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第1章 概述 1

1.1 计算机图形学及其相关概念 1

1.2 计算机图形学的发展 2

1.3 计算机图形学的主要研究内容 4

1.4 计算机图形技术的应用 4

1.5 计算机图形系统 7

1.5.1 图形系统功能及组成 7

1.5.2 图形系统的硬件组成 8

1.5.3 图形软件系统 23

1.6 颜色模型 25

1.6.1 颜色的特征描述空间 25

1.6.2 CIE色度图 25

1.6.3 几种常用的颜色模型 27

1.7 本章小结 29

思考题 30

第2章 基本图形的生成与显示 31

2.1 直线的生成 31

2.1.1 数值微分法 31

2.1.2 中点画线法 33

2.1.3 Bresenham画线法 35

2.2 圆与椭圆的生成 36

2.2.1 简单画圆法 36

2.2.2 中点画圆算法 37

2.2.3 Bresenham画圆法 38

2.2.4 中点画椭圆的算法 38

2.3 图元属性及走样控制 40

2.3.1 线型控制 41

2.3.2 线宽控制 41

2.3.3 反走样技术 42

2.4 平面图形区域填充 44

2.4.1 区域的表示及类型 44

2.4.2 多边形扫描转换法 46

2.4.3 边填充算法 49

2.4.4 种子填充法 50

2.5 字符的生成与显示 53

2.5.1 点阵字符 54

2.5.2 矢量字符 55

2.6 基本图形生成实例 56

2.6.1 实例1 平面图形生成与填充 56

2.6.2 实例2 字符的生成及显示 66

2.6.3 提高与超越 69

2.7 本章小结 70

思考题 71

第3章 二维图形裁剪 73

3.1 点的裁剪 73

3.2 线段裁剪算法 73

3.2.1 直线求交法 74

3.2.2 Cohen-Sutherland算法 75

3.2.3 中点分割算法 77

3.2.4 其他裁剪算法 78

3.3 多边形裁剪 79

3.3.1 Sutherland-Hodgman算法 80

3.3.2 Weiler-Atherton裁剪算法 81

3.4 字符裁剪 82

3.5 二维图形裁剪应用实例 83

3.5.1 实例1 线段的裁剪 84

3.5.2 实例2 多边形的裁剪 89

3.5.3 提高与超越 95

3.6 本章小结 96

思考题 97

第4章 二维图形变换 98

4.1 图形变换基础 98

4.1.1 坐标系基本概念 98

4.1.2 窗口到视区的转换 99

4.1.3 齐次坐标 101

4.1.4 几何变换与二维仿射变换 102

4.2 二维基本几何变换 102

4.2.1 恒等变换 103

4.2.2 平移变换 103

4.2.3 比例变换 103

4.2.4 旋转变换 104

4.2.5 对称变换 105

4.2.6 错切变换 106

4.3 二维复合变换 106

4.4 二维图形几何变换的计算 108

4.5 二维变换应用实例 110

4.5.1 预备知识 111

4.5.2 实例1 在用户坐标系中显示图形 111

4.5.3 实例2 点阵字符图形变换演示 115

4.5.4 提高与超越 118

4.6 本章小结 118

思考题 119

第5章 交互技术及二维图形综合应用 120

5.1 交互技术基础 120

5.1.1 定位技术 120

5.1.2 橡皮筋技术 120

5.1.3 拖曳技术 121

5.1.4 定值技术 121

5.1.5 拾取技术 121

5.1.6 网格与吸附技术 122

5.2 交互技术的实现（鼠标绘图） 122

5.3 二维图形技术综合应用 125

5.3.1 实例1 平面图形综合设计 125

5.3.2 实例2 平面曲线图案设计 134

5.3.3 提高与超越 137

5.4 本章小结 138

思考题 138

第6章 三维图形变换 139

6.1 三维变换概述 139

6.1.1 几何变换的分类 139

6.1.2 三维变换基础 140

6.2 三维基本几何变换及其复合变换 141

6.2.1 三维基本几何变换 141

6.2.2 三维复合变换 145

6.3 投影变换概述 148

6.4 平行投影 149

6.4.1 正投影 149

6.4.2 轴测投影 151

6.5 透视投影 153

6.5.1 透视投影基本原理 153

6.5.2 一点透视 154

6.5.3 二点透视 155

6.5.4 三点透视 155

