目 錄 第1章 緒論 1 1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及其相關(guān)概念 1 1.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展 2 1.2.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)學(xué)科的發(fā)展 2 1.2.2 圖形硬件設(shè)備的發(fā)展 3 1.2.3 圖形軟件的發(fā)展 4 1.3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用 4 1.3.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 4 1.3.2 計(jì)算機(jī)輔助繪圖 5 1.3.3 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 5 1.3.4 辦公自動(dòng)化和電子出版技術(shù) 5 1.3.5 計(jì)算機(jī)藝術(shù) 6 1.3.6 在工業(yè)控制及交通方面的應(yīng)用 6 1.3.7 在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應(yīng)用 6 1.3.8 圖形用戶界面 6 1.4 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究動(dòng)態(tài) 7 1.4.1 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà) 7 1.4.2 地理信息系統(tǒng) 8 1.4.3 人機(jī)交互 9 1.4.4 真實(shí)感圖形顯示 10 1.4.5 虛擬現(xiàn)實(shí) 10 1.4.6 科學(xué)計(jì)算可視化 12 1.4.7 并行圖形處理 13 習(xí)題1 13 第2章 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)及圖形硬件 15 2.1 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)概述 15 2.1.1 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的功能 15 2.1.2 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 16 2.2 圖形輸入設(shè)備 18 2.2.1 鍵盤(pán) 18 2.2.2 鼠標(biāo)器 19 2.2.3 光筆 19 2.2.4 觸摸屏 20 2.2.5 操縱桿 20 2.2.6 跟蹤球和空間球 20 2.2.7 數(shù)據(jù)手套 21 2.2.8 數(shù)字化儀 21 2.2.9 圖像掃描儀 22 2.2.10 聲頻輸入系統(tǒng) 22 2.2.11 視頻輸入系統(tǒng) 23 2.3 圖形顯示設(shè)備 23 2.3.1 陰極射線管 23 2.3.2 CRT圖形顯示器 27 2.3.3 平板顯示器 30 2.3.4 三維觀察設(shè)備 33 2.4 圖形顯示子系統(tǒng) 34 2.4.1 光柵掃描圖形顯示子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 34 2.4.2 繪制流水線 36 2.4.3 相關(guān)概念 37 2.5 圖形硬拷貝設(shè)備 40 2.5.1 打印機(jī) 40 2.5.2 繪圖儀 41 2.6 OpenGL圖形軟件包 41 2.6.1 OpenGL的主要功能 42 2.6.2 OpenGL的繪制流程 42 2.6.3 OpenGL的基本語(yǔ)法 43 2.6.4 一個(gè)完整的OpenGL程序 44 習(xí)題2 47 第3章 用戶接口與交互式技術(shù) 48 3.1 用戶接口設(shè)計(jì) 48 3.1.1 用戶模型 48 3.1.2 顯示屏幕的有效利用 48 3.1.3 反饋 49 3.1.4 一致性原則 50 3.1.5 減少記憶量 50 3.1.6 回退和出錯(cuò)處理 51 3.1.7 聯(lián)機(jī)幫助 51 3.1.8 視覺(jué)效果設(shè)計(jì) 51 3.1.9 適應(yīng)不同的用戶 52 3.2 邏輯輸入設(shè)備與輸入處理 52 3.2.1 邏輯輸入設(shè)備 52 3.2.2 輸入模式 55 3.3 交互式繪圖技術(shù) 56 3.3.1 基本交互式繪圖技術(shù) 56 