計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)

前言

近30多年來，交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)有了引人矚目的發(fā)展?？梢哉f：“已經(jīng)沒有哪一個(gè)領(lǐng)域未從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用中獲得好處?！蹦壳?，幾乎所有的高等學(xué)校均已開設(shè)了“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程。國內(nèi)外知名大學(xué)通常這樣來安排計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的課程體系：本科生開設(shè)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)”或“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)引論”課程，講述計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本知識(shí)和基礎(chǔ)技術(shù)，為在這一領(lǐng)域深入學(xué)習(xí)和研究奠定基礎(chǔ)；研究生則開設(shè)“高級(jí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”、“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)熱點(diǎn)話題”、“真實(shí)感圖形顯示”以及“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”等課程，重點(diǎn)討論計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展動(dòng)態(tài)與研究熱點(diǎn)。我們?cè)诙嗄杲虒W(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，參閱國內(nèi)外最新版本的教材，主要針對(duì)高等院校本科生編寫了本書。力爭(zhēng)達(dá)到三個(gè)目標(biāo)：一是著重介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本內(nèi)容，讓學(xué)生逐漸掌握和熟悉這個(gè)學(xué)科中涉及的基本概念和思維方式；三是盡量給出計(jì)算機(jī)圖形學(xué)最新發(fā)展所需要的基礎(chǔ)知識(shí)；三是堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合，盡可能多地采用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，提供相關(guān)的編程實(shí)例。

內(nèi)容概要

　　本書全書共分10章，第1章簡要介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、應(yīng)用和發(fā)展動(dòng)態(tài)。第2～5章，由“外”到“內(nèi)”介紹計(jì)算機(jī)圖形處理系統(tǒng)的硬件設(shè)備、人機(jī)交互處理、圖形對(duì)象在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示以及基本圖形的生成算法等。第6章主要介紹二維變換和二維觀察的概念。第7章介紹三維變換及三維觀察的基本內(nèi)容，包括幾何變換和投影變換等。第8章介紹曲線和曲面的生成。第9章簡要介紹常用的消隱算法。第10章對(duì)真實(shí)感圖形繪制的基本思想做了簡單描述。　　本書內(nèi)容全面翔實(shí)，概念簡明清晰，實(shí)例豐富實(shí)用。配套教學(xué)資源，包含教學(xué)大綱、電子課件和相關(guān)教學(xué)編程實(shí)例等，可免費(fèi)下載?！　”緯勺鳛楦叩葘W(xué)校計(jì)算機(jī)等相關(guān)專業(yè)本科生教材和科技人員參考書。