6.6 三维变换应用实例 156

6.6.1 实例1 平行投影 156

6.6.2 实例2 透视投影 162

6.6.3 提高与超越 164

6.7 本章小结 165

思考题 166

第7章 曲线和曲面 167

7.1 曲线和曲面基础 167

7.1.1 曲线和曲面数学描述的发展 167

7.1.2 曲线和曲面的拟合 168

7.1.3 曲线和曲面的表示要求 169

7.1.4 参数化表示 169

7.1.5 连续性条件 170

7.2 三次Hermite样条曲线 171

7.3 Bezier曲线 173

7.3.1 Bezier曲线的定义 173

7.3.2 Bezier曲线的性质 173

7.3.3 常用Bezier曲线的矩阵表示 175

7.3.4 Bezier曲线的拼接 176

7.3.5 Bezier曲线的正算与反求 177

7.3.6 Bezier曲面 178

7.4 B样条曲线 179

7.4.1 B样条曲线的定义 179

7.4.2 B样条曲线的性质 180

7.4.3 B样条曲线分类 181

7.4.4 NURBS曲线 183

7.5 曲线曲面应用实例 183

7.5.1 实例1 绘制三次Bezier曲线 183

7.5.2 实例2 三次均匀B样条曲线 185

7.5.3 提高与超越 190

7.6 本章小结 191

思考题 191

第8章 消隐 192

8.1 消隐的基本概念 192

8.1.1 什么是消隐 192

8.1.2 消隐的分类 192

8.2 线消隐 193

8.3 面消隐 194

8.3.1 深度缓冲区（Z-buffer）算法 194

8.3.2 深度排序算法（画家算法） 196

8.3.3 扫描线算法 197

8.3.4 区域细分算法 198

8.3.5 其他常用算法 199

8.4 消隐算法实现实例 200

8.4.1 实例1 凸多面体的绘制 200

8.4.2 实例2 圆环的绘制 207

8.4.3 提高与超越 211

8.5 本章小结 212

思考题 212

第9章 真实感图形绘制 213

9.1 三维形体的表示 213

9.1.1 三维模型基础 214

9.1.2 传统几何造型方法 214

9.1.3 非传统造型技术 217

9.2 光照模型 220

9.2.1 光源特性与物体表面特性 220

9.2.2 光照模型简介 221

9.2.3 阴影生成 224

9.2.4 光线跟踪算法简介 224

9.3 物体的纹理显示 225

9.3.1 表面图案 225

9.3.2 凹凸纹理 226

9.4 真实感图形绘制综合应用实例 226

9.4.1 实例1 基于OpenGL的几何造型设计 226

9.4.2　实例2 基于OpenGL的三维动画设计 235

9.4.3 提高与超越 239

9.5 本章小结 241

思考题 241

第10章 计算机图形学应用 242

10.1 计算机动画 242

10.1.1 计算机动画的起源与发展 242

10.1.2 计算机动画的过程与分类 242

10.1.3 双缓存实现帧动画 244

10.1.4 计算机电影动画 244

10.2 计算机辅助设计与制造 245

10.2.1 CAD/CAM系统的组成 245

10.2.2 CAD/CAM研究热点 245

10.2.3 国内外CAD/CAM软件 246

10.3 虚拟现实与计算机仿真 248

10.4 科学计算可视化 251

10.4.1 可视化的含义 252

10.4.2 可视化的研究内容 253

10.4.3 应用领域 253

10.5 二维简单游戏设计 255

10.6 本章小结 262

思考题 262

附录 263

附录A 实验环境简介 263

A.1 程序绘图语言选择 263

A.2 上机环境的选择 263

A.3 用Visual C＋＋环境进行程序设计 263

A.4 OpenGL编程简介 269

A.5 C程序绘图简介 273

附录B 实验项目 277

B.1 实验1 直线、圆、椭圆的生成算法 277

B.2 实验2 多边形的扫描转换与区域填充 278

B.3 实验3 二维裁剪 278

B.4 实验4 平面图形综合设计 279

B.5 实验5 三维图形变换 279

B.6 实验6 常用曲线的生成 280

B.7 实验7 消隐 280

B.8 实验8 真实感图形绘制 281

附录C 图形学所涉及的数学基础 282

C.1 矢量及其运算 282

C.2 矩阵方法 283

C.3 行列式 284

参考文献 286