計算機圖形學基礎教程

前言

清華大學計算機系列教材已經出版發(fā)行了近3。種，包括計算機專業(yè)的基礎數學、專業(yè)技術基礎和專業(yè)等課程的教材，覆蓋了計算機專業(yè)大學本科和研究生的主要教學內容。這是一批至今發(fā)行數量很大并贏得廣大讀者贊譽的書籍，是近年來出版的大學計算機教材中影響比較大的一批精品。本系列教材的作者都是我熟悉的教授與同事，他們長期在第一線擔任相關課程的教學工作，是一批很受大學生和研究生歡迎的任課教師。編寫高質量的大學（研究生）計算機教材，不僅需要作者具備豐富的教學經驗和科研實踐，還需要對相關領域科技發(fā)展前沿的正確把握和了解。正因為本系列教材的作者們具備了這些條件，才有了這批高質量優(yōu)秀教材的出版?？梢哉f，教材是他們長期辛勤工作的結晶。本系列教材出版發(fā)行以來，從其發(fā)行的數量、讀者的反映、已經獲得的許多國家級與省部級的獎勵，以及在各個高等院校教學中所發(fā)揮的作用上，都可以看出本系列教材所產生的社會影響與效益。計算機科技發(fā)展異常迅速、內容更新很快。作為教材，一方面要反映本領域基礎性、普遍性的知識，保持內容的相對穩(wěn)定性；另一方面，又需要跟蹤科技的發(fā)展，及時地調整和更新內容。本系列教材都能按照自身的需要及時地做到這一點，如《計算機組成與結構》一書10年中共出版了3版，其他如《數據結構》等也都已出版了第2版，使教材既保持了穩(wěn)定性，又達到了先進性的要求。本系列教材內容豐富、體系結構嚴謹、概念清晰、易學易懂，符合學生的認識規(guī)律，適合于教學與自學，深受廣大讀者的歡迎。系列教材中多數配有豐富的習題集和實驗，有的還配備多媒體電子教案，便于學生理論聯系實際地學習相關課程。隨著我國進一步的開放，我們需要擴大國際交流，加強學習國外的先進經驗。在大學教材建設上，也應該注意學習和引進國外的先進教材。但是，計算機系列教材的出版發(fā)行實踐以及它所取得的效果告訴我們，在當前形勢下，編寫符合國情的具有自主版權的高質量教材仍具有重大意義和價值。它與前者不僅不矛盾，而且是相輔相成的。本系列教材的出版還表明，針對某個學科培養(yǎng)的要求，在教育部等上級部門的指導下，有計劃地組織任課教師編寫系列教材，還能促進對該學科科學的、合理的教學體系和內容的研究。我希望今后有更多、更好的優(yōu)秀教材出版。

內容概要

　　本書是講述計算機圖形學基本原理和最新進展的一本圖形學基礎教材，是作者在清華大學多年教學經驗的基礎上，同時參考了國內外最新的相關教材和部分最新的研究成果編寫而成。本書按內容分為5章，分別講授計算機圖形學的最新概況，光柵圖形學的基本原理，幾何造型技術的基礎，真實感圖形學的基礎知識和圖形標準。基本上涵蓋了圖形學的主要內容。
　　本書可作為各高等院校本科生、研究生學習計算機圖形學的教材，并可供相關專業(yè)技術人員和計算機教育工作者參考使用。

作者簡介

孫家廣，清華大學教授，清華大學信息學院院長兼軟件學院院長，清華大學學術委員會副主任，國務院學位委員會委員、學科評議組成員、教育部計算機科學與技術教育指導委員會副主任、軟件工程教育指導委員會主任、國家企業(yè)信息化軟件工程技術研究中心主任、信息科學技術國家