書籍目錄

第1章  緒論1.1  計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及其相關(guān)概念1.2  計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展1.2.1  計(jì)算機(jī)圖形學(xué)學(xué)科的發(fā)展1.2.2  圖形硬件設(shè)備的發(fā)展1.2.3  圖形軟件的發(fā)展1.3  計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用1.3.1  計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.3.2  計(jì)算機(jī)輔助繪圖1.3.3  計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)1.3.4  辦公自動(dòng)化和電子出版技術(shù)1.3.5  計(jì)算機(jī)藝術(shù)）1.3.6  在工業(yè)控制及交通方面的應(yīng)用1.3.7  在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應(yīng)用1.3.8  圖形用戶界面1.4  計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究動(dòng)態(tài)1.4.1  計(jì)算機(jī)動(dòng)畫1.4.2  地理信息系統(tǒng)1.4.3  人機(jī)交互1.4.4  真實(shí)感圖形顯示1.4.5  虛擬現(xiàn)實(shí)1.4.6  科學(xué)計(jì)算可視化1.4.7  并行圖形處理習(xí)題1第2章  計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及圖形硬件2.1  計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)概述2.1.1  計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能2.1.2  計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.2  圖形輸入設(shè)備2.2.1  鍵盤2.2.2  鼠標(biāo)器2.2.3  光筆2.2.4  觸摸屏2.2.5  操縱桿2.2.6  跟蹤球和空間球2.2.7  數(shù)據(jù)手套2.2.8  數(shù)字化儀2.2.9  圖像掃描儀2.2.10  聲頻輸入系統(tǒng)2.2.11  視頻輸入系統(tǒng)2.3  圖形顯示設(shè)備2.3.1  陰極射線管2.3.2  CRT圖形顯示器2.3.3  平板顯示器2.3.4  三維觀察設(shè)備2.4  圖形顯示子系統(tǒng)2.4.1  光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.4.2  繪制流水線2.4.3  相關(guān)概念2.5  圖形硬拷貝設(shè)備2.5.1  打印機(jī)2.5.2  繪圖儀2.6  OpenGL圖形軟件包2.6.1  OpenGL的主要功能2.6.2  OpenGL的繪制流程2.6.3  OpenGL的基本語法2.6.4  一個(gè)完整的OpenGL程序習(xí)題2第3章  用戶接口與交互式技術(shù)3.1  用戶接口設(shè)計(jì)3.1.1  用戶模型3.1.2  顯示屏幕的有效利用3.1.3  反饋3.1.4  一致性原則3.1.5  減少記憶量3.1.6  回退和出錯(cuò)處理3.1.7  聯(lián)機(jī)幫助3.1.8  視覺效果設(shè)計(jì)3.1.9  適應(yīng)不同的用戶3.2  邏輯輸入設(shè)備與輸入處理3.2.1  邏輯輸入設(shè)備3.2.2  輸入模式3.3  交互式繪圖技術(shù)3.3.1  基本交互式繪圖技術(shù)3.3.2  三維交互技術(shù)3.4  OpenGL中橡皮筋技術(shù)的實(shí)現(xiàn)3.4.1  基于鼠標(biāo)的實(shí)現(xiàn)3.4.2  基于鍵盤的實(shí)現(xiàn)3.5  OpenGL中拾取操作的實(shí)現(xiàn)3.6  OpenGL的菜單功能習(xí)題3第4章  圖形的表示與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4.1  基本概念4.1.1  基本圖形元素4.1.2  幾何信息與拓?fù)湫畔?.1.3  坐標(biāo)系4.1.4  實(shí)體的定義4.1.5  正則集合運(yùn)算4.1.6  平面多面體與歐拉公式4.2  三維形體的表示4.2.1  多邊形表面模型4.2.2  掃描表示4.2.3  構(gòu)造實(shí)體幾何法4.2.4  空間位置枚舉表示4.2.5  八叉樹4.2.6  BSP樹4.2.7  OpenGL中的實(shí)體模型函數(shù)4.3  非規(guī)則對(duì)象的表示4.3.1  分形幾何4.3.2  形狀語法4.3.3  粒子系統(tǒng)4.3.4  基于物理的建模4.3.5  數(shù)據(jù)場(chǎng)的可視化4.4  層次建模4.4.1  段與層次建模4.4.2  層次模型的實(shí)現(xiàn)4.4.3  OpenGL中層次模型的實(shí)現(xiàn)習(xí)題4第5章  基本圖形生成算法5.1  直線的掃描轉(zhuǎn)換5.1.1  數(shù)值微分法5.1.2  中點(diǎn)Bresenham算法5.1.3  Bresenham算法5.2  圓的掃描轉(zhuǎn)換5.2.1  八分法畫圓5.2.2  中點(diǎn)Bresenham畫圓算法5.3  橢圓的掃描轉(zhuǎn)換5.3.1  