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第1章 绪论 1

1.1概述 1

1.2计算机图形学的发展历史 2

1.2.1计算机图形学的硬件发展 2

1.2.2计算机图形学的软件发展及软件标准的形成 3

1.3计算机图形学的应用领域 5

1.3.1计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） 5

1.3.2动画 6

1.3.3艺术 6

1.3.4科学计算可视化 7

1.3.5虚拟现实 7

1.3.6图形显示和绘制 8

1.3.7计算机辅助教学 9

1.4计算机图形学与相关学科的关系 9

作业题 10

第2章 计算机图形系统 11

2.1系统的构成 11

2.2常用图形输入设备 11

2.2.1鼠标器 11

2.2.2数字化仪 12

2.2.3图形扫描仪 12

2.3常用图形输出设备 13

2.3.1图形显示器 14

2.3.2绘图仪和打印机 17

2.4计算机图形标准 19

2.4.1计算机图形核心系统 19

2.4.2程序员层次交互式图形系统 19

2.4.3计算机图形接口 19

2.4.4计算机图形元文件 19

2.4.5 OpenGL图形标准 20

2.4.6基本图形转换规范 20

2.4.7产品数据转换规范 20

2.5基于Visual C+++的图形程序开发方法 20

2.5.1图形编程基础 20

2.5.2 CDC类常用成员函数 21

2.5.3与设备环境有关的常用函数 21

2.5.4绘制图形示例 23

2.6 OpenGL程序设计基础 23

2.6.1 OpenGL的绘图原理 23

2.6.2 OpenGL常用基本函数一览 25

作业题 28

第3章 计算机图形学的基本算法 29

3.1直线的扫描转换 29

3.2圆的生成 32

3.2.1正多边形逼近算法 33

3.2.2 Bresenham算法 34

3.3多边形填充 36

3.3.1多边形的扫描转换 36

3.3.2单向链表 41

3.3.3边标志填充算法 46

3.3.4种子填充算法 47

作业题 49

第4章 裁剪与变换 51

4.1二维坐标系统 51

4.1.1世界坐标系 51

4.1.2设备坐标系 51

4.1.3规格化设备坐标系 51

4.2窗口一视区的变换 52

4.3二维图形的裁剪 53

4.3.1点的裁剪 54

4.3.2直线的裁剪 54

4.3.3多边形的裁剪 58

4.4二维图形的几何变换 60

4.4.1图形的变换方法 60

4.4.2二维图形的基本变换 61

4.4.3组合变换 67

4.5三维形体的几何变换 69

4.5.1比例变换 70

4.5.2平移变换 71

4.5.3对称变换 71

4.5.4错切变换 72

4.5.5旋转变换 74

4.5.6组合变换 76

4.6投影变换 77

4.6.1投影的概念 77

4.6.2三视图的变换矩阵 80

4.6.3轴测投影的变换矩阵 81

4.6.4透视投影的变换矩阵 86

4.7三维形体的观察流水线 94

4.7.1 PHIGS坐标系统和坐标变换 94

4.7.2观察方向变换 94

4.7.3观察映射变换 96

作业题 103

第5章 曲线和曲面 105

5.1曲线、曲面参数表示的基础知识 105

5.1.1矢量 105

5.1.2曲线与曲面的参数表示 105

5.1.3插值、逼近、拟合与光顺 107

5.1.4几何不变性 108

5.1.5曲线的参数连续性和几何连续性 109

5.1.6多项式基函数 110

5.1.7数据点的参数化 110

5.2参数三次样条曲线 112

5.2.1参数三次样条曲线的力学背景 112

5.2.2三次曲线方程 112

5.2.3 C1分段的三次埃米尔特插值曲线 114

5.2.4参数三次样条曲线 115

5.2.5边界条件 116

5.2.6计算插值 119

5.3贝齐尔曲线 120

5.3.1贝齐尔曲线的表示式 121

5.3.2贝齐尔曲线的性质 123

5.3.3贝齐尔曲线的线性运算 124

