計算機(jī)圖形學(xué)原理及應(yīng)用

前言

　　計算機(jī)圖形學(xué)經(jīng)過40多年的發(fā)展，已經(jīng)在工業(yè)、商業(yè)、軍事、教育和娛樂等各個領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用，成為計算機(jī)科學(xué)中發(fā)展最快、影響最大的學(xué)科之一，并在應(yīng)用中日益顯示出其重要性和不可替代性。　　計算機(jī)圖形學(xué)主要研究如何在計算機(jī)中構(gòu)造圖形，并將生成數(shù)據(jù)通過相應(yīng)算法轉(zhuǎn)換成圖形顯示與輸出。它涉及數(shù)學(xué)、物理、工程圖學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等多門學(xué)科。本書主要圍繞圖形的生成、表示和變換圖形的原理、數(shù)學(xué)方法和算法進(jìn)行介紹，出于對學(xué)生實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)目的并加深他們對圖形生成算法的理解能力，在某些章節(jié)給出了基于OpenGL的圖形生成算法程序，以幫助學(xué)生盡快掌握圖形學(xué)的基本應(yīng)用技巧。全書共分為9章：第1章簡要介紹了計算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、發(fā)展和應(yīng)用狀況；第2章對計算機(jī)圖形系統(tǒng)的構(gòu)成作了介紹，主要包括計算機(jī)圖形系統(tǒng)硬件設(shè)備和圖形標(biāo)準(zhǔn)；第3章給出了基本圖形——直線、圓、橢圓的常用生成算法，圖形填充等基本圖素的生成方法，并結(jié)合OpenGL給出了應(yīng)用實例；第4章主要介紹了圖形的二維、三維幾何變換和二維圖形的裁剪方法；第5章介紹曲線與曲面的生成；第6章對真實感圖形繪制的一些基本思想作了簡單描述；第7章介紹了交互式繪圖系統(tǒng)，它是目前應(yīng)用最普遍的、效率最高的一種繪圖形式，本章對交互式繪圖概念、基本模式、技術(shù)和交互式繪圖系統(tǒng)作了介紹；第8章和第9章分別介紹了計算機(jī)動畫和一些實用CAD系統(tǒng)?！　”緯诰帉戇^程中，力求理論與實際、實例相結(jié)合，注意前后內(nèi)容的銜接；文字表達(dá)清楚、深入淺出，方便學(xué)生自學(xué)，可作為電子類（通信、計算機(jī)、信息等專業(yè)）和機(jī)械類本科生教材使用，學(xué)時為40～60。也可作為研究生的教材或參考書以及供相關(guān)人員參考使用。　　本書第1章、第2章和第3章由哈爾濱理工大學(xué)盧迪編寫；第4章、第8章和第9章分別由齊齊哈爾大學(xué)王軍、李大輝和王麗編寫；第5章由肇慶學(xué)院吳海濤編寫；第6章由哈爾濱理工大學(xué)張開玉編寫。第7章的編寫工作由哈爾濱理工大學(xué)的王鵬完成?！　∮捎谧髡咚接邢?，書中的不足、疏漏和錯誤在所難免，懇請讀者和使用本書的同學(xué)們批評指正。

內(nèi)容概要

本書內(nèi)容適合各類大學(xué)本科生學(xué)習(xí)計算機(jī)圖形學(xué)的基本理論和算法。全書共分為9章。主要內(nèi)容有：計算機(jī)圖形處理系統(tǒng)的功能、硬件設(shè)備、圖形標(biāo)準(zhǔn)；基本圖形的生成算法：幾何變換與裁剪；曲線與曲面；真實感圖形與交互式繪圖技術(shù)。除此以外，還對計算機(jī)動畫和一些常用CAD技術(shù)做了簡單介紹，并給出了許多基于OpenGL的實用例子。本書是作者根據(jù)多年講授計算機(jī)圖形學(xué)課程的經(jīng)驗，在整理各自課程講稿的基礎(chǔ)之上，參考國內(nèi)外相關(guān)書籍，通力合作編寫而成的。    本書可作為電子類（通信、計算機(jī)、信息等專業(yè)）和機(jī)械類本科生的教材，也可供計算機(jī)圖形學(xué)愛好者和相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員自學(xué)參考。