橢圓的特征5.3.2  橢圓的中點(diǎn)Bresenham算法5.4  多邊形的掃描轉(zhuǎn)換與區(qū)域填充5.4.1  多邊形的掃描轉(zhuǎn)換5.4.2  邊緣填充算法5.4.3  區(qū)域填充5.4.4  其他相關(guān)的概念5.5  字符處理5.5.1  點(diǎn)陣字符5.5.2  矢量字符5.6  屬性處理5.6.1  線型和線寬5.6.2  字符的屬性5.6.3  區(qū)域填充的屬性5.7  反走樣5.7.1  過取樣5.7.2  簡單的區(qū)域取樣5.7.3  加權(quán)區(qū)域取樣5.8  在OpenGL中繪制圖形5.8.1  點(diǎn)的繪制5.8.2  直線的繪制5.8.3  多邊形面的繪制5.8.4  OpenGL中的字符函數(shù)5.8.5  OpenGL中的反走樣習(xí)題5第6章  二維變換及二維觀察6.1  基本概念6.1.1  幾何變換6.1.2  齊次坐標(biāo)6.1.3  二維變換矩陣6.2  基本幾何變換6.2.1  平移變換6.2.2  比例變換6.2.3  旋轉(zhuǎn)變換6.2.4  對(duì)稱變換6.2.5  錯(cuò)切變換6.2.6  二維圖形幾何變換的計(jì)算）6.3  復(fù)合變換）6.3.1  二維復(fù)合平移變換6.3.2  二維復(fù)合比例變換6.3.3  二維復(fù)合旋轉(zhuǎn)變換6.3.4  其他二維復(fù)合變換6.3.5  相對(duì)任一參考點(diǎn)的二維幾何變換6.3.6  相對(duì)于任意方向的二維幾何變換6.3.7  坐標(biāo)系之間的變換6.3.8  光柵變換6.3.9  變換的性質(zhì)6.4  二維觀察6.4.1  基本概念6.4.2　用戶坐標(biāo)系到觀察坐標(biāo)系的變換6.4.3　窗口到視區(qū)的變換6.5　裁剪6.5.1　點(diǎn)的裁剪6.5.2  直線段的裁剪6.5.3  多邊形的裁剪6.5.4  其他裁剪6.6  OpenGL中的二維觀察變換習(xí)題6第7章 三維變換及三維觀察7.1  三維變換的基本概念7.1.1  幾何變換7.1.2  三維齊次坐標(biāo)變換矩陣7.1.3  平面幾何投影7.2  三維幾何變換7.2.1  三維基本幾何變換7.2.2  三維復(fù)合變換7.3  三維投影變換7.3.1  正投影7.3.2  斜投影7.4  透視投影7.4.1  一點(diǎn)透視7.4.2  二點(diǎn)透視7.4.3  三點(diǎn)透視7.5  觀察坐標(biāo)系及觀察空間7.5.1  觀察坐標(biāo)系7.5.2  觀察空間7.6  三維觀察流程7.6.1  用戶坐標(biāo)系到觀察坐標(biāo)系的變換7.6.2  平行投影的規(guī)范化投影變換7.6.3  透視投影的規(guī)范化投影變換7.7  三維裁剪7.7.1  關(guān)于規(guī)范化觀察空間的裁剪7.7.2  齊次坐標(biāo)空間的裁剪7.8  OpenGL中的變換7.8.1  矩陣堆棧7.8.2  模型視圖變換7.8.3  投影變換7.8.4  實(shí)例習(xí)題7第8章  曲線與曲面8.1  基本概念8.1.1  曲線/曲面數(shù)學(xué)描述的發(fā)展8.1.2  曲線/曲面的表示要求8.1.3  曲線/曲面的表示8.1.4  插值與逼近8.1.5  連續(xù)性條件8.1.6  樣條描述8.2  三次樣條8.2.1  自然三次樣條8.2.2  Hermite插值樣條8.3  Bezier曲線/曲面8.3.1  Bezier曲線的定義8.3.2  Bezier曲線的性質(zhì)8.3.3  Bezier曲線的生成8.3.4  Bezier曲面8.4  B樣條曲線/曲面8.4.1  B樣條曲線8.4.2  B樣條曲線的性質(zhì)8.4.3  B樣條曲面8.5  有理樣條曲線/曲面8.5.1  NURBS曲線/曲面的定義8.5.2  有理基函數(shù)的性質(zhì)8.5.3  NURBS曲線/曲面的特點(diǎn)8.6  曲線/曲面的轉(zhuǎn)換和計(jì)算8.6.1  樣條曲線/曲面的轉(zhuǎn)換8.6.2  樣條曲線/曲面的離散生成8.7  OpenGL生成曲線/曲面8.7.1  Bezier曲線/曲面函數(shù)8.7.2  GLU中的B樣條曲線/曲面函數(shù)習(xí)題8第9章  消隱9.1  深度緩存器算法9.2  區(qū)間掃描線算法9.3  深度排序算法9.4  區(qū)域細(xì)分算法9.5  光線投射算法9.6  BSP樹9.7  多邊形區(qū)域排序算法9.8  OpenGL中的消隱處理習(xí)題9第10章  真實(shí)感圖形繪制10.1  簡單光照模型10.1.1  環(huán)境光10.1.2  漫反射光10.1.3  鏡面反射光10.1.4  光強(qiáng)衰減10.1.5  顏色10.2  基于簡單光照模型的多邊形繪制10.2.1  恒定光強(qiáng)的多邊形繪制10.2.2  Gouraud明暗處理10.2.3  Phong明暗處理10.3  透明處理10.4  產(chǎn)生陰影10.5  模擬景物表面細(xì)節(jié)10.5.1  用多邊形模擬表面細(xì)節(jié)10.5.2  紋理的定義和映射10.5.3  凹凸映射10.6  整體光照模型與光線追蹤10.6.1  整體光照模型10.6.2  Whitted光照模型10.6.3  光線跟蹤算法10.6.4  光線跟蹤反走樣10.7  OpenGL中的光照與表面繪制函數(shù)10.7.1  OpenGL點(diǎn)光源10.7.2  OpenGL全局光照10.7.3  OpenGL表面材質(zhì)10.7.4  OpenGL透明處理10.7.5  OpenGL表面繪制10.7.6  實(shí)例10.8  OpenGL中的紋理映射習(xí)題10參考文獻(xiàn)

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