交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

前言

　　本書(shū)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)入門教材,重點(diǎn)介紹應(yīng)用程序的編寫(xiě)，在1997年出版本書(shū)第一版之前我曾寫(xiě)過(guò)一本圖形學(xué)的教材,這兩本書(shū)相隔了7年,在此期間,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)有了巨大的發(fā)展,發(fā)展速度之快超出大多數(shù)人的預(yù)期,也包括我自己，從那以后到現(xiàn)在的11年里(本書(shū)出到了第四版),我們看到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)生了更多的變化,長(zhǎng)篇計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)電影在商業(yè)和藝術(shù)兩方面都獲得了成功,在電影中使用計(jì)算機(jī)效果已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn),實(shí)景拍攝和計(jì)算機(jī)合成效果常常很難區(qū)分，現(xiàn)在從硬件上已難以區(qū)分計(jì)算機(jī)和游戲電玩(gamebox),可編程圖形處理器在商品系統(tǒng)中提供了相當(dāng)?shù)撵`活性,而在幾年前即使是最昂貴的工作站也不可能達(dá)到這種層次?！　‖F(xiàn)在,不但圖形系統(tǒng)的功能大為增強(qiáng),而且從高端到低端工作站的價(jià)格也大幅下降，最近幾年,圖形系統(tǒng)每秒鐘能夠繪制超過(guò)1億個(gè)具有光照效果和經(jīng)過(guò)紋理映射的三維多邊形,價(jià)格已經(jīng)從超過(guò)10萬(wàn)美元下降到不足1000美元，用于個(gè)人計(jì)算機(jī)的商用圖形板的出現(xiàn)具有特別重要的意義,這些圖形板支持復(fù)雜的三維應(yīng)用程序,最低價(jià)格大約為100美元，在軟件方面,OpenGL仍舊是編寫(xiě)應(yīng)用程序和為多平臺(tái)應(yīng)用開(kāi)發(fā)高級(jí)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)程序員接口,OpenGL支持從大型科學(xué)計(jì)算可視化到手機(jī)游戲的廣闊應(yīng)用領(lǐng)域，　　自頂向下的方法　　圖形學(xué)的新進(jìn)展和本書(shū)前4版的成功使我一直堅(jiān)持采用一種自頂向下的，面向編程的方法來(lái)介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本知識(shí)，雖然現(xiàn)在許多院校的計(jì)算機(jī)科學(xué)和工程系在圖形學(xué)方面開(kāi)設(shè)了多門課程,但是多數(shù)學(xué)生只選修其中的一門課程，學(xué)生們?cè)谝呀?jīng)學(xué)習(xí)了程序設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，算法，軟件工程和基礎(chǔ)數(shù)學(xué)以后,給他們安排一門計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程,將允許教師以內(nèi)容充實(shí)并且有趣的方式按上述已學(xué)課程來(lái)組織課程內(nèi)容,我想學(xué)生們會(huì)盡可能地編寫(xiě)出三維應(yīng)用程序，底層的算法,例如繪制線段或者填充多邊形,可以在學(xué)生們編寫(xiě)了圖形程序之后再考慮，　　計(jì)算機(jī)教育的先驅(qū)JohnKemeny曾經(jīng)把自頂向下的編程方法與我們熟悉的汽車來(lái)類比：你沒(méi)必要知道汽車罩下面是什么,但是如果知道內(nèi)部的工作原理,你就會(huì)去駕駛汽車而不是坐在汽車后座上，同樣的類比適用于講授計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的方法，第一種方法(算法的方法)是把汽車工作原理的方方面面都交代清楚：發(fā)動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)裝置，燃燒過(guò)程等，第二種方法(概覽的方法)是雇一名司機(jī),自己坐在后面觀光，第三種方法(本書(shū)采用的編程方法)是教會(huì)你如何駕駛并把車開(kāi)到想要去的地方,正如一句過(guò)時(shí)的汽車租賃廣告詞所說(shuō)的那樣：“讓我們把你放到駕駛員的位子上去?！?/pre>


