度闡述“模型”的“幾何品質(zhì)”，認(rèn)識(shí)幾何計(jì)算在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的地位和作用的根本性，從幾何奇異是造成幾何造型系統(tǒng)不穩(wěn)定性的本源入手，把握幾何計(jì)算的關(guān)鍵，從“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和造型依賴于點(diǎn)和向量的數(shù)學(xué)運(yùn)算”的觀點(diǎn)出發(fā)，以向量幾何與“方向性”概念為基礎(chǔ)，構(gòu)筑幾何計(jì)算的基本理論，研究它們的思想方法。幾何結(jié)構(gòu)以及幾何算法與復(fù)雜性分析。最后，形成了以下論點(diǎn)：圖形（圖像）本質(zhì)上是具有線形。寬度。顏色等屬性信息的圖形元素（圖元）的組合。因此，抽象圖形的本質(zhì)可以概括為：圖形=圖元+屬性。模型的根本是幾何。在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中擬采用“幾何”（geometry）一詞替代“模型”（model）。幾何可以理解為幾何模型。幾何創(chuàng)建。幾何運(yùn)算等，有更寬泛的含義，而模型還可用作其他表述，如光照模型。紋理模型等，非幾何類。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主要研究?jī)蓚€(gè)問(wèn)題：一是如何在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造一個(gè)客觀世界——幾何（模型）的描述。創(chuàng)建和處理，以“幾何”一詞統(tǒng)一表述之，二是如何將計(jì)算機(jī)中的虛擬世界用最形象的方式靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)出來(lái)——幾何的視覺(jué)再現(xiàn)，以“繪制”一詞統(tǒng)一表述之。因此可以說(shuō)：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)=幾何+繪制。幾何是表示，是輸入，繪制是展現(xiàn)，是輸出。從宏觀上講，幾何構(gòu)造模型，繪制展示模型，從微觀上講，幾何決定點(diǎn)，繪制顯示點(diǎn)。兩者的基礎(chǔ)是幾何計(jì)算。幾何計(jì)算是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基礎(chǔ)，幾何計(jì)算的關(guān)鍵是解決幾何奇異問(wèn)題，可對(duì)幾何引入方向性概念解決幾何奇異問(wèn)題，構(gòu)建幾何計(jì)算的理論體系。

內(nèi)容概要

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在眾多領(lǐng)域扮演著越來(lái)越重要的角色，其主要作用就是研究如何在計(jì)算機(jī)中表示以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法，也即將抽象的模型用最為形象的方式表述出來(lái)?！　”緯?shū)重在清晰而準(zhǔn)確地講解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基礎(chǔ)理論、算法、幾何模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，包括光柵圖形學(xué)、圖形裁剪、基本幾何、二維幾何、圖形變換、三維幾何、幾何造型、光照模型、曲線和曲面、曲線擬合和雙圓弧逼近、交互式圖形系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題以及CAD系統(tǒng)中的一個(gè)難點(diǎn)－－參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題。本書(shū)特色：　　●凝聚了作者多年的一線教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)容貼近讀者，講解清晰而準(zhǔn)確，使讀者能夠靈活應(yīng)用所學(xué)，并達(dá)融會(huì)貫通的境界　　●每章后有相應(yīng)的習(xí)題和思考題，可幫助讀者在學(xué)習(xí)完有關(guān)內(nèi)容后加深理解，溫故而知新　　●特為選用本書(shū)的教師提供電子教案，需要者可登錄華章網(wǎng)站(www.hzbook.com) 下載

作者簡(jiǎn)介

何援軍教授，男，浙江諸暨人，1945年7月出生?，F(xiàn)任上海交通大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系教授，博士生導(dǎo)師。1968年畢業(yè)于浙江大學(xué)數(shù)學(xué)系。任中國(guó)工程圖學(xué)學(xué)會(huì)和上海市工程圖學(xué)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)專業(yè)委員會(huì)主任委員、中文核心期刊《工程圖學(xué)學(xué)報(bào)》和《CADDM》英文期刊編委

