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本書是計算機圖形學入門教程，以VC 與OpenGL為工具講解計算機圖形學以及動畫制作的基本方法和原理。第1章使用VC 繪圖相關類和函數(shù)實現(xiàn)一些有趣的實例，直觀地展示一些簡單的計算機圖形繪制與動畫制作方法；第2章講解二維直線段與曲線繪制方法以及區(qū)域填充的基本內容；第3章講解三維圖形投影、消隱等內容；第4章通過一些典型實例介紹OpenGL；第5～6章講解樣條曲面、幾何造型與光照模型；第7～9章給出了基于OpenGL的圖像飄動、地球旋轉、爆炸效果、飛機動畫等建模與動畫實例。本書適用于計算機科學與技術、軟件工程、信息與計算科學、數(shù)字媒體技術、機械與建筑設計等專業(yè)的計算機圖形學課程教材，也可供對計算機圖形動畫制作感興趣的研究生及程序設計人員參考。

計算機圖形學的研究內容龐雜而繁多，凡是與計算機繪圖相關的內容都是圖形學研究的對象。講解哪些內容，實難取舍。第3版的主導思想沒有變，即講述圖形學基本原理，包括直線繪制算法、區(qū)域填充算法、三維數(shù)據(jù)的二維投影、隱藏面檢測方法、光照模型等；講解語言（VC ）、結構以及算法在圖形學中的應用；講解OpenGL是如何進行圖形繪制以及動畫制作的，讓OpenGL的使用與對算法的理解相互促進。
各種計算機課程，應該有機地聯(lián)系在一起。語言軟件的學習與使用既是其他課程的基礎，也是一個階段性的目標，所以在本書中，仍然堅持強化語言的使用。
本書第2版出版3年來，收到一些教師與讀者的指正與建議，筆者也在這幾年的使用過程中進行了總結、分析與思考。修正了個別錯誤，修改了一些細節(jié)，小范圍內調整了部分講授順序。增加了大量的習題，目的是通過完成習題提高學習效率。
因為各校的學時不同，所以應選擇相應的內容進行講解。第1章是一些基本的（基于VC 的）繪圖知識，不過，第1章并不是后面章節(jié)的基礎，建議講解6～8學時；第2章中有一些圖形學二維算法，例如直線與圓的繪制、區(qū)域填充等，建議講解與上機練習8～10學時；第3章講解投影、消隱等算法，圖形學一些重要的三維算法安排在這一章里，以理解為目的，建議講授12～16學時；第5章樣條曲面與第6章幾何造型、光照模型也是經(jīng)典的圖形學內容，可以講解16～20學時；第7～9章是動畫制作實例，如果想提高這方面的能力，可以重點講解，講解和上機練習20～24學時。
在目前的出版物中，圖形學習題不多，所以在附錄中將作者本校近幾年的圖形學期末試題附上，供讀者參考借鑒。
后感謝清華大學出版社對本書的出版給予大力的幫助。
期待大家喜歡這本書，也期待得到大家的批評與建議。

作者2021年4月

第1章VC 繪圖程序設計/1
1.1使用CDC類函數(shù)繪制圖形1
1.1.1使用單文檔程序繪圖1
1.1.2繪制具有真實感的三維圖形7
1.1.3交互繪圖程序設計10
1.1.4繪制矩形16
1.1.5在指定位置輸出文本17
1.2畫筆與畫刷19
1.2.1畫筆類及其函數(shù)19
1.2.2畫刷類20
1.3位圖圖像操作21
1.3.1提取位圖上一點的顏色值21
1.3.2獲取圖像區(qū)域的顏色值24
1.4繪圖與動畫程序實例25
1.4.1小圓的彈性運動25
1.4.2拋物運動27
1.4.3小圓沿著螺旋線上升30
1.4.4逐幀動畫制作32
1.4.5使用Timer事件函數(shù)繪制圖形33
1.4.6移動鼠標進行書寫35
1.5Win32應用程序中繪圖與動畫制作36
1.5.1用多種填充形式制作動畫36
1.5.2使用顏色漸變制作動畫37
習題38
第2章二維圖形繪制與填充/46
2.1直線繪制算法46
2.1.1使用直線方程計算函數(shù)值繪制直線段46
2.1.2DDA微分繪制方法47
2.1.3Bresenham算法48
2.2基于方程的曲線描點繪制50
2.2.1使用方程繪制一般二次曲線51
2.2.2使用方程繪制二次有理貝塞爾曲線52
2.2.3一般平面曲線的繪制53
2.2.4拋物線的平移與旋轉56
2.3圓的繪制算法研究57
2.4二次貝塞爾曲線繪制59
2.4.1使用參數(shù)方程繪制二次貝塞爾曲線60
2.4.2二次貝塞爾曲線快速繪制算法61
2.5擬合曲線62
2.5.1小二乘法擬合62
2.5.2貝塞爾曲線64
2.5.3B樣條曲線68
2.6插值曲線70
2.6.1簡單的逐段多項式插值方法70
2.6.2Hermite曲線71
2.6.3樣條曲線72
2.7基于代數(shù)方程的基本規(guī)則圖形填充73
2.7.1矩形與三角形填充73
2.7.2橢圓填充76
2.7.3拋物線圍成的封閉區(qū)域填充76
