計算機圖形學實用教程（第4版）

第1章　緒論 1
1．1　計算機圖形學的研究內容及其與相關
學科的關系　1
1．1．1　什么是計算機圖形學　1
1．1．2　計算機圖形學的研究內容　1
1．1．3　計算機圖形學與其他相關學科的關系　2
1．2　計算機圖形學的發(fā)展與應用領域　3
1．2．1　計算機圖形學的發(fā)展簡史和發(fā)展方向　3
1．2．2　計算機圖形學的應用領域　4
1．3　本章小結　8
習題1　8
第2章　交互式計算機圖形系統(tǒng)　9
2．1　交互式計算機圖形系統(tǒng)的組成　9
2．2　圖形輸入設備　10
2．2．1　一般輸入設備　10
2．2．2　圖形輸入設備　12
2．2．3　3D圖形輸入設備　14
2．3　視頻顯示設備　15
2．3．1　光柵掃描顯示器　15
2．3．2　光柵掃描顯示系統(tǒng)　20
2．3．3　平板顯示器　26
2．3．4　三維立體顯示技術　29
2．3．5　新一代顯示器　31
2．4　圖形繪制設備　32
2．4．1　繪圖儀　32
2．4．2　打印機　32
2．4．3　3D打印機　32
2．5　虛擬現(xiàn)實的動態(tài)交互感知設備　33
2．5．1　數(shù)據(jù)手套　33
2．5．2　頭盔顯示器　33
2．5．3　三維立體眼鏡　34
2．5．4　三維鼠標　34
2．5．5　虛擬現(xiàn)實力反饋器　34
2．5．6　數(shù)據(jù)衣　34
2．6　本章小結　35
習題2　35
第3章　基本圖形生成算法　36
3．1　直線的掃描轉換　36
3．1．1　光柵圖形中點的表示　36
3．1．2　繪制直線的要求　36
3．1．3　數(shù)值微分分析法（畫線）　37
3．1．4　中點畫線算法　38
3．1．5　Bresenham畫線算法　40
3．2　圓和圓弧的掃描轉換　41
3．2．1　圓的特性　41
3．2．2　數(shù)值微分分析法（畫圓）　42
3．2．3　中點畫圓算法　43
3．2．4　Bresenham畫圓算法　45
3．2．5　多邊形逼近畫圓算法　48
3．3　線寬與線型的處理　49
3．3．1　線寬的處理　49
3．3．2　線型的處理　51
3．4　實區(qū)域填充算法　51
3．4．1　實區(qū)域填充算法的基本思路　51
3．4．2　一般多邊形的填充過程及其存在的問題　53
3．4．3　有序邊表算法　55
3．4．4　邊填充算法　59
3．4．5　簡單的種子填充算法　60
3．4．6　掃描線種子填充算法　63
3．5　圖形反走樣技術　65
3．5．1　光柵圖形的走樣現(xiàn)象及其原因　65
3．5．2　常用反走樣技術　66
3．5．3　Bresenham區(qū)域反走樣算法　67
3．6　本章小結　69
習題3　69
第4章　自由曲線和曲面　70
4．1　計算機輔助幾何設計概述　70
4．1．1　計算機輔助幾何設計的研究內容　70
4．1．2　對形狀的數(shù)學描述的要求　71
4．1．3　自由曲線的一般設計過程和數(shù)學表示　73
4．1．4　自由曲線和曲面的發(fā)展歷程　75
4．2　參數(shù)樣條曲線　76
4．2．1　線性插值與拋物線插值　76
4．2．2　參數(shù)樣條曲線與樣條插值　77
4．3　Bézier曲線　83
4．3．1　Bézier曲線的數(shù)學表示　83
4．3．2　Bézier曲線的性質　84
4．3．3　常用的Bézier曲線　86
4．3．4　Bézier曲線的拼接　88
4．3．5　de Casteljau算法的遞推過程　89
4．3．6　反求Bézier曲線控制點　90
4．3．7　有理Bézier曲線　90
4．4　B樣條曲線　91
4．4．1　問題的提出　91
4．4．2　B樣條曲線的數(shù)學表示　92
4．4．3　二次B樣條曲線　93
4．4．4　三次B樣條曲線　93