5.3.4贝齐尔曲线的分割 126

5.4 B样条曲线 128

5.4.1基本概念 128

5.4.2各种类型的B样条曲线 133

5.4.3计算B样条曲线上点的德布尔算法 141

5.4.4 B样条曲线转换为分段贝齐尔曲线的算法 143

5.4.5 B样条曲线的反算 145

5.5 NURBS曲线 147

5.5.1 NURBS方法的提出及其优缺点 147

5.5.2 NURBS曲线的定义 148

5.5.3权因子对NURBS曲线形状的影响 149

5.6贝齐尔曲面 149

5.6.1定义贝齐尔曲面的张量积方法 150

5.6.2贝齐尔曲面的性质 151

5.6.3贝齐尔曲面的片分割与三角化 151

5.7 B样条曲面 155

5.7.1 B样条曲面及其性质 155

5.7.2 B样条曲面的正算 156

5.7.3 B样条曲面的反算 157

5.8 NURBS曲面 160

5.9曲线、曲面的过渡与拼接 160

5.9.1曲线、曲面过渡 160

5.9.2曲线、曲面拼接 161

作业题 165

第6章 立体视技术 168

6.1立体视的原理 168

6.2立体视的因素 169

6.2.1生理因素 169

6.2.2心理因素 172

6.3各种立体视技术 172

6.3.1两眼式 173

6.3.2多眼式 176

6.3.3超多眼式 177

6.3.4深度信息表示方式 180

6.3.5积分照相方式 182

6.3.6全息方式 184

6.3.7体积表示方式 186

6.4立体视的变换 187

6.5立体图像的制作 189

6.5.1绘制 189

6.5.2 3D-CG生成 189

6.5.3摄影（像） 190

6.5.4 2D→3D变换 192

作业题 195

第7章 隐藏线和隐藏面的消除 196

7.1概述 196

7.1.1物体空间的消隐算法 197

7.1.2图像空间的消隐算法 197

7.2形体的模型 198

7.2.1线框模型 198

7.2.2表面模型 199

7.2.3实体模型 199

7.3消隐算法常用的几种几何计算方法 200

7.3.1两直线段的交点 200

7.3.2平面多边形的外法矢量 201

7.3.3包含性检验 201

7.3.4包围盒检验 202

7.3.5交矩形检验 202

7.3.6深度检验 203

7.3.7平面和棱边的分类 204

7.4凸多面体的消隐 205

7.5任意平面立体的隐藏线消除 206

7.5.1算法的基本思路 206

7.5.2剔除朝后面和建立潜在可见面表 207

7.5.3建立潜在可见棱边表 207

7.5.4求每条潜在可见棱边与各个朝前面的隐藏关系 208

7.6深度缓冲器算法 208

7.7扫描线深度缓冲器算法 210

7.7.1数据准备 211

7.7.2隐藏面的消除 211

作业题 212

第8章 真实感图形的显示 213

8.1基本光照模型 213

8.2颜色 216

8.3法线矢量的计算 217

8.4镜面反射光线矢量的计算 218

8.5多边形的明暗处理 218

8.5.1兰伯特明暗处理法 218

8.5.2古兰德明暗处理法 219

8.5.3冯氏明暗处理法 220

作业题 221

第9章 交互式绘图技术 222

9.1交互式绘图概述 222

9.2交互式输入的基本模式 222

9.2.1请求模式 223

9.2.2取样模式 223

9.2.3事件模式 223

9.3基本交互任务和交互式绘图技术 224

9.3.1定位交互任务 224

9.3.2选择交互任务 224

9.3.3文本交互任务 225

9.3.4定量交互任务 225

9.3.5定向交互任务 225

9.3.6定路径交互任务 225

9.3.7三维交互任务 225

9.3.8组合交互任务 226

9.4交互式绘图系统的构造 227

9.4.1交互式绘图系统 228

9.4.2用户接口及其组成 228

9.5 OpenGL对交互式绘图的支持 236

9.5.1物体的选择 236

9.5.2信息反馈 238

作业题 243

参考文献 244