計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)用技術(shù)

前言

　　計(jì)算機(jī)應(yīng)用的廣泛普及和深入以及我國(guó)高校本、?？粕拇罅繑U(kuò)招，促使計(jì)算機(jī)專業(yè)人員和廣大非計(jì)算機(jī)專業(yè)的應(yīng)用人員從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論高度和計(jì)算機(jī)繪圖的實(shí)用角度來研究和開發(fā)計(jì)算機(jī)圖形生成技術(shù)及軟件。目前，有關(guān)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論、用C語(yǔ)言編寫的計(jì)算機(jī)繪圖和用VC進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)Windows界面的圖形軟件設(shè)計(jì)都有許多圖書出版，但這些均是獨(dú)立出現(xiàn)的。在多年的教學(xué)、科研和開發(fā)工作中我們深刻地體會(huì)到，如果沒有計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)圖形生成技術(shù)就無從談起；沒有用高級(jí)語(yǔ)言描述算法的詳細(xì)思路，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)復(fù)雜的理論和方法就不能真正得到理解和應(yīng)用?；谶@些體會(huì)，作者認(rèn)為很有必要編寫出版這樣的一本書，把計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論與計(jì)算機(jī)繪圖的實(shí)踐結(jié)合起來，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論與交互式圖形軟件設(shè)計(jì)之間架起一座橋梁，對(duì)圖形學(xué)的每個(gè)理論和方法盡量用詳細(xì)的算法程序描述出來，并掌握用Visual C++開發(fā)工具進(jìn)行交互式圖形軟件設(shè)計(jì)實(shí)踐，使學(xué)習(xí)者在掌握理論與實(shí)踐兩方面均可進(jìn)退自如?！　”緯榻B了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的有關(guān)原理、算法及實(shí)現(xiàn)，從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本圖形生成講起，采取循序漸進(jìn)的內(nèi)容安排，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由二維到三維，理論與實(shí)踐相結(jié)合。書中的算法都盡量給出C程序，在后面的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中每章均有一個(gè)VC編程案例，讀者可以將書中講解內(nèi)容很容易地在計(jì)算機(jī)上一一驗(yàn)證，從而為深入理解圖形學(xué)原理提供最重要的保證，并為今后的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)和編程積累。全書共8章，分別為：緒論、交互式圖形軟件設(shè)計(jì)、基本圖形生成、圖形變換、曲線和曲面、幾何造型、真實(shí)感圖形和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。其中最后一章為實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，介紹了用VC編程實(shí)現(xiàn)各種計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的算法?！　”緯笞x者有線性代數(shù)和C語(yǔ)言基礎(chǔ)，若有Visual C++基礎(chǔ)則更好。讀者可根據(jù)自身情況，在C語(yǔ)言或Visual C++的基礎(chǔ)上進(jìn)行上機(jī)練習(xí)、掌握和應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的各種算法，并開發(fā)一些具有實(shí)用性的小型圖形軟件?！　「鶕?jù)使用本書第2版的多年教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，為了加強(qiáng)、充實(shí)一些經(jīng)典的理論部分描述，使之更通俗易懂，同時(shí)使實(shí)踐部分更易實(shí)施與操作，本書第3版在第2版的基礎(chǔ)上做了如下一些修訂：第1章適當(dāng)增加一些圖示說明；第2章增加一節(jié)簡(jiǎn)單實(shí)用圖形學(xué)程序設(shè)計(jì)舉例；第3章對(duì)Bresenham畫圓、中點(diǎn)畫橢圓、Bresenham畫橢圓、有序邊表的填充、種子填充等算法的文字?jǐn)⑹?、插圖或公式推導(dǎo)進(jìn)行了修改和補(bǔ)充，增加了Cyrus Beck直線段的裁剪算法；第4章修改了錯(cuò)切變換、投影變換、窗口視區(qū)變換的圖例，增加了新的一節(jié)“視域體及三維裁剪”；第5章增加了Bezier曲線的de Casteljau算法及偽碼和Bezier曲線的拼接討論，增設(shè)均勻B樣條曲線的遞歸定義表達(dá)式及示意圖，修改二次B樣條曲線示意圖，增設(shè)deboor算法及偽代碼?！　”緯申愒鞴P，張睿哲參與了第4章和第5章的編寫，李建華參與了第3～5章的編寫和全書的修訂。由于水平有限，書中難免存在缺點(diǎn)和不足，殷切希望廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)用技術(shù)（第3版）》介紹了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的有關(guān)原理、算法及實(shí)現(xiàn)，從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本圖形生成講起，采取循序漸進(jìn)的內(nèi)容安排，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由二維到三維，理論與實(shí)踐相結(jié)合。書中的算法都盡量給出C程序，在后面的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中每章均有一個(gè)VC編程案例，讀者可以將書中講解內(nèi)容很容易地在計(jì)算機(jī)上一一驗(yàn)證，從而為深入理解圖形學(xué)原理提供最重要的保證，并為今后的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)和編程積累。全書共8章，分別為：緒論、交互式圖形軟件設(shè)計(jì)、基本圖形生成、圖形變換、曲線和曲面、幾何造型、真實(shí)感圖形和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，其中最后一章“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)”介紹了用VC編程實(shí)現(xiàn)各種計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法。
　　《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)用技術(shù)（第3版）》可作為高等院校各專業(yè)本、?？粕?jì)算機(jī)圖形學(xué)或計(jì)算機(jī)繪圖的教材，也可作為廣大計(jì)算機(jī)圖形學(xué)愛好者的自學(xué)教材或工作參考用書。