書(shū)籍目錄

第1章緒論  1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及它與其他學(xué)科的關(guān)系  1.2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史  1.3計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域    1.3.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造    1.3.2科學(xué)計(jì)算可視化    1.3.3虛擬現(xiàn)實(shí)    1.3.4計(jì)算機(jī)藝術(shù)    1.3.5計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)    1.3.6圖形用戶接口  1.4計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的基本問(wèn)題    1.4.1圖形輸入    1.4.2圖形描述    1.4.3圖形變換    1.4.4圖形運(yùn)算    1.4.5圖形輸出    1.4.6幾何算法、幾何復(fù)雜性和計(jì)算效率  1.5計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)開(kāi)發(fā)技術(shù)    1.5.1OpenGL    1.5.2ACIS    1.5.3DirectX    1.5.4Java3D    1.5.5VRML第2章光柵圖形學(xué)  2.1直線光柵化顯示算法    2.1.1直線光柵化顯示的數(shù)字微分分析法(DDA)    2.1.2直線光柵化顯示的Bresenham算法  2.2圓光柵化算法    2.2.1利用圓的八方對(duì)稱性畫(huà)圓    2.2.2簡(jiǎn)單的方程畫(huà)圓方法    2.2.3Bresenham畫(huà)圓算法    2.2.4中點(diǎn)圓算法  2.3橢圓光柵化算法  2.4多邊形填充    2.4.1掃描線填充算法    2.4.2邊填充算法    2.4.3種子填充算法  2.5字符和漢字顯示    2.5.1點(diǎn)陣字符    2.5.2矢量字符  2.6反走樣    2.6.1圖形走樣    2.6.2超采樣  2.7本章要點(diǎn)  2.8本章作業(yè)第3章圖形裁剪  3.1線裁剪算法    3.1.1Cohen?Sutherland算法    3.1.2Liang?Barsky算法  3.2多邊形裁剪    3.2.1Sutherland?Hodgon多邊形裁剪算法    3.2.2圖形求交集多邊形裁剪法  3.3本章要點(diǎn)  3.4本章作業(yè)第4章基本幾何  4.1基本幾何的描述    4.1.1直線的描述    4.1.2圓的描述    4.1.3圓弧的描述    4.1.4基本幾何的統(tǒng)一描述    4.1.5圓弧曲線  4.2基本幾何及圖形邊界的方向    4.2.1基本幾何及其方向的定義    4.2.2幾何元素定向的優(yōu)點(diǎn)  4.3直線和圓弧的相交    4.3.1坐標(biāo)系變換求交    4.3.2幾何計(jì)算求交  4.4曲線和曲線的相交    4.4.1劣弧段最小外接矩形求取    