2.8多邊形填充77
2.8.1多邊形填充的復雜性分析77
2.8.2掃描線填充78
2.8.3種子填充84
2.9二維分形圖繪制85
2.9.1繪制樹86
2.9.2繪制分形山87
習題89
計算機圖形學（VC 實現(xiàn)）（第3版）目錄第3章三維數(shù)據(jù)的二維投影/97
3.1三維數(shù)據(jù)投影97
3.1.1三維數(shù)據(jù)與二維顯示97
3.1.2繪制空間直角坐標系98
3.2三維螺旋線的平行投影100
3.2.1參數(shù)方程及三維空間點的二維繪制100
3.2.2不同角度的三維螺旋線投影101
3.3三維數(shù)據(jù)的透視投影103
3.3.1平行投影與透視投影103
3.3.2觀察坐標系下的一點透視投影104
3.4裁剪106
3.4.1二維圖形裁剪106
3.4.2三維圖形裁剪106
3.5視點變化下的多面體繪制107
3.5.1線框正方體投影繪制108
3.5.2視點變化下的線框正方體繪制109
3.6隱藏面檢測110
3.6.1隱藏線面110
3.6.2一個正方體的六個面110
3.6.3背面檢測方法111
3.6.4多面體的隱藏面計算112
3.6.5其他檢測方法113
習題114
第4章OpenGL/118
4.1VC Source File運行OpenGL程序118
4.1.1在VC 中加入glut118
4.1.2繪制點與線119
4.1.3繪制三角形與四邊形121
4.2OpenGL函數(shù)解析（一）125
4.2.1顏色設置函數(shù)glClearColor()與glColor()125
4.2.2繪制函數(shù)glBegin()與glEnd()126
4.2.3窗口初始化函數(shù)glutInitWindowSize()等126
4.2.4OpenGL核心函數(shù)127
4.3OpenGL函數(shù)解析（二）128
4.3.1調用函數(shù)繪制形體128
4.3.2裁剪函數(shù)glOrtho()129
4.3.3形體函數(shù)glutSolidSphere()等130
4.3.4光照函數(shù)glLight()130
4.3.5OpenGL實用函數(shù)131
4.4一個運動的正方體132
4.4.1三維正方體繪制與函數(shù)gluLookAt()132
4.4.2旋轉函數(shù)glRotatef()134
4.4.3使用鼠標控制旋轉軸136
4.5具有顏色插值效果的多面體137
4.5.1多面體繪制137
4.5.2修改參數(shù)139
4.6OpenGL函數(shù)解析（三）139
4.6.1平移函數(shù)glTranslate()與縮放函數(shù)glScalef()139
4.6.2面法向設置函數(shù)glNormal3fv()140
4.6.3雙緩存函數(shù)glutSwapBuffers()140
4.6.4透視投影函數(shù)glFrustum()140
4.6.5工具函數(shù)glut142
4.7OpenGL交互操作函數(shù)143
4.7.1鼠標操作143
4.7.2鍵盤操作144
4.7.3菜單制作145
4.8繪制實例147
4.8.1繪制五角星147
4.8.2運動的彩色正方體149
習題152
第5章樣條曲面/163
5.1三維空間樣條曲線163
5.1.1三維空間貝塞爾曲線163
5.1.2曲線的拼接164
5.1.3三維空間B樣條曲線165
5.1.4三維空間分段插值曲線167
5.2貝塞爾曲面168
5.2.1貝塞爾曲面的定義168
5.2.2雙一次貝塞爾曲面168
5.2.3雙二次貝塞爾曲面170
5.2.4雙三次貝塞爾曲面的16個控制點172
5.2.5曲面特性173
5.3B樣條曲面繪制173
5.3.1B樣條曲面定義173
5.3.2雙二次B樣條曲面174
5.4OpenGL曲線曲面繪制176
5.4.1曲線繪制176
5.4.2曲面繪制179
5.4.3繪制光滑曲面182
5.5OpenGL函數(shù)解析（四）184
5.5.1計算二維網(wǎng)格函數(shù)glEvalMesh()184
5.5.2二維求值函數(shù)glMap2f()184
習題185
第6章幾何造型與光照模型/192
6.1幾何造型基本單元的組織192
6.1.1線框模型192
6.1.2表面模型193
6.1.3實體模型194
6.2實體模型構造方法194
6.2.1邊界表示法194
6.2.2分解表示法196
6.2.3掃描造型法197
6.3場景構造與模型的重用197
6.3.1場景構造198
6.3.2模型重用199
6.3.3布爾運算199
6.4三維數(shù)據(jù)模型: 地形圖200