書籍目錄

第1章 緒論
1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的概念、發(fā)展和應(yīng)用
1.1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的概念
1.1.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展
1.1.3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用
1.2 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)
1.2.1 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)硬件
1.2.2 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)軟件
1.3 計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)
1.3.1 圖形標(biāo)準(zhǔn)
1.3.2 圖形設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)
1.3.3 圖形元文件標(biāo)準(zhǔn)
1.3.4 基本圖形交換規(guī)范
習(xí)題
第2章 交互式圖形軟件設(shè)計(jì)
2.1 交互式圖形軟件設(shè)計(jì)方法
2.1.1 Visual C++ 6.0開發(fā)環(huán)境和開發(fā)工具概述
2.1.2 MFC類庫(kù)簡(jiǎn)介
2.1.3 使用AppWizard生成圖形應(yīng)用程序的框架
2.1.4 使用資源編輯器生成圖形用戶界面
2.1.5 利用消息映射和消息處理實(shí)現(xiàn)交互式繪圖
2.2 CDC圖形程序庫(kù)
2.2.1 繪圖工具選擇
2.2.2 坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置與轉(zhuǎn)換
2.2.3 繪圖模式與背景設(shè)置
2.2.4 圖形繪制
2.2.5 區(qū)域填充
2.3 面向?qū)ο蟮漠媹D程序設(shè)計(jì)
2.3.1 類與數(shù)據(jù)封裝
2.3.2 派生類與繼承性
2.3.3 虛函數(shù)與多態(tài)性
2.3.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與屏幕重繪
2.3.5 繪圖程序的設(shè)計(jì)思路
2.4 圖形類的定義
2.4.1 圖形基類CShape
2.4.2 直線類CLine
2.4.3 貝塞爾曲線類CBezier
2.4.4 矩形類CRectangle
2.4.5 圓類CCircle
2.4.6 橢圓類CEllipse
2.4.7 多邊形類CPolygon
2.5 繪圖程序的實(shí)現(xiàn)
2.5.1 建立繪圖程序框架
2.5.2 增加繪圖菜單
2.5.3 在屏幕上畫圖
2.5.4 在文檔類中保存圖形
2.5.5 創(chuàng)建線型線寬對(duì)話框
2.5.6 圖形程序的編譯運(yùn)行
2.5.7 簡(jiǎn)單實(shí)用圖形學(xué)程序設(shè)計(jì)舉例
習(xí)題
第3章 基本圖形生成
3.1 直線的生成
3.1.1 數(shù)值微分算法
3.1.2 中點(diǎn)畫線算法
3.1.3 Bresenham畫線算法
3.2 圓與橢圓的生成
3.2.1 圓的特性
3.2.2 中點(diǎn)畫圓算法
3.2.3 Bresenham畫圓算法
3.2.4 橢圓的生成算法
3.3 區(qū)域填充
3.3.1 有序邊表填充算法
3.3.2 邊填充算法
3.3.3 種子填充算法
3.3.4 圓和橢圓的填充
3.3.5 圖案填充
3.4 裁剪
3.4.1 點(diǎn)的裁剪
3.4.2 直線段的裁剪
3.4.3 多邊形的裁剪
3.5 線寬與線型的處理
3.5.1 直線線寬的處理
3.5.2 圓弧線寬的處理
3.5.3 線型的處理
習(xí)題
第4章 圖形變換
4.1 幾何變換
4.1.1 幾何變換的齊次坐標(biāo)法
4.1.2 二維基本變換
4.1.3 二維組合變換
4.1.4 三維基本變換
4.1.5 三維組合變換
4.1.6 參數(shù)圖形的幾何變換
4.2 投影變換
4.2.1 正投影變換（三視圖）
4.2.2 正軸測(cè)投影變換
4.2.3 斜軸測(cè)投影變換
4.2.4 透視投影變換
4.2.5 視域體及三維裁剪
4.3 窗口視區(qū)變換
4.3.1 坐標(biāo)系
4.3.2 窗口與視區(qū)
4.3.3 窗口-視區(qū)變換
4.4 視向變換
4.4.1 世界坐標(biāo)系和觀察坐標(biāo)系
4.4.2 視向變換矩陣
習(xí)題