4.4.2圓弧曲線的相交算法  4.5本章要點(diǎn)  4.6本章作業(yè)第5章二維幾何  5.1向量和向量的交點(diǎn)  5.2包容性測(cè)試    5.2.1符號(hào)判別法    5.2.2角度判別法    5.2.3半射線交點(diǎn)計(jì)數(shù)判別法    5.2.4Griffiths判別法  5.3直線段和圖形公共部分的求取  5.4一般圖形的填充算法    5.4.1一般圖形的描述    5.4.2一般圖形的填充算法  5.5二維布爾運(yùn)算    5.5.1環(huán)    5.5.2二維幾何構(gòu)型中的圖形描述    5.5.3兩個(gè)環(huán)的交、并、差幾何運(yùn)算    5.5.4兩個(gè)環(huán)運(yùn)算的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)    5.5.5兩個(gè)環(huán)運(yùn)算的算法    5.5.6擴(kuò)展到圓弧    5.5.7含有多個(gè)內(nèi)環(huán)圖形的運(yùn)算    5.5.8算法復(fù)雜度分析  5.6平面多角形面積的求取  5.7本章要點(diǎn)  5.8本章作業(yè)第6章圖形變換  6.1圖形變換的理論基礎(chǔ)    6.1.1坐標(biāo)系、基底、坐標(biāo)行    6.1.2基底變換    6.1.3線性變換及其乘積    6.1.4不同基底下的線性變換  6.2圖形變換的基本描述    6.2.1齊次坐標(biāo)    6.2.2齊次坐標(biāo)變換矩陣    6.2.3二維圖形變換    6.2.4三維圖形變換  6.3圖形變換的幾何化表示    6.3.1幾何化表示的基本理論    6.3.2圖形變換的幾何化表示    6.3.3圖形變換幾何化表示的實(shí)施    6.3.4圖形變換幾何化表示的應(yīng)用    6.3.5三維變換的幾何化表示    6.3.6圖形變換幾何化表示與基本幾何  6.4投影與投影變換    6.4.1平行投影    6.4.2投影變換、深度坐標(biāo)與三維觀測(cè)流水線    6.4.3投影示意圖  6.5軸測(cè)變換    6.5.1軸測(cè)變換的定義    6.5.2正軸測(cè)變換    6.5.3軸測(cè)投影變換的一般公式    6.5.4斜二測(cè)變換  6.6羅盤(pán)變換    6.6.1羅盤(pán)變換的基本原理    6.6.2羅盤(pán)變換公式    6.6.3屏幕軸三角架的實(shí)時(shí)產(chǎn)生  6.7透視變換    6.7.1透視變換的基本原理    6.7.2透視變換矩陣    6.7.3透視投影轉(zhuǎn)化為平行投影    6.7.4滅點(diǎn)及其產(chǎn)生  6.8坐標(biāo)變換矩陣小結(jié)  6.9視圖變換    6.9.1視圖變換的基本原理    6.9.2視圖變換的實(shí)施  6.10本章要點(diǎn)  6.11本章作業(yè)第7章 三維幾何……第8章 幾何造型第9章 光照模型第10章 曲線和曲面第11章 曲線擬合與雙圓弧逼近第12章 交互技術(shù)第13章 參數(shù)設(shè)計(jì)附錄A 基礎(chǔ)算法程序附錄B 圖形接口附錄C 教學(xué)網(wǎng)站參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

