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第1章 图形学基础 1

1.1 计算机图形学的产生与发展 1

1.2 计算机图形学的学科范畴 3

1.2.1 计算机图形学的研究内容 3

1.2.2 计算机图形学中的图形定义 6

1.2.3 计算机图形学的相关学科 10

1.3 计算机图形学应用及其发展 12

1.3.1 人机交互技术 12

1.3.2 计算可视化 15

1.3.3 真实感图形显示 17

1.3.4 虚拟现实技术 18

1.3.5 计算机辅助设计 20

1.3.6 计算机动画 20

1.4 计算机图形系统 22

1.4.1 计算机图形系统的软件 22

1.4.2 计算机图形系统的硬件 24

1.5 计算机图形软件标准 25

1.5.1 图形软件标准的类型 25

1.5.2 标准图形支撑软件 26

1.5.3 可缩放矢量图形标准 28

1.6 计算机图形系统的颜色模型 30

1.6.1 颜色特征描述：颜色空间 31

1.6.2 三基色原理和XYZ模型 31

1.6.3 设备输出颜色模型 34

1.6.4 用户交互颜色模型 35

1.6.5 颜色模型间的转换和颜色插值 37

思考题 38

第2章 图形显示与生成 39

2.1 图形显示原理 39

2.1.1 阴极射线管 39

2.1.2 光栅扫描显示原理 42

2.1.3 随机扫描显示原理 47

2.1.4 液晶显示器 50

2.1.5 数字墨水：开启“自然计算时代” 52

2.1.6 其他图形输出设备 55

2.2 线画图元生成 56

2.2.1 图元生成的基本概念 56

2.2.2 线段生成的Bresenham算法 60

2.2.3 中点圆生成算法 64

2.2.4 中点椭圆生成算法 66

2.3 填充图元生成 68

2.3.1 多边形扫描转换填充 69

2.3.2 区域填充 71

2.3.3 扫描转换填充与区域填充的比较 76

2.4 字符图元生成 77

2.4.1 字符编码标准 77

2.4.2 点阵字符生成 77

2.4.3 矢量字符生成 78

2.4.4 点阵字符和矢量字符的比较 78

2.5 反走样技术 79

2.5.1 反走样的基本原理 79

2.5.2 常用的反走样技术 80

思考题 83

第3章 图形观察与变换 85

3.1 图形观察和变换原理 85

3.1.1 观察和变换过程 85

3.1.2 图形系统中的坐标系 85

3.1.3 图形系统中的图形变换 87

3.2 窗口与视区变换 88

3.2.1 窗视变换过程 89

3.2.2 二维观察坐标系 89

3.2.3 二维观察变换：规范化变换 90

3.3.1 裁剪的效率 91

3.3 二维图形的裁剪 91

3.2.4 二维观察变换：工作站变换 91

3.3.2 点的裁剪 92

3.3.3 线段裁剪 92

3.3.4 多边形裁剪 98

3.4 二维几何变换 104

3.4.1 二维变换的齐次表示 105

3.4.2 二维基本几何变换 105

3.5 三维几何变换 109

3.5.1 三维坐标表示 109

3.5.2 三维几何变换齐次矩阵 109

3.5.3 三维基本几何变换 110

3.6 三维投影变换 113

3.6.1 平行投影 114

3.6.2 透视投影 116

3.7 图形观察变换 118

3.7.1 观察坐标系定义 118

3.7.2 观察坐标变换 119

3.7.3 观察空间 120

3.7.4 裁剪空间定义 121

思考题 121

4.1.1 规则形体表示的基本概念 124

第4章 图形表示与建模 124

4.1 规则形体的表示 124

4.1.2 实体的定义与运算 127

4.1.3 三维形体的表示方法 132

4.2 非规则形体的表示 142

4.2.1 分形几何 143

4.2.2 形状文法 146

4.2.3 粒子系统 148

4.2.4 基于物理的建模 150

思考题 151

5.1.1 消隐的基本概念 152

第5章 图形的真实感显示 152

5.1 消隐技术 152

5.1.2 后向面判别算法 153

5.1.3 深度缓冲器算法 154

5.1.4 A缓冲器算法 155

5.1.5 画家算法 155

5.1.6 BSP树算法 156

5.2 光照模型 157

5.2.1 简单光照模型 157

5.2.2 面绘制模型 161

5.2.3 整体光照模型 165

5.2.4 基本效果模型 168

5.3 OpenGL的光照模型 173

5.3.1 建立光源 174

5.3.2 定义材料性质 174

5.3.3 真实感显示应用 174

思考题 178

第6章 曲线和曲面基础 179

6.1 曲线和曲面的基础知识 179

6.1.1 曲线和曲面的参数化表示 179

6.1.2 曲线和曲面的基本类型 182

6.1.3 曲线和曲面的基函数表示 184

6.1.4 曲线的连续性 185

6.2 参数三次插值样条曲线 186

6.2.1 参数三次插值样条曲线的类型和性质 186

6.2.2 自然三次插值样条 188

6.2.3 Hermite三次插值样条 188

6.2.4 Cardinal样条 189

6.2.5 Kochanel-Bartels样条 191

6.3 Bézier曲线和曲面 191

6.3.1 Bernstein基函数及其性质 191

6.3.2 Bézier曲线的定义和性质 192

6.3.3 Bézier曲线生成的分割递推算法 195

6.3.4 Bézier曲线逼近 195

6.3.5 Bézier曲线的拼接 196

6.3.6 Bézier曲线的升降阶 197

6.3.7 Bézier曲面的定义和性质 198

6.4 B样条曲线和曲面 200

6.4.1 B样条基函数 200

6.4.2 B样条曲线的定义 201

6.4.3 B样条曲线的性质 203

6.4.4 B样条曲线的类型 204

6.4.5 B样条曲线的离散生成 205

6.4.6 B样条曲线的节点插入 206

6.4.7 B样条曲线的形状控制 207

6.4.8 B样条曲线与Bézier曲线的比较 209

6.4.9 B样条曲面的定义 209

6.5 NURBS曲线和曲面 209

6.5.1 有理样条曲线定义 210

6.5.2 NURBS曲线的表示 210

6.5.3 NURBS曲线的形状因子 213

6.5.4 二次曲线的NURBS表示 214

6.5.5 NURBS曲面的表示与性质 215

思考题 217

第7章 图形动画原理 219

7.1 计算机动画的概念和应用领域 219

7.1.1 动画的基本原理 219

7.1.2 计算机动画的概念 220

7.1.3 计算机动画的应用领域 221

7.2 计算机动画的基本原理 222

7.2.1 计算机动画的基本类型 223

7.2.2 计算机动画的关键技术 224

7.3.1 二维动画简介 232

7.3 二维动画的制作 232

7.3.2 二维动画的制作过程 233

7.3.3 二维动画的软件系统 234

7.4 三维动画的制作 235

7.4.1 三维动画简介 235

7.4.2 三维动画的制作过程 235

7.4.3 制作三维动画的软件系统 236

7.5 计算机动画的最新发展 238

思考题 239

参考文献 240