4．4．5　B樣條曲線的幾種特殊情況　94
4．4．6　反求B樣條曲線控制頂點　96
4．4．7　均勻B樣條曲線、準均勻B樣條曲線與非均勻B樣條曲線　102
4．4．8　B樣條曲線的離散生成——deBoor分割算法　105
4．4．9　非均勻有理B樣條曲線　106
4．5　自由曲面　107
4．5．1　參數(shù)多項式曲面　108
4．5．2　Bézier曲面　109
4．5．3　B樣條曲面　111
4．6　本章小結　113
習題4　113
第5章　圖形變換與裁剪　115
5．1　窗口視圖變換　115
5．2　二維圖形幾何變換　116
5．2．1　二維圖形幾何變換原理　116
5．2．2　齊次坐標技術　118
5．2．3　二維組合變換　119
5．3　三維圖形幾何變換　123
5．3．1　三維空間坐標系　123
5．3．2　4種三維圖形幾何變換　123
5．3．3　三維圖形的組合變換　128
5．4　投影變換　130
5．4．1　投影變換的分類　130
5．4．2　平行投影　131
5．4．3　透視投影　135
5．5　二維線段裁剪　138
5．5．1　Cohen-Sutherland裁剪算法　139
5．5．2　中點分割裁剪算法　140
5．5．3　Liang-Barsky裁剪算法　141
5．6　多邊形的裁剪　143
5．6．1　Sutherland-Hodgman算法　144
5．6．2　Weiler-Atherton算法　145
5．7　三維線段裁剪　147
5．7．1　平行投影中的三維裁剪　148
5．7．2　透視投影中的三維裁剪　149
5．8　本章小結　150
習題5　151
第6章　實體幾何造型基礎　152
6．1　多面體模型和曲面模型　152
6．1．1　多面體模型　152
6．1．2　曲面模型　154
6．2　線框模型、表面模型和實體模型　156
6．3　實體幾何造型系統(tǒng)的發(fā)展　157
6．4　實體的定義與運算　158
6．4．1　實體的定義　158
6．4．2　歐拉公式與歐拉運算　161
6．4．3　實體的正則集合運算　162
6．5　實體的表示方法　164
6．5．1　實體的邊界表示　164
6．5．2　實體的分解表示　166
6．5．3　實體的構造實體幾何表示　168
6．5．4　實體的掃描表示　169
6．5．5　實體的元球表示　171
6．6　本章小結　171
習題6　171
第7章　自然景物模擬與分形藝術　172
7．1　分形幾何的基礎知識　172
7．1．1　分形幾何學的產(chǎn)生　172
7．1．2　分形維數(shù)與分形幾何　174
7．1．3　什么是分形　176
7．2　分形圖形的生成方法　177
7．2．1　隨機插值模型　177
7．2．2　迭代函數(shù)系統(tǒng)　178
7．2．3　L系統(tǒng)　183
7．2．4　粒子系統(tǒng)　186
7．3　Julia集與Mandelbrot集　187
7．3．1　概述　187
7．3．2　Julia集與Mandelbrot集　188
7．3．3　廣義Julia集與Mandelbrot集　192
7．4　復平面域的Newton-Raphson方法　192
7．4．1　概述　192
7．4．2　改進的復平面域的Newton-Raphson方法　194
7．5　自然景物模擬實例　196
7．5．1　分形山脈模擬實例　196
7．5．2　植物形態(tài)模擬實例　202
7．5．3　雨雪現(xiàn)象模擬實例　205
7．5．4　液態(tài)流體模擬實例　208
7．5．5　氣態(tài)流體模擬實例　211
7．6　本章小結　215
習題7　215
第8章　真實感圖形顯示　216
8．1　三維圖形顯示的基本流程　216
8．2　取景變換　216
8．3　隱藏面的消除　220
8．3．1　背面剔除算法　220
