計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)

前言

　　計算機圖形學(xué)是計算機輔助設(shè)計／制造（CAD／CAM）技術(shù)的基礎(chǔ)學(xué)科之一，主要研究用計算機及其圖形設(shè)備來輸入、表示、變換、運算和輸出圖形的原理、算法及系統(tǒng)。隨著微機的日益普及，計算機圖形學(xué)發(fā)展迅速，并應(yīng)用于各個領(lǐng)域?！　”緯榻B了計算機圖形學(xué)的基礎(chǔ)知識和基本概念，內(nèi)容安排有較廣的適應(yīng)面，能滿足各專業(yè)的基本教學(xué)需要，同時注重實踐環(huán)節(jié)，注意用典型的算法和習(xí)題啟迪讀者的思維，培養(yǎng)其獨立研究、獨立工作的能力。本書還注意反映該學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展動向，以利于開闊讀者眼界，適應(yīng)高新技術(shù)的快速發(fā)展?！　”緯榻B的內(nèi)容主要有：計算機圖形學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用；計算機圖形設(shè)備和系統(tǒng)；基本圖形生成算法；圖形變換和裁剪；窗口系統(tǒng)；多邊形的掃描轉(zhuǎn)換與區(qū)域填充；隱藏線與隱藏面的消除；幾何造型的理論和算法；顏色、光照模型及真實圖形顯示技術(shù)；OpenGL圖形處理系統(tǒng)等?！　”緯亲髡咴趨⒖紘鴥?nèi)外同類書籍，吸收國內(nèi)外近十年來在計算機圖形學(xué)方面的新成果，并廣泛征求國內(nèi)同行的意見和建議的基礎(chǔ)上編寫而成的。本書的特點是既注重討論計算機圖形學(xué)中最基本和廣泛應(yīng)用的理論和算法，也力求反映20世紀90年代以來國內(nèi)外的一些重要的新成果。

內(nèi)容概要

　　《計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)》對計算機圖形學(xué)的基本概念、原理與方法進行了詳細介紹，主要內(nèi)容包括計算機圖形學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用，圖形設(shè)備，圖形變換，多邊形的掃描轉(zhuǎn)換與區(qū)域填充，隱藏線與隱藏面的消隱，曲線、曲面的表示，幾何造型技術(shù)，真實感圖形學(xué)，動畫技術(shù)，OpenGL程序設(shè)計基礎(chǔ)等?！　　队嬎銠C圖形學(xué)基礎(chǔ)》針對圖形學(xué)的特點，為讀者提供了學(xué)習(xí)和掌握圖形軟件的一般實踐方法，為讀者深入學(xué)習(xí)圖形學(xué)的專門知識打下堅實的基礎(chǔ)?！　　队嬎銠C圖形學(xué)基礎(chǔ)》的內(nèi)容注重基礎(chǔ)性與實用性，可作為計算機專業(yè)的本科教材，同時，也可供研究生或從事計算機圖形學(xué)研究的專業(yè)人士參考。