3.3.2 三維交互技術(shù) 58 3.4 OpenGL中橡皮筋技術(shù)的實(shí)現(xiàn) 59 3.4.1 基于鼠標(biāo)的實(shí)現(xiàn) 60 3.4.2 基于鍵盤(pán)的實(shí)現(xiàn) 62 3.5 OpenGL中拾取操作的實(shí)現(xiàn) 63 3.6 OpenGL的菜單功能 67 習(xí)題3 68 第4章 圖形的表示與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 69 4.1 基本概念 69 4.1.1 基本圖形元素 69 4.1.2 幾何信息與拓?fù)湫畔?70 4.1.3 坐標(biāo)系 71 4.1.4 實(shí)體的定義 73 4.1.5 正則集合運(yùn)算 74 4.1.6 平面多面體與歐拉公式 76 4.2 三維形體的表示 77 4.2.1 多邊形表面模型 78 4.2.2 掃描表示 81 4.2.3 構(gòu)造實(shí)體幾何法 81 4.2.4 空間位置枚舉表示 83 4.2.5 八叉樹(shù) 84 4.2.6 BSP樹(shù) 85 4.2.7 OpenGL中的實(shí)體模型函數(shù) 85 4.3 非規(guī)則對(duì)象的表示 90 4.3.1 分形幾何 90 4.3.2 形狀語(yǔ)法 92 4.3.3 粒子系統(tǒng) 93 4.3.4 基于物理的建模 93 4.3.5 數(shù)據(jù)場(chǎng)的可視化 93 4.4 層次建模 94 4.4.1 段與層次建模 94 4.4.2 層次模型的實(shí)現(xiàn) 95 4.4.3 OpenGL中層次模型的實(shí)現(xiàn) 96 習(xí)題4 98 第5章 基本圖形生成算法 99 5.1 直線的掃描轉(zhuǎn)換 99 5.1.1 數(shù)值微分法 99 5.1.2 中點(diǎn)Bresenham算法 101 5.1.3 Bresenham算法 103 5.2 圓的掃描轉(zhuǎn)換 105 5.2.1 八分法畫(huà)圓 105 5.2.2 中點(diǎn)Bresenham畫(huà)圓算法 106 5.3 橢圓的掃描轉(zhuǎn)換 107 5.3.1 橢圓的特征 108 5.3.2 橢圓的中點(diǎn)Bresenham算法 109 5.4 多邊形的掃描轉(zhuǎn)換與區(qū)域填充 112 5.4.1 多邊形的掃描轉(zhuǎn)換 112 5.4.2 邊緣填充算法 116 5.4.3 區(qū)域填充 118 5.4.4 其他相關(guān)概念 122 5.5 字符處理 123 5.5.1 點(diǎn)陣字符 123 5.5.2 矢量字符 124 5.6 屬性處理 124 5.6.1 線型和線寬 124 5.6.2 字符的屬性 127 5.6.3 區(qū)域填充的屬性 127 5.7 反走樣 128 5.7.1 過(guò)取樣 129 5.7.2 簡(jiǎn)單的區(qū)域取樣 130 5.7.3 加權(quán)區(qū)域取樣 131 5.8 在OpenGL中繪制圖形 132 5.8.1 點(diǎn)的繪制 132 5.8.2 直線的繪制 133 5.8.3 多邊形面的繪制 134 5.8.4 OpenGL中的字符函數(shù) 138 5.8.5 OpenGL中的反走樣 139 習(xí)題5 141 第6章 二維變換及二維觀察 143 6.1 基本概念 143 6.2 基本幾何變換 144 6.2.1 平移變換 144 6.2.2 比例變換 145 6.2.3 旋轉(zhuǎn)變換 146 6.2.4 對(duì)稱變換 146 6.2.5 錯(cuò)切變換 148 6.2.6 二維圖形幾何變換的計(jì)算 149 6.3 復(fù)合變換 150 6.3.1 二維復(fù)合平移變換和比例變換 150 6.3.2 二維復(fù)合旋轉(zhuǎn)變換 150 6.3.4 其他二維復(fù)合變換 151 6.3.5 相對(duì)任一參考點(diǎn)的二維幾何變換 151 6.3.6 相對(duì)于任意方向的二維幾何變換 152 6.3.7 坐標(biāo)系之間的變換 153 6.3.8 光柵變換 154 6.3.9 變換的性質(zhì) 155 6.4 二維觀察 156 6.4.1 基本概念 156 6.4.2　用戶坐標(biāo)系到觀察坐標(biāo)系的變換 158 6.4.3　窗口到視區(qū)的變換 158 6.5　裁剪 159 6.5.1　點(diǎn)的裁剪 160 6.5.2 直線段的裁剪 160 6.5.3 多邊形的裁剪 166 6.5.4 其他裁剪 169 6.6 OpenGL中的二維觀察變換 170 習(xí)題6 172 第7章 三維變換及三維觀察 173 7.1 