書(shū)摘前言： 　　圖形是傳遞信息最主要的媒體之一，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用在某種意義上已成為計(jì)算機(jī)軟、硬件發(fā)展水平的標(biāo)志。它已成為一門(mén)成熟的學(xué)科，是信息技術(shù)中不可缺少的重要內(nèi)容和發(fā)展基石。“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程也已成為大學(xué)計(jì)算機(jī)、機(jī)械等相關(guān)學(xué)科的一門(mén)主干課程?！　”緯?shū)對(duì)一些被普遍認(rèn)同的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的理論、技術(shù)和算法作了介紹，主要定位于作為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（Computer Graphics，CG）課程的教材，兼作計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）的科研參考書(shū)?！　±碚摻虒W(xué)與應(yīng)用實(shí)踐應(yīng)各有自己的定位和目標(biāo)，前者培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的思維方式，后者提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。本書(shū)強(qiáng)調(diào)了對(duì)基礎(chǔ)理論、算法、幾何模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的敘述，并努力保證它們的正確性，盡可能使敘述準(zhǔn)確、清晰?！　』A(chǔ)理論。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論與計(jì)算機(jī)科學(xué)中的算法設(shè)計(jì)、算法分析、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等學(xué)科密切相關(guān)。本書(shū)強(qiáng)調(diào)了對(duì)理論核心思想的闡述，用通俗易懂的語(yǔ)言，簡(jiǎn)明、透徹地闡明這些理論最本質(zhì)的思想，附以精心設(shè)計(jì)的圖示形式，力圖使讀者在較短的時(shí)間內(nèi)掌握這些基本理論?！　∷惴?。本書(shū)重視原理上的闡述，從理論上分析各種算法的原理、可行性及幾何復(fù)雜性。對(duì)各種典型的算法盡可能比較多種可能的方案，分別指出它們的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合（某些關(guān)鍵思想將被反復(fù)運(yùn)用）。在如何提高算法的效率，保證算法的準(zhǔn)確性、可靠性，怎樣處理好多值問(wèn)題以及如何組織好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提高程序設(shè)計(jì)的技巧等各方面都進(jìn)行了仔細(xì)推敲。精心設(shè)計(jì)算法用例，提高算法的正確性、示范性和適應(yīng)性。采用通用的、規(guī)范的描述形式，例如近于自然語(yǔ)言的算法描述、偽代碼形式和全局性較好的框圖形式等。　　幾何模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本書(shū)重視幾何模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述，便于讀者更好地理解其背后的理論依據(jù)，也是對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計(jì)等主干課程的一次深化和應(yīng)用?！　”緯?shū)由13章正文和3篇附錄構(gòu)成?！　〉?章緒論。闡述了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的學(xué)科定位；與其他學(xué)科CAD（及計(jì)算機(jī)繪圖）、計(jì)算幾何（Computer Geometry）、圖像（Image）等的關(guān)系；敘述了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的一些基本概念、基本任務(wù)和它們?cè)谟?jì)算機(jī)圖形學(xué)中的作用和地位；根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展情況，簡(jiǎn)單地介紹了當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)開(kāi)發(fā)技術(shù)。　　第2章光柵圖形學(xué)。對(duì)基本幾何（直線、圓、橢圓等）光柵化的理論和算法，以及多邊形填充、字符和漢字顯示、反走樣等計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本理論和算法作了詳細(xì)的講解。