書籍目錄

第1章　計算機圖形學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用　1.1　概述　1.2　計算機圖形學(xué)的發(fā)展　　1.2.1　計算機圖形學(xué)的發(fā)展簡史　　1.2.2　硬件設(shè)備的發(fā)展　1.3　計算機圖形學(xué)的應(yīng)用　　1.3.1　圖形用戶界面　　1.3.2　計算機輔助設(shè)計與制造　　1.3.3　計算機動畫　　1.3.4　科學(xué)計算可視化　　1.3.5　計算機藝術(shù)　　1.3.6　虛擬現(xiàn)實　　1.3.7　真實感圖形繪制　1.4　計算機圖形學(xué)的研究熱點　　1.4.1　真實感人臉建模研究　　1.4.2　基于圖像的建模與繪制技術(shù)　　1.4.3　體繪制技術(shù)　習(xí)題1第2章　圖形設(shè)備　2.1　圖形輸入設(shè)備　　2.1.1　常用的輸入設(shè)備　　2.1.2　新型輸入設(shè)備　2.2　圖形繪制設(shè)備　　2.2.1　繪圖儀　　2.2.2　打印機　2.3　圖形顯示系統(tǒng)　　2.3.1　CRT顯示器　　2.3.2　顯示卡　　2.3.3　液晶顯示器　2.4　圖形軟件　　2.4.1　圖形軟件的類型與功能　　2.4.2　圖形軟件標準　　2.4.3　三維實時圖形軟件包　習(xí)題2第3章　圖形變換　3.1　坐標系統(tǒng)　3.2　幾何變換　　3.2.1　平移變換　　3.2.2　縮放變換　　3.2.3　旋轉(zhuǎn)變換　　3.2.4　錯切變換　　3.2.5　反射變換　　3.2.6　齊次坐標表示　　3.2.7　變換矩陣表示　　3.2.8　復(fù)合變換　　3.2.9　相對于任意參考點的幾何變換　3.3　投影變換　　3.3.1　透視投影變換　　3.3.2　平行投影變換　　3.4　圖形裁剪　　3.4.1　點的裁剪　　3.4.2　直線的裁剪　　3.4.3　多邊形的裁剪　3.5　窗口概念及窗口到視區(qū)的變換　　3.5.1　基本概念　　3.5.2　窗口到視區(qū)的變換　　習(xí)題3第4章　多邊形的掃描轉(zhuǎn)換與區(qū)域填充　4.1　多邊形的掃描轉(zhuǎn)換　　4.1.1　多邊形的掃描轉(zhuǎn)換的定義　　4.1.2　逐點判斷算法（掃描線算法）　　4.1.3　掃描線算法　　4.1.4　邊界標志算法　4.2　區(qū)域填充技術(shù)　　4.2.1　區(qū)域的表示　　4.2.2　遞歸算法　　4.2.3　棧結(jié)構(gòu)的種子填充算法　　4.2.4　掃描線填充算法　　4.2.5　區(qū)域填充圖案　　4.2.6　多邊形的掃描轉(zhuǎn)換與區(qū)域填充方法比較　4.3　反走樣　　4.3.1　提高分辨率　　4.3.2　直線的區(qū)域采樣　　習(xí)題4第5章　隱藏線與隱藏面的消除　5.1　多面體的隱藏線消除　　5.1.1　減少直線求交　　5.1.2　多面體的隱藏線消除　　5.1.3　凹多面體的隱藏線消除　5.2　曲面的隱藏線消除　5.3　隱藏面的消除　　5.3.1　區(qū)域子分算法　　5.3.2　畫家算法　　5.3.3　Z緩存算法　　5.3.4　掃描線算法　　5.3.5　區(qū)間掃描線算法　　習(xí)題5第6章　曲線、曲面的表示　6.1　基礎(chǔ)知識　　6.1.1　顯式、隱式和參數(shù)表示　　6.1.2　插值　　6.1.3　逼近　　6.1.4　曲線的連續(xù)性　　6.1.5　曲線擬合　　6.1.6　三次Hermite樣條　6.2　Bezier曲線、曲面的表示　　6.2.1　Bezier曲線的定義　　6.2.2　Bezier曲線的性質(zhì)　　6.2.3　Bezier曲線的拼接　　6.2.4　Bezier曲線的離散生成　　6.2.5　Bezier曲面的定義　　6.2.6　Bezier曲面的性質(zhì)　　6.2.7　Bezier曲面的拼接　6.3　B樣條曲線、曲面的表示　　6.3.1　B樣條曲線的定義　　6.3.2　B樣條曲線的分類　　6.3.3　B樣條曲線的性質(zhì)　　6.3.4　非均勻有理B樣條曲線　　6.3.5　B樣條曲面的定義　　6.3.6　非均勻有理B樣條曲面　　習(xí)題6第7章　幾何造型技術(shù)　7.1　線框模型　7.2　表面模型　　7.2.1　三維物體的邊界表示　　7.2.2　三維物體的掃描表示　7.3　構(gòu)造實體　　7.3.1　正則形體及正則運算　　7.3.2　構(gòu)造實體的幾何表示　　7.3.3　光線投射算法　7.4　空間劃分表示法　　7.4.1　空間位置枚舉表示　　7.4.2　八叉樹表示　　7.4.3　八叉樹節(jié)點的編碼方式　習(xí)題7第8章　真實感圖形學(xué)第9章　動畫技術(shù)第10章　openGL程序設(shè)計基礎(chǔ)參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1．2．2硬件設(shè)備的發(fā)展　　圖形輸出包括圖形顯示和圖形繪制。圖形顯示指的是在屏幕上輸出圖形。圖形繪制通常指把圖形畫在紙上，也稱硬拷貝。打印機和繪圖儀是兩種最常用的硬拷貝設(shè)備?！　Ｓ玫膱D形顯示器起源于20世紀60年代中期的畫線顯示器（亦稱矢量顯示器），其特點是需要刷新，圖形可以隨時更新，缺點是設(shè)備昂貴，限制了該設(shè)備的普及。60年代后期出現(xiàn)了存儲管式顯示器，該顯示器不需刷新，價格較低，缺點是不具有動態(tài)修改圖形功能，不適合交互式繪圖。70年代初，刷新式光柵掃描顯示器的出現(xiàn)，大大地推動了交互式圖形技術(shù)的發(fā)展。尤其是彩色光柵掃描顯示器的出現(xiàn)，更將人們帶到了一個多彩的世界。光柵掃描顯示器以點陣形式表示圖形，使用專用的緩沖區(qū)存放點陣，由視頻控制器負責(zé)刷新掃描。　　到了21世紀，LCD（Liquid Crystal Display，液晶顯示器）成為主流顯示設(shè)備。LCD的特點是外觀小巧精致，厚度只有6．5～8 cm左右，遠小于CRT顯示器。由于液晶像素總是發(fā)光，只有加上不發(fā)光的電壓時該點才變黑，因此不會產(chǎn)生像CRT那樣的因為刷新頻率低而出現(xiàn)的閃爍現(xiàn)象。而且它的工作電壓低，功耗小，節(jié)約能源，沒有電磁輻射，對人體健康影響較小。　　另外，LCD不只應(yīng)用在顯示器方面，電子表、手持游戲機以及PDA等產(chǎn)品中都能見到LCD的影子。在LCD不斷發(fā)展的同時，其他平面顯示器也在進步中，如等離子顯示器、場致發(fā)射顯示器、發(fā)光聚合體顯示器等。　　最常用的圖形輸入設(shè)備就是基本的計算機輸入設(shè)備——鍵盤和鼠標。人們一般利用一些圖形軟件，通過鍵盤和鼠標直接在屏幕上定位和輸入圖形。如人們常用的CAD系統(tǒng)就是通過鼠標和鍵盤命令生成各種工程圖的。此外還有跟蹤球、空間球、數(shù)據(jù)手套、光筆、觸摸屏等輸入設(shè)備。跟蹤球和空間球都是根據(jù)球在不同方向受到的推或拉的壓力來實現(xiàn)定位和選擇的。數(shù)據(jù)手套則是通過傳感器及天線來獲得和發(fā)送手指的位置與方向信息的。這幾種輸入設(shè)備在虛擬現(xiàn)實場景的構(gòu)造和漫游中特別有用。

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