內(nèi)容概要
在廣泛結(jié)合OpenGL并注重圖形應(yīng)用編程的基礎(chǔ)上，本書(shū)向讀者介紹了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的核心概念。書(shū)中代碼采用C和C＋＋語(yǔ)言，并使用了自頂向下和面向編程的方法，使讀者能夠迅速地創(chuàng)建自己的三維圖形。在結(jié)構(gòu)安排上，本書(shū)在讀者學(xué)會(huì)了編寫(xiě)交互式圖形程序之后再介紹底層的算法，如線段的繪制以及多邊形填充等算法。    本書(shū)覆蓋了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)課程中的所有主題，包括光與材質(zhì)的相互作用、明暗繪制、建模、曲線和曲面、反走樣、光柵化、紋理映射和圖像合成等內(nèi)容。    本書(shū)可作為計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教材，也適合作為相關(guān)程序員、工程技術(shù)人員及科研人員的參考書(shū)。


作者簡(jiǎn)介
　　安吉爾（Edward Angel），美國(guó)新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系、  電氣與計(jì)算機(jī)工程系以及媒體藝術(shù)系榮譽(yù)退休教授，他曾經(jīng)是該大學(xué)首位兼任教學(xué)工作的研究生。Edward獲得了美國(guó)南加州大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位和加州理工學(xué)院工程理學(xué)學(xué)士學(xué)位。他還是新墨西哥大學(xué)藝術(shù)、研究、技術(shù)和科


書(shū)籍目錄
第1章  圖形系統(tǒng)和模型  1.1  計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用  1.2  圖形系統(tǒng)  1.3  圖像：物理的和合成的  1.4  成像系統(tǒng)  1.5  虛擬照相機(jī)模型  1.6  程序員接口  1.7  圖形繪制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)  1.8　可編程流水線  1.9　性能特征  小結(jié)和注釋  建議閱讀資料  習(xí)題第2章  圖形學(xué)編程  2.1  Sierpinski鏤墊  2.2  編寫(xiě)二維圖形應(yīng)用程序  2.3  OpenGL API  2.4  圖元和屬性  2.5  顏色  2.6  觀察  2.7  控制函數(shù)  2.8  Sierpinski鏤墊繪制程序  2.9　多邊形和遞歸  2.10　三維Sierpinski鏤墊  2.11　繪制隱函數(shù)曲線  小結(jié)和注釋  建議閱讀資料  習(xí)題第3章  輸入和交互  3.1  交互  3.2  輸入設(shè)備  3.3　客戶和服務(wù)器  3.4  顯示列表  3.5  顯示列表和建模  3.6　事件驅(qū)動(dòng)輸入編程  3.7  菜單  3.8  拾取  3.9　一個(gè)簡(jiǎn)單的CAD程序  3.10　建立交互式模型  3.11　交互式動(dòng)畫(huà)程序  3.12　交互式程序的設(shè)計(jì)  3.13　邏輯運(yùn)算  小結(jié)和注釋  建議閱讀資料  習(xí)題第4章  幾何對(duì)象和變換  4.1  標(biāo)量、點(diǎn)和向量  4.2  三維圖元  4.3  坐標(biāo)系和標(biāo)架  4.4  OpenGL中的標(biāo)架  4.5  建模一個(gè)彩色立方體  4.6　仿射變換  4.7　平移、旋轉(zhuǎn)和縮放  4.8  變換的齊次坐標(biāo)表示  4.9　變換的級(jí)聯(lián)  4.10 OpenGL變換矩陣  4.11　三維應(yīng)用程序的接口  4.12　四元數(shù)  小結(jié)和注釋  建議閱讀資料  習(xí)題第5章  觀察  5.1  經(jīng)典觀察和計(jì)算機(jī)觀察  5.2　計(jì)算機(jī)觀察  5.3　定位照相機(jī)  5.4  簡(jiǎn)單的投影  5.5  OpenGL中的投影  5.6　隱藏面消除  5.7  交互式網(wǎng)格顯示  5.8  平行投影變換矩陣  5.9  透視投影變換矩陣  5.10　投影和陰影  小結(jié)和注釋  建議閱讀資料  習(xí)題第6章　光照和明暗繪制　……第7章　從頂點(diǎn)到片元第8章　離散技術(shù)第9章　可編程著色器第10章　層級(jí)建模方法第11章　過(guò)程建模方法第12章　曲線和曲面第13章　高級(jí)繪制附錄A　示例程序附錄B  空間附錄C　矩陣附錄D　OpenGL函數(shù)簡(jiǎn)介參考文獻(xiàn)