本章是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的“入門(mén)”章，努力用淺顯的語(yǔ)言和直觀的圖示形式闡述各種變量的幾何意義，引導(dǎo)讀者“入門(mén)”計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。這是吸引讀者學(xué)好計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的關(guān)鍵?！　〉?章圖形裁剪。本質(zhì)上，圖形裁剪應(yīng)是一種幾何計(jì)算問(wèn)題，它與基本幾何的光柵化算法不同，因此單列一章?！　〉?~8章涉及基本幾何、二維幾何、圖形變換、三維幾何和幾何造型等各個(gè)方面。這些內(nèi)容全部基于一套以向量幾何為理論、以“方向性”概念為基礎(chǔ)的幾何計(jì)算理論體系。這套理論不僅統(tǒng)一了點(diǎn)、線（向量）、圓（?。┑然編缀渭扒€和圖形等的表示，并將基本幾何與角度、距離、面積、分比、幾何元素連接時(shí)的方向、封閉圖形的邊界走向等輔助幾何（屬性）有機(jī)地聯(lián)系在一起。同時(shí)，引入“交點(diǎn)特征”的概念，有效地將二維布爾運(yùn)算下降為一維向量計(jì)算、將三維布爾運(yùn)算下降為二維布爾運(yùn)算、將三維消隱算法最終歸結(jié)為一維交集算法等等，從而使幾何計(jì)算的復(fù)雜性大為簡(jiǎn)化，極大地提高了布爾運(yùn)算、幾何造型以及參數(shù)化設(shè)計(jì)等重大幾何計(jì)算的穩(wěn)定性和計(jì)算效率?！　∮纱藰?gòu)筑了一種全新的、統(tǒng)一各種圖形變換的坐標(biāo)幾何變換新機(jī)制，將平移、旋轉(zhuǎn)、錯(cuò)切等坐標(biāo)變換統(tǒng)一于基本幾何體系，使基本幾何與幾何變換有機(jī)聯(lián)系起來(lái)。闡明了“投影”和所謂“投影變換”的機(jī)理。研究了透視變換矩陣系數(shù)的意義和構(gòu)造方法，使透視變換矩陣“量化”，以尋求在給定“滅點(diǎn)”的情況下定量求取透視變換系數(shù)的方法?！　』編缀吸c(diǎn)、線（向量）、圓（?。┖兔娴亩x以及它們之間的相互關(guān)系雖然并不復(fù)雜，但是作為描述所有圖形和幾何體的基礎(chǔ)，其定義的嚴(yán)密性和算法的強(qiáng)壯性以及處理的效率卻至關(guān)重要。需要深入地研究這些基本幾何的有關(guān)問(wèn)題，研究幾何計(jì)算的穩(wěn)定性和算法的復(fù)雜性理論，探索基本幾何的方向定義以及它對(duì)幾何計(jì)算效率的影響，建立對(duì)角度、距離、面積、分比、幾何連接、封閉圖形的邊界走向等幾何和屬性概念的新涵義、新體系?！　「鶕?jù)這套幾何計(jì)算的理論體系，在第5章“二維幾何”、第7章“三維幾何”和第8章“幾何造型”中敘述的經(jīng)典幾何算法：凸包算法、包容性測(cè)試算法、圖形填充算法、2D和3D布爾運(yùn)算算法、一維交集算法、消隱算法和三維幾何造型算法等等，“交點(diǎn)特征”和“幾何方向”的優(yōu)越性發(fā)揮得淋漓盡致，使這些在基本幾何新體系上構(gòu)筑的典型幾何算法變得出奇的簡(jiǎn)單?！　≌麄€(gè)體系顯得較為完整、相對(duì)完善、使用方便。所有引入的理論和算法均提供了詳細(xì)的例證，相信能被讀者與同行接受和應(yīng)用?！　〉?章討論的光照模型是當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)學(xué)科發(fā)展最快、最引人注目的方向，也是目前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用最廣的部分。本書(shū)介紹了產(chǎn)生真實(shí)感圖形的基本理論、原理、模型和算法?！　∠群?jiǎn)單地介紹了光和顏色的基本概念，增加了“色彩應(yīng)用”一節(jié)，供實(shí)現(xiàn)算法的讀者構(gòu)造出或熱情、歡快、激動(dòng)、奔放，或恬靜、低沉、淡雅、嚴(yán)肅，或沉思、幽靜、柔和，或朝氣蓬勃、向上的作品來(lái)?！　〗又捎脧暮?jiǎn)到繁，逐步深化的敘述方式，以環(huán)境光、漫反射和Lambert模型、鏡面反射和Phong模型、透明模型的次序，自然地引出簡(jiǎn)單局部光照模型?！　ouraud明暗處理——光強(qiáng)插值算法和Phong明暗處理——法向插值算法從本質(zhì)上講是一種幾何算法，本書(shū)將它單獨(dú)列為“插值算法”一節(jié)?！　」饩€跟蹤是整體光照模型的基礎(chǔ)，也是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中典型的、較難的算法。本書(shū)強(qiáng)調(diào)了光線跟蹤算法原理的敘述，配以插圖，使讀者更易理解。光線跟蹤算法中的關(guān)鍵技術(shù)則強(qiáng)調(diào)了可能采用的策略，并未展開(kāi)。