04644_计算机图形学_教材书籍

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●第1章绪论 1

1.1计算机图形学的研究内容及其与相关

学科的关系1

1.1.1什么是计算机图形学1

1.1.2计算机图形学的研究内容1

1.1.3计算机图形学与其他相关学科的关系2

1.2计算机图形学的发展与应用领域3

1.2.1计算机图形学的发展简史和发展方向3

1.2.2计算机图形学的应用领域4

1.3本章小结8

习题18

第2章交互式计算机图形系统9

2.1交互式计算机图形系统的组成9

2.2图形输入设备10

2.2.1一般输入设备10

2.2.2图形输入设备12

2.2.33D图形输入设备14

2.3视频显示设备15

2.3.1光栅扫描显示器15

2.3.2光栅扫描显示系统20

2.3.3平板显示器26

2.3.4三维立体显示技术29

2.3.5新一代显示器31

2.4图形绘制设备32

2.4.1绘图仪32

2.4.2打印机32

2.4.33D打印机32

2.5虚拟现实的动态交互感知设备33

2.5.1数据手套33

2.5.2头盔显示器33

2.5.3三维立体眼镜34

2.5.4三维鼠标34

2.5.5虚拟现实力反馈器34

2.5.6数据衣34

2.6本章小结35

习题235

第3章基本图形生成算法36

3.1直线的扫描转换36

3.1.1光栅图形中点的表示36

3.1.2绘制直线的要求36

3.1.3数值微分分析法(画线)37

3.1.4中点画线算法38

3.1.5Bresenham画线算法40

3.2圆和圆弧的扫描转换41

3.2.1圆的特性41

3.2.2数值微分分析法(画圆)42

3.2.3中点画圆算法43

3.2.4Bresenham画圆算法45

3.2.5多边形逼近画圆算法48

3.3线宽与线型的处理49

3.3.1线宽的处理49

3.3.2线型的处理51

3.4实区域填充算法51

3.4.1实区域填充算法的基本思路51

3.4.2一般多边形的填充过程及其存在的问题53

3.4.3有序边表算法55

3.4.4边填充算法59

3.4.5简单的种子填充算法60

3.4.6扫描线种子填充算法63

3.5图形反走样技术65

3.5.1光栅图形的走样现象及其原因65

3.5.2常用反走样技术66

3.5.3Bresenham区域反走样算法67

3.6本章小结69

习题369

第4章自由曲线和曲面70

4.1计算机辅助几何设计概述70

4.1.1计算机辅助几何设计的研究内容70

4.1.2对形状的数学描述的要求71

4.1.3自由曲线的一般设计过程和数学表示73

4.1.4自由曲线和曲面的发展历程75

4.2参数样条曲线76

4.2.1线性插值与抛物线插值76

4.2.2参数样条曲线与样条插值77

4.3Bézier曲线83

4.3.1Bézier曲线的数学表示83

4.3.2Bézier曲线的性质84

4.3.3常用的Bézier曲线86

4.3.4Bézier曲线的拼接88

4.3.5de Casteljau算法的递推过程89

4.3.6反求Bézier曲线控制点90

4.3.7有理Bézier曲线90

4.4B样条曲线91

4.4.1问题的提出91

4.4.2B样条曲线的数学表示92

4.4.3二次B样条曲线93

4.4.4三次B样条曲线93

4.4.5B样条曲线的几种特殊情况94

4.4.6反求B样条曲线控制顶点96

4.4.7均匀B样条曲线、准均匀B样条曲线与非均匀B样条曲线102

4.4.8B样条曲线的离散生成——deBoor分割算法105

4.4.9非均匀有理B样条曲线106

4.5自由曲面107

4.5.1参数多项式曲面108

4.5.2Bézier曲面109

4.5.3B样条曲面111

4.6本章小结113

习题4113

第5章图形变换与裁剪115

5.1窗口视图变换115

5.2二维图形几何变换116

5.2.1二维图形几何变换原理116

5.2.2齐次坐标技术118

5.2.3二维组合变换119

5.3三维图形几何变换123

5.3.1三维空间坐标系123

5.3.24种三维图形几何变换123

5.3.3三维图形的组合变换128

5.4投影变换130

5.4.1投影变换的分类130

5.4.2平行投影131

5.4.3透视投影135

5.5二维线段裁剪138

5.5.1Cohen-Sutherland裁剪算法139

5.5.2中点分割裁剪算法140

5.5.3Liang-Barsky裁剪算法141

5.6多边形的裁剪143

5.6.1Sutherland-Hodgman算法144

5.6.2Weiler-Atherton算法145

5.7三维线段裁剪147

5.7.1平行投影中的三维裁剪148

5.7.2透视投影中的三维裁剪149

5.8本章小结150

习题5151

第6章实体几何造型基础152

6.1多面体模型和曲面模型152

6.1.1多面体模型152

6.1.2曲面模型154

6.2线框模型、表面模型和实体模型156

6.3实体几何造型系统的发展157

