计算机图形学原理与应用PDF电子书下载

基础篇 1

第一章　什么是计算机图形学 1

第一节　计算机图形学研究的内容 1

一、计算机图形学的基本内容 1

二、图形学、图象处理与模式识别 3

三、图形学与CAD/CAM技术 4

四、当前图形学所研究的课题 5

1．几何造型技术研究 6

2．三维信息重建技术研究 6

3．三维空间布局技术研究 6

4．图形数据库系统的开发 6

第二节　计算机图形系统的硬件 6

一、计算机 7

1．异步通讯控制器 7

2．联接方法 8

二、图形输入设备 9

1．字符键盘 9

2．坐标数字化仪 9

3．光笔 11

4．鼠型器 11

三、图形输出设备 12

1．图形显示器 12

2．绘图仪 15

第三节　计算机图形学的发展历史 17

一、计算机图形学的过去 17

二、计算机图形学的现在 18

三、计算机图形学与其它技术的结合 20

1．与数据库技术 20

2．与人工智能 20

3．与自动控制技术 20

第四节　计算机图形学的应用领域 21

习题一 23

第二章　二维图形生成原理 24

第一节　直线段的生成 25

一、三种常用的坐标系 25

1．用户坐标系 25

2．设备坐标系 26

3．规格化坐标系 26

二、直线生成算法与算法分析 29

1．逐点比较法 30

2．正负法 36

3．DDA法 42

4．Bresenham算法 45

5．四种算法比较 46

三、直线产生的质量标准 50

1．逼近度 50

2．终点准确性 51

3．速度 52

四、由直线组成的直线图形 52

第二节　曲线段的生成 54

一、圆弧的生成算法 55

1．逐点比较法 55

2．DDA法 60

3．角度DDA法 62

4．正负法 64

二、一般平面二次曲线的生成算法 68

1．一般平面二次曲线的拟合生成法 68

2．几种特殊形状的二次曲线 71

三、平面自由曲线的生成算法 77

1．三次样条曲线生成算法 78

2．三次参数样条曲线 88

3．Bézier曲线生成算法 92

4．B样条曲线生成算法 108

5．Bézier曲线与B样条曲线 127

第三节　二维图形变换 130

一、二维图形的几何变换 131

1．基本的几何变换形式 131

2．几何的变换实质 133

3．基本几何变换的数学表示形式 135

4．几何变换的若干性质 144

5．几何变换的程序设计 149

二、二维几何变换的级联 150

1．几何变换级联的表示 150

2．常用的几种级联变换 151

第四节　二维图形的输出 157

一、窗口区与视图区 157

二、窗口与视图的坐标变换 159

三、二维图形的裁剪 160

1．直线段的裁剪 161

2．多边形的裁剪 166

习题二 169

第三章　三维图形生成原理 170

第一节　三维坐标系及点、线、面的表示 170

一、三维直线段的定义 172

二、两向量之间的夹角 174

三、平面的定义 174

四、平面与直线的交点 175

五、点到平面的距离 175

六、两线段交点的计算 176

七、三平面交点的计算 177

八、两平面交线的计算 179

九、面的函数表示与应用 180

第二节　三维自由曲面的生成算法 181

一、双三次样条曲面 183

1．定义域的拓广 183

2．函数式的拓广 183

3．插值性的拓广 184

4．连续性的拓广 184

二、Coons曲面 185

1．双三次Coons曲面的定义 188

2．双三次Coons曲面的拚接 192

三、Bézier曲面 197

1．定义 198

2．几个低次的Bézier曲面 198

3．双三次Bézier曲面的性质及拚接 202

4．双三次Bézier曲面与双三次Coons曲面的等价 210

四、B样条曲面 212

1．定义 212

2．双三次B样条曲面的拚接 218

五、双三次Coons曲面、Bézier曲面、B样条曲面比较 220

第三节　三维图形的几何变换 221

一、三维平移变换 222

二、三维比例变换 223

三、三维错切变换 224

四、三维反射变换 224

五、三维旋转变换 226

六、坐标系的变换 231

七、绕空间任意轴的三维旋转 234

第四节　三维投影变换 240

一、正投影 241

1．H面正投影 241

2．V面正投影 242

3．W面正投影 242

4．三视图 246

二、轴测投影 250

1．正轴测投影 250

2．斜轴测投影 260

三、透视投影 266

1．平行线段的透视变换 269

2．三维实体的透视投影 275

习题三 286

应用篇 287

第四章　图形设备接口软件的开发 287

第一节　概述 287

第二节　基本思想 288

第三节　PLOT.LIB接口软件包介绍 289

一、适用范围 289

二、DMP系列绘图仪 289

第四节　DMP系列绘图机命令 289

第五节　PLOT.LIB软件包的程序设计 294

一、初始化子程序 294

二、绘制自由曲线子程序 297

三、PLOT.LIB的使用 298

四、注意事项 298

五、一个实例 299

第五章　平面多面体造型系统 300

第一节　概述 300

一、PDLS系统 300

1．系统的功能 300

2．硬件环境与基础软件 301

二、三维模型的建立 301

第二节　隐藏线的判断与消除 302

一、凸多面体的消隐 303

二、凹多面体的消隐 306

第三节　结论 312

第六章　二次曲面体造型系统 313

第一节　概述 313

第二节　国际上主要系统简述 316

一、PADL系统 317

二、TIPS系统 317

三、BUILD系统 318

第三节　连续法几何造型的基本思想 319

第四节　连续法几何造型的基本理论 322

一、坐标系 322

二、一般二次曲面的代数方程表示 327

三、代数方程在二个坐标系下的表示 328

四、曲面相交 331

五、点的有效性 345

六、体素自身的轮廓线选择 349

七、消隐算法及其复杂性分析 356

八、交线输出显示算法及算法复杂度分析 365

九、体素相减规则 373

第五节　系统的构造与实现 374

一、数据结构 374

二、体素相交的粗判断 380

三、系统流程 382

四、系统的结构及程序名和功能对照表 382

第六节　结论 385

一、系统的主要特点 385

二、系统的主要缺陷以及改进方法 387

附录A　IBM-PC机高级BASICA绘图语句简介 390

附录B　常用的图形变换矩阵 395

参考文献 400