例如幾何求交的問(wèn)題，在有些書(shū)中列舉了直線與立方體、球和二次曲面等的求交算法，其實(shí)，這種求交工作是幾何計(jì)算或數(shù)學(xué)問(wèn)題，無(wú)法一一枚舉，倒不如將它的本質(zhì)列出，給讀者一個(gè)自由發(fā)揮的天地?！　￡幱八惴?，本書(shū)強(qiáng)調(diào)了自身陰影和投射陰影的概念。　　紋理問(wèn)題，將顏色紋理和幾何紋理概念分別予以討論。　　從工程應(yīng)用的角度講，曲線曲面可分成兩大應(yīng)用需求：設(shè)計(jì)型和擬合型?！霸O(shè)計(jì)型”往往是設(shè)計(jì)人員對(duì)其所設(shè)計(jì)的曲線（曲面）并無(wú)定量概念情況下于設(shè)計(jì)過(guò)程中的即興發(fā)揮。“擬合型”曲線則是對(duì)已經(jīng)存在的離散點(diǎn)列（例如通過(guò)測(cè)量或?qū)嶒?yàn)得到的一系列有序點(diǎn)列）構(gòu)造出盡可能光滑的曲線或曲面，用以直觀（而忠實(shí)）地反映出實(shí)驗(yàn)特性、變化規(guī)律和趨勢(shì)等。　　第10章介紹的由Bézier提出的一種由控制多邊形定義曲線和曲面的方法是“設(shè)計(jì)型”曲線曲面的典型代表。曲線、曲面本身的基礎(chǔ)理論和進(jìn)一步的研究與發(fā)展應(yīng)該屬于計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)（Computer Aided Geometric Design）的范疇，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中講授曲線、曲面知識(shí)的目的是更好地在計(jì)算機(jī)上顯示曲線曲面，以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的優(yōu)勢(shì)更好地展示多彩的世界。　　第11章詳細(xì)介紹的曲線擬合和雙圓弧逼近屬于“擬合型”曲線，它是計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing,CAM）中的常用算法，包括“小撓度樣條函數(shù)”和“大撓度樣條函數(shù)”以及“雙圓弧逼近算法”和“直線逼近算法”等。　　CAD常常是與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)聯(lián)系在一起的，第12章和第13章討論了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)最密切的應(yīng)用——CAD中的一些問(wèn)題?！　〉?2章討論了交互式圖形系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，簡(jiǎn)要介紹了交互式圖形系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、界面和菜單設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)的基本技術(shù)，例如定位技術(shù)、橡皮筋技術(shù)、拖拉技術(shù)和選擇技術(shù)等。對(duì)交互式圖形系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也作了原則性的介紹。UNDO和REDO功能雖然是交互系統(tǒng)的重要而必需的技術(shù)，而且在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中均有應(yīng)用，但很少見(jiàn)到這方面的介紹。本書(shū)介紹了一種實(shí)現(xiàn)UNDO和REDO功能的方法，包括UNDO和REDO功能的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、命令執(zhí)行時(shí)的操作、交互應(yīng)用系統(tǒng)中的命令接口和UNDO或REDO時(shí)的動(dòng)作流程等，希望能對(duì)讀者有所啟發(fā)?！　〉?3章介紹的是CAD系統(tǒng)中的一個(gè)難點(diǎn)——參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題。先討論了幾何約束滿足問(wèn)題（Geometric Constraint Satisfaction Problem，GCSP），給定一組幾何元素和一組描述幾何元素間關(guān)系的約束條件，求解這組幾何元素以滿足這組約束。GCSP的求解是智能CAD系統(tǒng)中參數(shù)化設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題，也是人工智能、軟件工程、工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的研究課題。而后介紹一種參數(shù)化的二維圖形的輸入方法，這種方法采用文本文件輸入，但是是一種具有“計(jì)算功能”的文本文件。