6.4.1繪制地形圖程序200
6.4.2程序結構203
6.4.3讀取數(shù)據(jù)文件204
6.4.4網(wǎng)格地形繪制204
6.4.5加入燈光效果206
6.5OpenGL中的光照效果207
6.5.1按右鍵移動光源207
6.5.2安裝多個光源210
6.5.3多個光源下的多個球體212
6.6OpenGL光照函數(shù)213
6.6.1關于glLight()213
6.6.2多面體的光照效果214
6.7簡單光照模型216
6.7.1鏡面反射與視點位置216
6.7.2漫反射與環(huán)境光218
6.7.3Phong光照模型219
6.8明暗插值與陰影生成220
6.8.1明暗插值方法220
6.8.2陰影生成221
6.8.3透明性222
6.8.4整體光照模型223
習題223
第7章紋理映射: 飄動的圖像與旋轉的地球/228
7.1使用Win32應用程序運行OpenGL程序228
7.1.1關于Win32應用程序228
7.1.2一個飄動的圖像230
7.1.3修改程序制作更多的飄動效果239
7.2構建OpenGL程序運行框架242
7.2.1函數(shù)CreateGLWindow()243
7.2.2函數(shù)KillGLWindow()243
7.2.3函數(shù)LRESULT CALLBACK WndProc()244
7.2.4函數(shù)int WINAPI WinMain()244
7.2.5OpenGL的glaux()輔助函數(shù)245
7.3網(wǎng)格制作與圖像映射246
7.3.1頂點生成246
7.3.2網(wǎng)格制作246
7.3.3運動的網(wǎng)格247
7.3.4圖像定義為紋理247
7.3.5圖像映射到網(wǎng)格248
7.4OpenGL函數(shù)解析（五）248
7.4.1OpenGL紋理映射248
7.4.2OpenGL紋理定義函數(shù)glTexImage()249
7.4.3OpenGL紋理控制函數(shù)glTexParameter()250
7.4.4紋理與多邊形顏色的融合250
7.4.5OpenGL紋理坐標生成函數(shù)gltexCoord()251
7.4.6OpenGL紋理映射函數(shù)應用實例252
7.5旋轉的地球254
7.5.1程序實現(xiàn)254
7.5.2去掉圖像的白邊257
7.5.3球的上下左右移動258
習題259
第8章不規(guī)則圖形: 粒子系統(tǒng)與迭代吸引子/262
8.1使用粒子系統(tǒng)制作爆炸效果262
8.1.1粒子系統(tǒng)262
8.1.2爆炸效果的程序實現(xiàn)262
8.1.3程序解析267
8.1.4修改程序實現(xiàn)更多效果270
8.1.5使用VC 制作爆炸效果272
8.1.6使用3ds Max制作下雪動畫274
8.2基于圖像的圖形繪制275
8.2.1圖像動畫制作275
8.2.2基于圖像的三維圖形建模276
8.3OpenGL圖像操作277
8.3.1二值圖形繪制277
8.3.2讀寫像素279
8.3.3像素復制283
8.4OpenGL函數(shù)解析（六）284
8.4.1OpenGL函數(shù)glDrawBuffery()與glReadBuffer()284
8.4.2OpenGL函數(shù)glutBitmapCharacter()286
8.4.3OpenGL圖像操作函數(shù)287
8.5迭代吸引子圖形繪制288
8.5.1正弦函數(shù)與二元二次隨機多項式函數(shù)迭代288
8.5.2調整正弦函數(shù)觀察迭代結果289
8.5.3離散余弦變換基函數(shù)作為輔助函數(shù)290
習題292
第9章飛機動畫制作與改進/297
9.1使用單文檔運行OpenGL程序297
9.1.1單文檔OpenGL程序297
9.1.2星空閃爍動畫301
9.1.3將項目框架加入VC 選項303
9.2飛機模型304
9.2.1運行飛機動畫游戲程序305
9.2.2飛機數(shù)據(jù)模型分析306
9.2.3OpenGL材質函數(shù)glMaterialfv()313
9.3動畫制作316
9.3.1飛機的飛行316
9.3.2發(fā)射子彈317
9.3.3鍵盤的使用318
9.3.4關于動畫319
習題320
附錄A期末試題/322
A.1期末考試試卷（一）322
A.2期末考試試卷（二）329
A.3期末考試試卷（三）334
A.4期末考試試卷（四）337
A.5期末考試試卷（五）339
參考文獻/343

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