6.4实体的定义与运算158

6.4.1实体的定义158

6.4.2欧拉公式与欧拉运算161

6.4.3实体的正则集合运算162

6.5实体的表示方法164

6.5.1实体的边界表示164

6.5.2实体的分解表示166

6.5.3实体的构造实体几何表示168

6.5.4实体的扫描表示169

6.5.5实体的元球表示171

6.6本章小结171

习题6171

第7章自然景物模拟与分形艺术172

7.1分形几何的基础知识172

7.1.1分形几何学的产生172

7.1.2分形维数与分形几何174

7.1.3什么是分形176

7.2分形图形的生成方法177

7.2.1随机插值模型177

7.2.2迭代函数系统178

7.2.3L系统183

7.2.4粒子系统186

7.3Julia集与Mandelbrot集187

7.3.1概述187

7.3.2Julia集与Mandelbrot集188

7.3.3广义Julia集与Mandelbrot集192

7.4复平面域的Newton-Raphson方法192

7.4.1概述192

7.4.2改进的复平面域的Newton-Raphson方法194

7.5自然景物模拟实例196

7.5.1分形山脉模拟实例196

7.5.2植物形态模拟实例202

7.5.3雨雪现象模拟实例205

7.5.4液态流体模拟实例208

7.5.5气态流体模拟实例211

7.6本章小结215

习题7215

第8章真实感图形显示216

8.1三维图形显示的基本流程216

8.2取景变换216

8.3隐藏面的消除220

8.3.1背面剔除算法220

8.3.2画家算法221

8.3.3Weiler-Atherton算法223

8.3.4BSP树算法223

8.3.5深度缓冲器算法224

8.3.6扫描线Z缓冲器算法226

8.3.7区间扫描线算法228

8.3.8Warnock算法229

8.3.9光线投射算法230

8.4阴影生成231

8.5基本光照模型232

8.5.1环境光模型233

8.5.2Lambert漫反射模型234

8.5.3镜面反射和Phong模型235

8.5.4简单的透明模型237

8.6整体光照模型238

8.7多边形表示的明暗处理239

8.7.1Gouraud明暗处理239

8.7.2Phong明暗处理241

8.8光线跟踪技术242

8.8.1光线跟踪的基本原理242

8.8.2光线跟踪的求交计算243

8.9纹理细节模拟244

8.9.1纹理分类244

8.9.2颜色纹理244

8.9.3几何纹理247

8.9.4过程纹理248

8.10本章小结249

习题8249

第9章计算机动画250

9.1动画技术的起源、发展与应用250

9.1.1动画技术的起源与发展250

9.1.2计算机动画的应用251

9.1.3计算机动画的未来251

9.2传统动画252

9.2.1什么是动画252

9.2.2传统动画片的制作过程252

9.2.3动作特效与画面切换方式253

9.3计算机动画254

9.3.1计算机在动画中所起的作用254

9.3.2计算机动画系统的分类255

9.3.3计算机辅助二维动画255

9.3.4计算机辅助三维动画256

9.3.5实时动画和逐帧动画256

9.4计算机动画中的常用技术257

9.4.1关键帧技术257

9.4.2样条驱动技术258

9.4.3Morphing和FFD变形技术259

9.4.4运动捕获技术260

9.4.5双缓冲技术260

9.4.6其他动画技术261

9.5动画文件格式262

9.5.1GIF格式262

9.5.2FLI/FLC格式262

9.5.3AVI格式262

9.5.4MOV格式262

9.6计算机上的二维动画软件简介263

9.7常用的三维动画软件简介263

9.7.13D Studio与3ds Max263

9.7.2Maya 3D264

9.7.3动画后期制作软件264

9.8本章小结265

习题9265

第10章图形开发环境与编程实例266

10.1OpenGL图形标准266

10.1.1OpenGL简介266

10.1.2OpenGL的主要特点和功能266

10.1.3OpenGL的工作机制和流程267

10.1.4OpenGL开发库的基本组成269

10.2Visual Studio 2017集成开发环境简介270

10.2.1在VS 2017下配置EasyX图形库270

10.2.2在VS 2017下配置OpenGL图形库275

10.3Code：：Blocks集成开发环境简介282

10.3.1在Code：：Blocks下配置EGE图形库282

10.3.2在Code：：Blocks下配置OpenGL图形库284

10.4编程实例286

10.4.1实时时钟286

10.4.2带二维纹理的自动旋转的立方体293

10.4.3小球自由落体运动模拟297

10.4.4“贪吃蛇”游戏301

10.4.5智能Flappy Bird游戏304

参考文献312

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