它可以由基本幾何直接構(gòu)造“圖元”，也可以采用圖形陳列、旋轉(zhuǎn)、平移、對(duì)稱、比例等圖形操作定義新的“圖元”。這種“圖元”可以是已經(jīng)構(gòu)造或即將構(gòu)造的“圖元”組合，用宏調(diào)用的方法，實(shí)現(xiàn)圖形的遞歸構(gòu)造。它提供了比較靈活的圖形構(gòu)造手段，既使圖形生成簡(jiǎn)化，又減少了圖庫(kù)的存儲(chǔ)量?！　∽詈蟮母戒泴?shí)際上是對(duì)正文的一個(gè)很好補(bǔ)充，涵蓋了如何將理論和算法付諸實(shí)踐的范例，有助于讀者更好地理解本書(shū)的一些基本思想。同時(shí)，這些簡(jiǎn)潔明了、構(gòu)思巧妙、久經(jīng)考驗(yàn)的圖形處理工具也給廣大從事工程設(shè)計(jì)的科研人員和研究生提供了一個(gè)圖形開(kāi)發(fā)平臺(tái)?！　”緯?shū)附錄C介紹的教學(xué)網(wǎng)●本書(shū)理論教學(xué)的多媒體教材。 ●本書(shū)附錄所列的是計(jì)算機(jī)圖形處理程序的實(shí)體以及在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的交互式應(yīng)用系統(tǒng)。這個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)不僅可以直接實(shí)際使用，也可作為研究生和CAD設(shè)計(jì)人員的圖形開(kāi)發(fā)平臺(tái)。 ●一個(gè)簡(jiǎn)單的、基于C++的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及其運(yùn)行環(huán)境和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)經(jīng)典算法的演示系統(tǒng)。 ●部分學(xué)生作業(yè)等等。 ●特別是，網(wǎng)站中收錄了一些大眾化的、以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論應(yīng)用為主的知識(shí)性樣板課題。這些樣板課題具有知識(shí)性、抽象性、應(yīng)用性和綜合性。它向讀者展示了如何從原始問(wèn)題開(kāi)始，從問(wèn)題抽象→找出難點(diǎn)→理論基礎(chǔ)→項(xiàng)目實(shí)施（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)等）→應(yīng)用檢驗(yàn)（系統(tǒng)化、產(chǎn)品化）直至理論升華（設(shè)計(jì)書(shū)、論文等）的全過(guò)程。相信會(huì)激發(fā)讀者的探索欲望?！　　皞涫福蝗鐢嗥湟恢??！?本書(shū)沒(méi)有也不可能對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)許多精彩的理論和算法面面俱到，而是著重對(duì)一些典型的算法作了詳細(xì)介紹。例如，對(duì)三維造型裝配幾何計(jì)算消隱的全過(guò)程描述得十分詳盡，讀者幾可直接按此編程實(shí)現(xiàn)。而且，在這條主線的敘述中，又將本書(shū)的幾何計(jì)算的理論體系完整、充分地體現(xiàn)出來(lái)?！　‘?dāng)然，只有在對(duì)算法真正實(shí)現(xiàn)并作了大量的考證以后才能對(duì)其有深刻的理解，才能對(duì)算法的枝梢末節(jié)有所體會(huì)，享受到其中的奧妙和樂(lè)趣?！　”緯?shū)的1～9章應(yīng)該是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的基本教學(xué)內(nèi)容，而有條件的學(xué)?？梢越榻B或補(bǔ)充一些第10～11章中關(guān)于曲線、曲面的內(nèi)容，第12～13章及附錄會(huì)對(duì)從事CAD工作和有關(guān)的研究生有所幫助。　　柳偉、徐建明、李震霄等分別參與了第1章、第10章和第9章的起草工作，何一江對(duì)前言作了潤(rùn)色，一些本科生及研究生參與了上海交通大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)網(wǎng)站的制作，提供了他們的習(xí)作，特向他們表示感謝?！　∩虾＝煌ù髮W(xué)計(jì)算機(jī)系高手林立，也是一個(gè)和諧的集體，同事們對(duì)我的工作一直給予大力協(xié)助和支持，感謝他們的幫助?！　∽詈螅兄x夫人許劍秋為我創(chuàng)造了良好的生活環(huán)境?！　?shū)中不當(dāng)之處，希望讀者、專家和同行勿吝指正。

編輯推薦

《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(第2版)》由機(jī)械工業(yè)出版社出版。

圖書(shū)封面

圖書(shū)標(biāo)簽Tags

無(wú)

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    計(jì)算機(jī)圖形學(xué) PDF格式下載

---