第5章 曲線和曲面
5.1 曲線和曲面基礎(chǔ)
5.1.1 規(guī)則曲線和曲面的3種坐標(biāo)表示法
5.1.2 參數(shù)樣條曲線和曲面的常用術(shù)語(yǔ)
5.2 二次插值樣條曲線
5.2.1 二次插值樣條曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式
5.2.2 二次插值樣條曲線的加權(quán)合成
5.2.3 二次插值樣條曲線的端點(diǎn)條件
5.2.4 二次插值樣條曲線的性質(zhì)
5.3 三次插值樣條曲線
5.3.1 三次自然樣條曲線
5.3.2 Hermite樣條曲線
5.3.3 Cardinal樣條曲線
5.4 Bezier曲線和曲面
5.4.1 Bezier曲線的定義
5.4.2 Bezier曲線的性質(zhì)
5.4.3 二次Bezier曲線
5.4.4 三次Bezier曲線
5.4.5 反算Bezier曲線控制點(diǎn)
5.4.6 Bezier曲線的多項(xiàng)式定義生成算法
5.4.7 Bezier曲線的分割遞推de Casteljau算法
5.4.8 Bezier曲線的拼接
5.4.9 Bezier曲面
5.5 B樣條曲線和曲面
5.5.1 B樣條曲線的多項(xiàng)式定義（Clark定義法）
5.5.2 B樣條曲線的遞推定義
5.5.3 二次B樣條曲線
5.5.4 三次B樣條曲線
5.5.5 B樣條曲線生成的de Boor算法
5.5.6 反求B樣條曲線的控制點(diǎn)及其端點(diǎn)性質(zhì)
5.5.7 B樣條曲面
5.6 有理樣條曲線
5.6.1 有理Bezier曲線
5.6.2 有理B樣條曲線
5.6.3 非均勻有理B樣條（NURBS）曲線
習(xí)題
第6章 幾何造型
6.1 形體的定義和存儲(chǔ)模型
6.1.1 形體的定義
6.1.2 形體的存儲(chǔ)模型
6.2 實(shí)體表示方法
6.2.1 構(gòu)造的實(shí)體幾何法
6.2.2 邊界表示法
6.2.3 掃描表示法
6.2.4 特征表示法
6.2.5 單元分解表示法
6.3 布爾運(yùn)算
6.3.1 布爾運(yùn)算的概念
6.3.2 多邊形的描述
6.3.3 多邊形重疊性檢驗(yàn)
6.3.4 布爾運(yùn)算的規(guī)則
6.4 分形幾何造型
6.4.1 分形和分形幾何造型的概念
6.4.2 分形維數(shù)和分形幾何造型
6.4.3 典型分形曲線集
習(xí)題
第7章 真實(shí)感圖形
7.1 消除隱藏線
7.1.1 平面體的消隱處理
7.1.2 曲面體的消隱處理
7.2 消除隱藏面
7.2.1 基本檢測(cè)
7.2.2 畫家算法
7.2.3 深度緩沖器算法（Z緩沖區(qū)算法）
7.2.4 掃描線算法
7.2.5 區(qū)域細(xì)分算法
7.3 光照模型與明暗效應(yīng)
7.3.1 光照的基本模型
7.3.2 局部光照模型
7.3.3 整體光照模型
7.3.4 明暗處理方法
7.4 紋理圖案映射
7.4.1 確定映射關(guān)系
7.4.2 平面圖案的矢量化處理與離散細(xì)分
7.4.3 映射效果的三維顯示
習(xí)題
第8章 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)
8.1 基礎(chǔ)篇
實(shí)驗(yàn)一 直線掃描轉(zhuǎn)換
實(shí)驗(yàn)二 圓的掃描轉(zhuǎn)換
實(shí)驗(yàn)三 橢圓掃描轉(zhuǎn)換
實(shí)驗(yàn)四 區(qū)域遞歸種子填充
實(shí)驗(yàn)五 區(qū)域鏈隊(duì)列種子填充
實(shí)驗(yàn)六 有序邊表的圖案填充
實(shí)驗(yàn)七 Cohen-Sutherland線段編碼裁剪
實(shí)驗(yàn)八 Cyrus-Beck多邊形窗口參數(shù)化裁剪
實(shí)驗(yàn)九 矩形窗口逐邊裁剪多邊形
實(shí)驗(yàn)十 二維圖形的幾何變換
實(shí)驗(yàn)十一 三維圖形投影變換
實(shí)驗(yàn)十二 Bezier曲線繪制
實(shí)驗(yàn)十三 B樣條曲線繪制
8.2 提高篇
實(shí)驗(yàn)A 基本圖形生成編程
實(shí)驗(yàn)B 圖形變換編程
實(shí)驗(yàn)C 曲線編程
實(shí)驗(yàn)D 三維幾何造型編程
實(shí)驗(yàn)E 真實(shí)感圖形編程
參考文獻(xiàn)
附錄A 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)函數(shù)庫(kù)
A.1 全局函數(shù)原型定義
A.2 全局函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)用技術(shù)（第3版）

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