書籍目錄

第1章　緒論
　1.1　計算機圖形學的研究內容
　1.2　計算機圖形學發(fā)展的歷史回顧
　1.3　計算機圖形學的應用及研究前沿
　　1.3.1　計算機輔助設計與制造
　　1.3.2　可視化
　　1.3.3 真實感圖形實時繪制與自然景物仿真
　　1.3.4　計算機動畫
　　1.3.5 用戶接口
　　1.3.6　計算機藝術
1.4　圖形設備
　　1.4.1 圖形顯示設備
　　1.4.2　圖形處理器
　　1.4.3　圖形輸入設備
　1.5　最新研究成果
　　1.5.1　繪制
　　1.5.2　幾何
　　1.5.3　視頻
　習題1
第2章　光柵圖形學
　2.1 直線段的掃描轉換算法
　　2.1.1　數值微分法
　　2.1.2 中點畫線法
　　2.1.3 Brescnham算法
　2.2　網弧的掃描轉換算法
　　2.2.1　圓的特征
　　2.2.2 中點畫圓法
　2.3 多邊形的掃描轉換與區(qū)域填充
　　2.3.1 多邊形的掃描轉換
　　2.3.2　區(qū)域填充算法
　2.4　字符
　　2.4.1　點陣字符
　　2.4.2　矢量字符
　　2.4.3　字符屬性
　2.5　裁剪
　　2.5.1　直線段裁剪
　　2.5.2　多邊形裁剪
　　2.5.3　字符裁剪
　2.6　反走樣
　　2.6.1　提高分辨率
　　2.6.2 區(qū)域采樣
　　2.6.3　加權區(qū)域采樣
　2.7 消隱
　　2.7.1　消隱的分類
　　2.7.2　消除隱藏線
　　2.7.3　消除隱藏面
　習題2
第3章　幾何造型技術
　3.1 參數曲線和曲面
　　3.1.1 曲線曲面的表示
　　3.1.2　曲線的基本概念
　　3.1.3　插值、擬合和光順
　　3.1.4　參數化
　　3.1.5 參數曲線的代數和幾何形式
　　3.1.6　連續(xù)性
　　3.1.7　參數曲面的基本概念
　3.2　Bezier曲線與曲面
　　3.2.1 Bezier曲線的定義和性質
　　3.2.2 Bezier曲線的遞推算法
　　3.2.3 Bezier曲線的拼接
　　3.2.4 Bezier曲線的升階與降階
　　3.2.5 Bczier曲面
　　3.2.6 三邊Bezier曲面片
　3.3　B樣條曲線與曲面
　　3.3.1 B樣條的遞推定義和性質
　　3.3.2 B樣條曲線的性質
　　3.3.3 de Boor算法
　　3.3.4　節(jié)點插人算法
　　3.3.5　B樣條曲面
　3.4 NURBS曲線與曲面
　　3.4.1 NURBS曲線的定義
　　3.4.2　齊次坐標表示
　 ……
第4章　真實感圖形學
第5章　圖形標準
附錄A　計算機圖形學的數學基礎
附錄B　圖形的幾何變換
附錄C　形體的投影變換
參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第3章 幾何造型技術幾何造型技術是一項研究在計算機中如何表示物體模型形狀的技術。它從誕生到現在僅僅經歷了30多年的發(fā)展歷史，但是，由于幾何造型技術研究的迅速開展和計算機硬件性能的大幅度提高，目前已經出現了許多以幾何造型作為核心的實用化系統(tǒng)，并且在航空航天、汽車、造船、機械、建筑和電子等行業(yè)都得到了廣泛的應用。在幾何造型系統(tǒng)中，有三種描述物體的三維模型，即線框模型、曲面模型和實體模型。線框模型是計算機圖形學和CAD/CAM領域最早用于表示物體的模型，計算機繪圖是這種模型的一個重要應用。線框模型用頂點和棱邊來表示物體，由于沒有面的信息，它不能表示表面含有曲面的物體。另外，它不能明確地定義給定點與物體之間的關系（點在物體內部、外部或表面上），所以線框模型不能處理許多重要問題，如不能生成剖切圖、消隱圖、明暗色彩圖，不能用于數控加工等，應用范圍受到了很大的限制。曲面模型在線框模型的基礎上，增加了物體中面的信息，用面的集合來表示物體，而用環(huán)來定義面的邊界。曲面模型擴大了線框模型的應用范圍，能夠滿足面面求交、線面消隱、明暗色彩圖和數控加工等需要。但在該模型中，只有一張張面的信息，物體究竟存在于表面的哪一側，并沒有給出明確的定義，無法計算和分析物體的整體性質，如物體的表面積、體積和重心等，也不能將這個物體作為一個整體去考察它與其他物體相互關聯的性質，如是否相交等。實體模型是最高級的模型，它能完整表示物體的所有形狀信息，可以無歧義地確定一個點是在物體外部、內部或表面上，這種模型能夠進一步滿足物性計算、有限元分析等應用的要求。雖然三維曲面模型表示三維物體的信息并不完整，但它能夠表達復雜的雕刻曲面，在幾何造型中具有重要的地位，對于支持曲面的三維實體模型，曲面模型是它的基礎。本章將主要介紹有關曲面和實體的造型技術。

編輯推薦

《計算機圖形學基礎教程》可作為高等院校本科生、研究生學習計算機圖形學的教材，并可供相關專業(yè)技術人員和教育工作者參考使用。這套教材已伴隨著計算機科學與技術的飛速發(fā)展茁壯成長了二十余年，獲得了國家科學技術進步獎、國家級優(yōu)秀教材特等獎等29項部級以上獎勵，被幾百所高校選作教材，教學效果非常好?，F經修訂和增加新品種、新內容，基本涵蓋了本科生和碩士研究生的主要課程。這套系列教材體系完整、結構嚴謹、理論結合實際、注重素質培養(yǎng)。《計算機圖形學基礎教程》特點：《計算機圖形學基礎教程》是清華大學計算機系“計算機圖形學”課程的教材，是作者在清華大學多年教學經驗的基礎上，參考國內外最新的相關教材和部分最新的研究成果編寫而成的。電子教案可在清華大學出版社網站（www.tup.com.cn）下載。

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