計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)

前言

　　計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)／制造（CAD／CAM）技術(shù)的基礎(chǔ)學(xué)科之一，主要研究用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備來(lái)輸入、表示、變換、運(yùn)算和輸出圖形的原理、算法及系統(tǒng)。隨著微機(jī)的日益普及，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展迅速，并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域?！　”緯?shū)介紹了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本概念，內(nèi)容安排有較廣的適應(yīng)面，能滿(mǎn)足各專(zhuān)業(yè)的基本教學(xué)需要，同時(shí)注重實(shí)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(dú)立研究、獨(dú)立工作的能力。本書(shū)還注意反映該學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)向，以利于開(kāi)闊讀者眼界，適應(yīng)高新技術(shù)的快速發(fā)展。　　本書(shū)介紹的內(nèi)容主要有：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用；計(jì)算機(jī)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(xiàn)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(shí)圖形顯示技術(shù)；OpenGL圖形處理系統(tǒng)等?！　”緯?shū)是作者在參考國(guó)內(nèi)外同類(lèi)書(shū)籍，吸收國(guó)內(nèi)外近十年來(lái)在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)方面的新成果，并廣泛征求國(guó)內(nèi)同行的意見(jiàn)和建議的基礎(chǔ)上編寫(xiě)而成的。本書(shū)的特點(diǎn)是既注重討論計(jì)算機(jī)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(jì)90年代以來(lái)國(guó)內(nèi)外的一些重要的新成果。

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)》對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、原理與方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，主要內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)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(xiàn)與隱藏面的消隱，曲線(xiàn)、曲面的表示，幾何造型技術(shù)，真實(shí)感圖形學(xué)，動(dòng)畫(huà)技術(shù)，OpenGL程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等。　　《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)》針對(duì)圖形學(xué)的特點(diǎn)，為讀者提供了學(xué)習(xí)和掌握?qǐng)D形軟件的一般實(shí)踐方法，為讀者深入學(xué)習(xí)圖形學(xué)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！　　队?jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)》的內(nèi)容注重基礎(chǔ)性與實(shí)用性，可作為計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的本科教材，同時(shí)，也可供研究生或從事計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的專(zhuān)業(yè)人士參考。

書(shū)籍目錄

第1章　計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用　1.1　概述　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)的發(fā)展簡(jiǎn)史　　1.2.2　硬件設(shè)備的發(fā)展　1.3　計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用　　1.3.1　圖形用戶(hù)界面　　1.3.2　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造　　1.3.3　計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)　　1.3.4　科學(xué)計(jì)算可視化　　1.3.5　計(jì)算機(jī)藝術(shù)　　1.3.6　虛擬現(xiàn)實(shí)　　1.3.7　真實(shí)感圖形繪制　1.4　計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究熱點(diǎn)　　1.4.1　真實(shí)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(jī)　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(lèi)型與功能　　2.4.2　圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)　　2.4.3　三維實(shí)時(shí)圖形軟件包　習(xí)題2第3章　圖形變換　3.1　坐標(biāo)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(cuò)切變換　　3.2.5　反射變換　　3.2.6　齊次坐標(biāo)表示　　3.2.7　變換矩陣表示　　3.2.8　復(fù)合變換　　3.2.9　相對(duì)于任意參考點(diǎn)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(diǎn)的裁剪　　3.4.2　直線(xiàn)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(diǎn)判斷算法（掃描線(xiàn)算法）　　4.1.3　掃描線(xiàn)算法　　4.1.4　邊界標(biāo)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(xiàn)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(xiàn)的區(qū)域采樣　　習(xí)題4第5章　隱藏線(xiàn)與隱藏面的消除　5.1　多面體的隱藏線(xiàn)消除　　5.1.1　減少直線(xiàn)求交　　5.1.2　多面體的隱藏線(xiàn)消除　　5.1.3　凹多面體的隱藏線(xiàn)消除　5.2　曲面的隱藏線(xiàn)消除　5.3　隱藏面的消除　　5.3.1　區(qū)域子分算法　　5.3.2　畫(huà)家算法　　5.3.3　Z緩存算法　　5.3.4　掃描線(xiàn)算法　　5.3.5　區(qū)間掃描線(xiàn)算法　　習(xí)題5第6章　曲線(xiàn)、曲面的表示　6.1　基礎(chǔ)知識(shí)　　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(xiàn)的連續(xù)性　　6.1.5　曲線(xiàn)擬合　　6.1.6　三次Hermite樣條　6.2　Bezier曲線(xiàn)、曲面的表示　　6.2.1　Bezier曲線(xiàn)的定義　　6.2.2　Bezier曲線(xiàn)的性質(zhì)　　6.2.3　Bezier曲線(xiàn)的拼接　　6.2.4　Bezier曲線(xiàn)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(xiàn)、曲面的表示　　6.3.1　B樣條曲線(xiàn)的定義　　6.3.2　B樣條曲線(xiàn)的分類(lèi)　　6.3.3　B樣條曲線(xiàn)的性質(zhì)　　6.3.4　非均勻有理B樣條曲線(xiàn)　　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(xiàn)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(shí)體　　7.3.1　正則形體及正則運(yùn)算　　7.3.2　構(gòu)造實(shí)體的幾何表示　　7.3.3　光線(xiàn)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(shù)表示　　7.4.3　八叉樹(shù)節(jié)點(diǎn)的編碼方式　習(xí)題7第8章　真實(shí)感圖形學(xué)第9章　動(dòng)畫(huà)技術(shù)第10章　openGL程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參考文獻(xiàn)

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(huà)在紙上，也稱(chēng)硬拷貝。打印機(jī)和繪圖儀是兩種最常用的硬拷貝設(shè)備?！　?zhuān)用的圖形顯示器起源于20世紀(jì)60年代中期的畫(huà)線(xiàn)顯示器（亦稱(chēng)矢量顯示器），其特點(diǎn)是需要刷新，圖形可以隨時(shí)更新，缺點(diǎn)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(chǔ)管式顯示器，該顯示器不需刷新，價(jià)格較低，缺點(diǎn)是不具有動(dòng)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(dòng)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(gè)多彩的世界。光柵掃描顯示器以點(diǎn)陣形式表示圖形，使用專(zhuān)用的緩沖區(qū)存放點(diǎn)陣，由視頻控制器負(fù)責(zé)刷新掃描。　　到了21世紀(jì)，LCD（Liquid Crystal Display，液晶顯示器）成為主流顯示設(shè)備。LCD的特點(diǎn)是外觀小巧精致，厚度只有6．5～8 cm左右，遠(yuǎn)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(shí)該點(diǎn)才變黑，因此不會(huì)產(chǎn)生像CRT那樣的因?yàn)樗⑿骂l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(méi)有電磁輻射，對(duì)人體健康影響較小?！　×硗?，LCD不只應(yīng)用在顯示器方面，電子表、手持游戲機(jī)以及PDA等產(chǎn)品中都能見(jiàn)到LCD的影子。在LCD不斷發(fā)展的同時(shí)，其他平面顯示器也在進(jìn)步中，如等離子顯示器、場(chǎng)致發(fā)射顯示器、發(fā)光聚合體顯示器等?！　∽畛Ｓ玫膱D形輸入設(shè)備就是基本的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備——鍵盤(pán)和鼠標(biāo)。人們一般利用一些圖形軟件，通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)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(guò)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)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(lái)實(shí)現(xiàn)定位和選擇的。數(shù)據(jù)手套則是通過(guò)傳感器及天線(xiàn)來(lái)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(shí)場(chǎng)景的構(gòu)造和漫游中特別有用。

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