書籍目錄

第1章　緒論　1.1　計算機(jī)圖形學(xué)的概念及研究內(nèi)容　　1.1.1  圖形與圖像　　1.1.2　研究內(nèi)容　　1.1.3　相關(guān)學(xué)科　1.2　計算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展　　1.2.1  圖形硬件的發(fā)展　　1.2.2  圖形軟件及圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展　　1.2.3  圖形專用算法的發(fā)展　1.3　計算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用　　1.3.1　計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）及計算機(jī)輔助制造（CAM）　　1.3.2　科學(xué)計算可視化　　1.3.3　計算機(jī)動畫　　1.3.4　人機(jī)交互　　1.3.5　計算機(jī)藝術(shù)　　1.3.6　計算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）　習(xí)題1第2章　計算機(jī)圖形系統(tǒng)　2.1　計算機(jī)圖形系統(tǒng)構(gòu)成和功能　　2.1.1  計算機(jī)圖形系統(tǒng)構(gòu)成　　2.1.2　計算機(jī)圖形系統(tǒng)功能　2.2　輸入設(shè)備　　2.2.1　鍵盤（Keyboard）　　2.2.2  鼠標(biāo)（Mouse）　　2.2.3　光筆（Light Pen）　　2.2.4　觸摸屏（Touch Screen）　　2.2.5　數(shù)字化儀（Digitizer）　　2.2.6　掃描儀（Scanner）　　2.2.7　游戲桿（Joy Stick）和跟蹤球（Traekball）　　2.2.8　數(shù)據(jù)手套（Data Glove）　2.3　輸出設(shè)備　　2.3.1　顯示設(shè)備　　2.3.2　硬拷貝設(shè)備  2.4　光柵掃描顯示系統(tǒng)　　2.4.1　光柵掃描顯示系統(tǒng)的組成　　2.4.2　相關(guān)概念　　2.4.3　PC圖形顯示卡　2.5　計算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)　習(xí)題2第3章　基本圖形的生成算法　3.1　直線的掃描轉(zhuǎn)換　　3.1.1　數(shù)值微分算法　　3.1.2  中點畫線算法　　3.1.3　Bresenham畫線算法　3.2　圓的掃描轉(zhuǎn)換　　3.2.1  中點畫圓算法　　3.2.2　Bresenham畫圓算法　3.3　橢圓的掃描轉(zhuǎn)換　3.4　實面積圖形的生成　　3.4.1  多邊形的填充　　3.4.2　種子填充算法　3.5　光柵圖形反走樣算法　　3.5.1　過取樣　　3.5.2  簡單區(qū)域取樣　　3.5.3　加權(quán)區(qū)域取樣  3.6　屬性處理　　3.6.1　線屬性　　3.6.2  區(qū)域填充屬性　3.7　字符處理　　3.7.1  點陣式字符　　3.7.2　矢量式字符  3.8　0penGL基本圖元的繪制　　3.8.1  點的繪制　　3.8.2　線的繪制　　3.8.3　多邊形的繪制　習(xí)題3第4章　幾何變換  4.1　幾何變換的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)　　4.1.1　矩陣運(yùn)算　　4.1.2　矩陣運(yùn)算的基本性質(zhì)　　4.1.3　二維坐標(biāo)系統(tǒng)  4.2　二維圖形幾何變換　　4.2.1　二維圖形的基本變換　　4.2.2　組合變換……第5章　曲線與曲面第6章　真實感圖形第7章　交互式繪圖技術(shù)第8章　計算機(jī)動畫第9章　實用CAD系統(tǒng)介紹參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　據(jù)統(tǒng)計，人類對外部世界的感知80％來自于視覺，俗話說：“百聞不如一見”，就是一個非常形象的說法。在生產(chǎn)活動中，“圖樣”是交流技術(shù)思想：表達(dá)設(shè)計意圖和指導(dǎo)生產(chǎn)的重要工具。千百年來，人們使用三角板、圓規(guī)、丁字尺等各種工具手工繪制各種圖形。為了繪制圖樣和提高繪圖效率，人們不斷改進(jìn)工具和繪圖方法，但是仍難改變手工繪圖速度慢、精度低且繁瑣、勞動量大等問題，所以人們一直希望用自動繪圖代替手工繪圖，計算機(jī)繪圖的出現(xiàn)使這個愿望變成了現(xiàn)實。隨著計算機(jī)繪圖軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對相關(guān)理論和算法的深入研究，逐漸形成了一門新興的學(xué)科——計算機(jī)圖形學(xué)（ComputerGraphics，CG），它是一門涉及物理學(xué)、數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機(jī)技術(shù)等多門學(xué)科的交叉學(xué)科。通過幾十年的發(fā)展，計算機(jī)圖形學(xué)已經(jīng)在工業(yè)、商業(yè)、軍事、教育和娛樂等各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，成為計算機(jī)科學(xué)中發(fā)展最快、影響最大的學(xué)科之一，并在應(yīng)用中日益顯示出其重要性和不可替代性。　　1．1計算機(jī)圖形學(xué)的概念及研究內(nèi)容　　1．1．1　圖形與圖像　　能夠在人的視覺中形成視覺印象的客觀對象都可以稱為圖形，包括各種幾何圖形以及由函數(shù)式、代數(shù)方程和表達(dá)式所描述的圖形，也包括來自于各種媒體的圖景、圖片、圖案和形體實體等。在計算機(jī)中，表示帶有顏色和形狀信息的圖和形一般有兩種方法：點陣法和參數(shù)法。點陣法用具有灰度或顏色信息的點陣來表示圖形，強(qiáng)調(diào)圖形由哪些點組成，并具有什么灰度和色彩。參數(shù)法是以計算機(jī)中記錄圖形的形狀參數(shù)和屬性參數(shù)來表示圖形的一種方法。形狀參數(shù)可以是形狀的方程參數(shù)、線段的起點和終點等幾何屬性的描述；屬性參數(shù)則描述灰度、色彩、線形等非幾何屬性。因此，可以將參數(shù)法描述的圖形稱做圖形（Graphic），一般指直線、圓、圓弧、任意曲線和圖表等計算機(jī)繪制的畫面；而把點陣法描述的圖形叫做圖像（Image），一般以BMP、PCX、TIF、GIFD等格式存儲在計算機(jī)中。

圖書封面

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