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第一部分 图形生成与处理技术 1

第一章 图形科学综述 1

1.1 计算机图形学的发展及其应用 1

1.1.1 三维计算机图形学的发展与现状 2

1.1.2 三维计算机图形学的基本理论 3

1.1.3 三维计算机图形学的应用 6

1.2 几何造型技术 7

1.3 纹理技术 8

1.4 真实感图形生成技术 9

1.5 视景仿真技术 10

1.5.1 意义和用途 10

1.5.2 前人的工作 11

1.5.3 问题和困难 13

1.6 动画技术 13

1.6.1 计算机动画技术应用 14

1.6.2 计算机动画研究的主要内容 16

1.6.3 国内外计算机动画系统的发展状况 19

1.7 小结 21

第二章 图形学基础 22

2.1 图形基本算法 22

2.1.1 点生成算法 22

2.1.2 填充算法 31

2.1.3 绘制交叉阴影线 34

2.1.4 抖动处理 35

2.2 图形变换 38

2.2.1 二维几何变换 38

2.2.2 三维几何变换 48

2.2.3 观察变换 51

2.2.4 图形的裁剪 57

2.2.5 色彩模型 58

2.2.6 抖动 60

2.2.7 图像压缩 61

2.3 曲线和曲面 63

2.3.1 曲线 65

2.3.2 曲面 82

2.4 小结 90

第三章 造型技术 91

3.1 概述 91

3.1.1 几何造型 91

3.1.2 三维造型方法 95

3.2 实体造型 98

3.2.1 三维实体造型的基本方法 98

3.2.2 结构实体几何法(CSG法) 99

3.2.3 边界表示法(B-reps法) 102

3.2.4 混合造型方法 103

3.2.5 形状描述语言 103

3.3 三维多边形造型 106

3.4 八叉树法造型 110

3.4.1 八叉树表示法 110

3.4.2 线性八叉树 113

3.4.3 线性八叉树的编码及其存储结构 114

3.5 元球造型 115

3.6 小结 118

第四章 分形技术 119

4.1 分形图像学的发展 119

4.2 分形图像压缩编码 126

4.3 小结 130

第五章 纹理技术 131

5.1 概述 131

5.2 砖石类纹理 137

5.2.1 简介 137

5.2.2 建立宏观结构模型 137

5.2.3 高斯分布产生 138

5.2.4 砖石类纹理的实现 140

5.3 木材纹理 146

5.3.1 木材构造 146

5.3.2 木材纹理的实现 147

5.4 小结 152

第六章 隐藏线和隐藏面的消除 153

6.1 隐藏线的消除 153

6.1.1 多面体的隐藏线消除 153

6.1.2 曲面的隐藏线消除 158

6.1.3 平面立体图隐藏线的消隐 160

6.2 隐藏面的消除 169

6.3 消隐算法 171

6.3.1 区域子分算法 171

6.3.2 Z缓冲器算法和扫描线算法 174

6.3.3 跨距扫描线算法 177

6.3.4 曲面的扫描线消隐算法 179

6.3.5 优先级表算法 180

6.4 小结 182

第七章 成像技术 183

7.1 图像绘制 183

7.1.1 概述 183

7.1.2 局部光照模型 184

7.1.3 整体光照模型 186

7.2 光线追踪算法 187

7.2.1 概述 187

7.2.2 光线追踪算法分析 188

7.2.3 逐步细分光线追踪算法 194

7.2.4 光线追踪β样条曲面 196

7.3 特殊效果 198

7.3.1 透明 198

7.3.2 纹理 200

7.3.3 反走样 202

7.4 小结 202

第八章 变形技术 203

8.1 变形技术的理论探讨 203

8.1.1 变形技术的基本原理 203

8.1.2 数学模型的建立 204

8.2 几种变形算法 209

8.2.1 基于特征聚类的变形算法 209

8.2.2 变形箱自由变形方法 212

8.2.3 基于形态学的三维变形算法 215

8.3 小结 217

第二部分 程序、算法集成及动画系统设计 219

第九章 图像格式 219

9.1 GIF图像文件 219

9.2 IMG图像文件 221

9.3 BMP图像文件 244

9.3.1 BMP图像文件格式 245

9.3.2 单色BMP显示 248

9.3.3 16色及256色BMP显示 252

9.4 PCX图像文件 261

9.4.1 PCX图像文件格式 261

9.4.2 解压缩PCX图像数据 262

9.4.3 16色PCX图像 268

9.4.4 256色PCX图像格式 273

9.4.5 256色调色板 273

9.5 TIFF图像文件 277

9.6 SGI标准图像文件 278

9.7 小结 279

第十章 图形技术算法和程序 280

10.1 三维彩色、真实感图形的制作 280

10.2 数值计算 280

10.2.1 实矩阵相乘 280

10.2.2 矩阵的三角分解 281

10.2.3 实对称三角矩阵的全部特征值与特征向量的计算 284

10.2.4 埃尔米特不等距插值 288

10.2.5 埃尔米特等距插值 289

10.2.6 最小二乘曲线拟合 290

10.2.7 正态分布函数 294

10.2.8 0到1之间均匀分布的一个随机数 295

10.2.9 复数乘法 296

10.3 非数值计算 297

10.3.1 整数冒泡排序 297

10.3.2 TVGA图形模式(62H，1024×768，256色) 299

10.3.3 矩形及其填充 300

10.3.4 矩形域图形的平移 301

10.3.5 一般函数曲线 302

10.3.6 矩形域三维图形透视图 303

10.3.7 小汉字库的建立 305

10.3.8 一个汉字的显示 309

10.4 应用实例 309

10.4.1 如何用窗口系统编应用程序 309

10.4.2 种子填充法 331

10.4.3 线段裁剪 334

10.4.4 加权区域取样 341

10.4.5 用GIL构造交互系统实例 344

10.5 小结 352

第十一章 计算机动画系统CAS 353

11.1 系统设计 353

11.1.1 系统的需求与设计思想 353

11.1.2 系统的组成与系统初步设计 354

11.1.3 用户界面与界面函数库 356

11.1.4 图形数据库的管理模块 356

11.1.5 屏幕显示模块(SDI) 357

11.2 系统功能模块 358

11.2.1 造型模块 358

11.2.2 动画设计模块 358

11.2.3 纹理与成像模块 360

11.2.4 二维图像合成及特技 361

11.2.5 其他模块 361

11.3 小结 361

附录A 公式证明 362

附录A.1 公式R=2cosθ·n-L的证明 362

附录A.2 公式［R］=［N］-1［B］的证明 362

附录A.3 证明：以单位向量N=(n1,n2,n3)为转轴，旋转α角的变换矩阵 363

附录B 图形生成效果 365

参考文献 367

后记 368