章節(jié)摘錄
　　第1章　圖形系統(tǒng)和模型　　也許，21世紀(jì)最顯著的特征是：計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)成為了人們生活中的支配力量。當(dāng)這些技術(shù)改變我們?nèi)粘Ｉ罘绞降臅r(shí)候，社會(huì)活動(dòng)的許多方面，比如電影制作、出版業(yè)、銀行業(yè)和教育業(yè)，都在持續(xù)地經(jīng)歷著翻天覆地的變化。計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜的人類視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)結(jié)合起來(lái)，使得我們能夠以嶄新的方式來(lái)顯示信息、觀察虛擬世界以及與人和機(jī)器進(jìn)行通信?！　∮?jì)算機(jī)圖形學(xué)（computer graphics）考慮的是用計(jì)算機(jī)生成圖片或者圖像的方方面面。大約在50年前，陰極射線管（CRT）可以顯示幾條線，這個(gè)領(lǐng)域由此起步，不過(guò)在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有受到重視；而現(xiàn)在，我們可以用計(jì)算機(jī)生成和真實(shí)物體的照片不可區(qū)分的圖像。仿真飛機(jī)能夠生成虛擬環(huán)境的實(shí)時(shí)圖形顯示，由此可以訓(xùn)練飛行員，這已經(jīng)不稀奇了。完全由計(jì)算機(jī)制作的長(zhǎng)篇電影不僅獲得了好評(píng)，在經(jīng)濟(jì)上也取得了成功。大型多人游戲可以同時(shí)容納上萬(wàn)名玩家?！　∵@一章將首先簡(jiǎn)短地討論計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用，然后簡(jiǎn)單介紹圖形系統(tǒng)和圖像的生成。自始至終，本書(shū)的方法是強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與手畫(huà)或者拍照這些人們更熟悉的成像過(guò)程之間的聯(lián)系。后面會(huì)講到，這種聯(lián)系可以幫助人們?cè)O(shè)計(jì)應(yīng)用程序、圖形庫(kù)和圖形系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)?！　”緯?shū)將介紹一個(gè)特定的圖形軟件系統(tǒng)——OpenGL。在開(kāi)發(fā)圖形應(yīng)用程序方面，OpenGL已經(jīng)成為一個(gè)被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)。很幸運(yùn)，OpenGL易于學(xué)習(xí)，而且它也具備其他流行的圖形系統(tǒng)的大多數(shù)特征。本書(shū)采用自頂向下的方法。我們希望讀者能夠盡快開(kāi)始編寫(xiě)具有圖形輸出的應(yīng)用程序。在讀者開(kāi)始編寫(xiě)簡(jiǎn)單的程序之后，會(huì)討論底層的圖形庫(kù)和硬件是如何實(shí)現(xiàn)的。本章將為讀者開(kāi)始編寫(xiě)程序提供足夠的概要介紹。




編輯推薦
　　《交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)：基于OpenGL的自頂向下方法（第5版）》主要特點(diǎn)：新！覆蓋最新的紋理技術(shù)，如多通道紋理映射和凹凸映射；新！擴(kuò)充了建模和過(guò)程建模方法的內(nèi)容，包括過(guò)程噪聲；新！擴(kuò)充了場(chǎng)景圖和實(shí)時(shí)繪制的內(nèi)容；新！擴(kuò)充了可編程著色器的內(nèi)容；重新修訂了演示程序。





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