8．3．2　畫家算法　221
8．3．3　Weiler-Atherton算法　223
8．3．4　BSP樹算法　223
8．3．5　深度緩沖器算法　224
8．3．6　掃描線Z緩沖器算法　226
8．3．7　區(qū)間掃描線算法　228
8．3．8　Warnock算法　229
8．3．9　光線投射算法　230
8．4　陰影生成　231
8．5　基本光照模型　232
8．5．1　環(huán)境光模型　233
8．5．2　Lambert漫反射模型　234
8．5．3　鏡面反射和Phong模型　235
8．5．4　簡單的透明模型　237
8．6　整體光照模型　238
8．7　多邊形表示的明暗處理　239
8．7．1　Gouraud明暗處理　239
8．7．2　Phong明暗處理　241
8．8　光線跟蹤技術　242
8．8．1　光線跟蹤的基本原理　242
8．8．2　光線跟蹤的求交計算　243
8．9　紋理細節(jié)模擬　244
8．9．1　紋理分類　244
8．9．2　顏色紋理　244
8．9．3　幾何紋理　247
8．9．4　過程紋理　248
8．10　本章小結　249
習題8　249
第9章　計算機動畫　250
9．1　動畫技術的起源、發(fā)展與應用　250
9．1．1　動畫技術的起源與發(fā)展　250
9．1．2　計算機動畫的應用　251
9．1．3　計算機動畫的未來　251
9．2　傳統(tǒng)動畫　252
9．2．1　什么是動畫　252
9．2．2　傳統(tǒng)動畫片的制作過程　252
9．2．3　動作特效與畫面切換方式　253
9．3　計算機動畫　254
9．3．1　計算機在動畫中所起的作用　254
9．3．2　計算機動畫系統(tǒng)的分類　255
9．3．3　計算機輔助二維動畫　255
9．3．4　計算機輔助三維動畫　256
9．3．5　實時動畫和逐幀動畫　256
9．4　計算機動畫中的常用技術　257
9．4．1　關鍵幀技術　257
9．4．2　樣條驅動技術　258
9．4．3　Morphing和FFD變形技術　259
9．4．4　運動捕獲技術　260
9．4．5　雙緩沖技術　260
9．4．6　其他動畫技術　261
9．5　動畫文件格式　262
9．5．1　GIF格式　262
9．5．2　FLI/FLC格式　262
9．5．3　AVI格式　262
9．5．4　MOV格式　262
9．6　計算機上的二維動畫軟件簡介　263
9．7　常用的三維動畫軟件簡介　263
9．7．1　3D Studio與3ds Max　263
9．7．2　Maya 3D　264
9．7．3　動畫后期制作軟件　264
9．8　本章小結　265
習題9　265
第10章　圖形開發(fā)環(huán)境與編程實例　266
10．1　OpenGL圖形標準　266
10．1．1　OpenGL簡介　266
10．1．2　OpenGL的主要特點和功能　266
10．1．3　OpenGL的工作機制和流程　267
10．1．4　OpenGL開發(fā)庫的基本組成　269
10．2　Visual Studio 2017集成開發(fā)環(huán)境簡介　270
10．2．1　在VS 2017下配置EasyX圖形庫　270
10．2．2　在VS 2017下配置OpenGL圖形庫　275
10．3　Code：：Blocks集成開發(fā)環(huán)境簡介　282
10．3．1　在Code：：Blocks下配置EGE圖形庫　282
10．3．2　在Code：：Blocks下配置OpenGL圖形庫　284
10．4　編程實例　286
10．4．1　實時時鐘　286
10．4．2　帶二維紋理的自動旋轉的立方體　293
10．4．3　小球自由落體運動模擬　297
10．4．4　“貪吃蛇”游戲　301
10．4．5　智能Flappy Bird游戲　304
參考文獻　312