三維變換的基本概念 173 7.1.1 幾何變換 173 7.1.2 三維齊次坐標(biāo)變換矩陣 173 7.1.3 平面幾何投影 174 7.2 三維幾何變換 175 7.2.1 三維基本幾何變換 175 7.2.2 三維復(fù)合變換 180 7.3 三維投影變換 183 7.3.1 正投影 183 7.3.2 斜投影 189 7.4 透視投影 190 7.4.1 一點(diǎn)透視 192 7.4.2 二點(diǎn)透視 193 7.4.3 三點(diǎn)透視 194 7.5 觀察坐標(biāo)系及觀察空間 195 7.5.1 觀察坐標(biāo)系 195 7.5.2 觀察空間 196 7.6 三維觀察流程 199 7.6.1 用戶坐標(biāo)系到觀察坐標(biāo)系的變換 200 7.6.2 平行投影的規(guī)范化投影變換 200 7.6.3 透視投影的規(guī)范化投影變換 202 7.7 三維裁剪 205 7.7.1 關(guān)于規(guī)范化觀察空間的裁剪 205 7.7.2 齊次坐標(biāo)空間的裁剪 206 7.8 OpenGL中的變換 207 7.8.1 矩陣堆棧 207 7.8.2 模型視圖變換 208 7.8.3 投影變換 209 7.8.4 實(shí)例 211 習(xí)題7 213 第8章 曲線與曲面 215 8.1 基本概念 215 8.1.1 曲線/曲面數(shù)學(xué)描述的發(fā)展 215 8.1.2 曲線/曲面的表示要求 216 8.1.3 曲線/曲面的表示 217 8.1.4 插值與逼近 218 8.1.5 連續(xù)性條件 218 8.1.6 樣條描述 219 8.2 三次樣條 220 8.2.1 自然三次樣條 220 8.2.2 Hermite插值樣條 221 8.3 Bezier曲線/曲面 222 8.3.1 Bezier曲線的定義 223 8.3.2 Bezier曲線的性質(zhì) 224 8.3.3 Bezier曲線的生成 226 8.3.4 Bezier曲面 229 8.4 B樣條曲線/曲面 230 8.4.1 B樣條曲線 230 8.4.2 B樣條曲線的性質(zhì) 235 8.4.3 B樣條曲面 237 8.5 有理樣條曲線/曲面 237 8.5.1 NURBS曲線/曲面的定義 238 8.5.2 有理基函數(shù)的性質(zhì) 239 8.5.3 NURBS曲線/曲面的特點(diǎn) 240 8.6 曲線/曲面的轉(zhuǎn)換和計(jì)算 241 8.6.1 樣條曲線/曲面的轉(zhuǎn)換 241 8.6.2 樣條曲線/曲面的離散生成 242 8.7 OpenGL生成曲線/曲面 244 8.7.1 Bezier曲線/曲面函數(shù) 244 8.7.2 GLU中的B樣條曲線/曲面函數(shù) 247 習(xí)題8 252 第9章 消隱 253 9.1 深度緩存器算法 253 9.2 區(qū)間掃描線算法 255 9.3 深度排序算法 257 9.4 區(qū)域細(xì)分算法 258 9.5 光線投射算法 260 9.6 BSP樹(shù) 260 9.7 多邊形區(qū)域排序算法 261 9.8 OpenGL中的消隱處理 262 習(xí)題9 267 第10章 真實(shí)感圖形繪制 268 10.1 簡(jiǎn)單光照模型 268 10.1.1 環(huán)境光 268 10.1.2 漫反射光 269 10.1.3 鏡面反射光 270 10.1.4 光強(qiáng)衰減 271 10.1.5 顏色 272 10.2 基于簡(jiǎn)單光照模型的多邊形繪制 273 10.2.1 恒定光強(qiáng)的多邊形繪制 274 10.2.2 Gouraud明暗處理 274 10.2.3 Phong明暗處理 276 10.3 透明處理 277 10.4 產(chǎn)生陰影 278 10.5 模擬景物表面細(xì)節(jié) 278 10.5.1 用多邊形模擬表面細(xì)節(jié) 279 10.5.2 紋理的定義和映射 279 10.5.3 凹凸映射 280 10.6 整體光照模型與光線追蹤 281 10.6.1 整體光照模型 281 10.6.2 Whitted光照模型 281 10.6.3 光線跟蹤算法 282 10.6.4 光線跟蹤反走樣 284 10.7 OpenGL中的光照與表面繪制函數(shù) 285 10.7.1 OpenGL點(diǎn)光源 285 10.7.2 OpenGL全局光照 286 10.7.3 OpenGL表面材質(zhì) 287 10.7.4 OpenGL透明處理 288 10.7.5 OpenGL表面繪制 289 10.7.6 實(shí)例 289 10.8 OpenGL中的紋理映射 291 習(xí)題10 293 參考文獻(xiàn) 295