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第1章 计算机图形学简介 1

1.1 计算机图形学的几种用途 1

1.2 计算机图形学的简单回顾 4

1.2.1 输出技术 5

1.2.2 输入技术 8

1.2.3 软件的可移植性与图形标准 8

1.3 交互式图形学的优点 9

1.4 交互式图形学的概念框架 10

1.4.1 应用建模 10

1.4.2 模型的显示 11

1.4.3 交互处理 11

小结 12

习题 13

第2章 简单光栅图形软件包（SRGP）的编程 15

2.1 用SRGP画图 15

2.1.1 图形图元的规格 15

2.1.2 属性 19

2.1.3 填充图元及其属性 20

2.1.4 存储和恢复属性 23

2.1.5 文本 23

2.2 基本交互处理 24

2.2.1 人的因素 24

2.2.2 逻辑输入设备 25

2.2.3 采样与事件驱动处理 26

2.2.4 采样模式 27

2.2.5 事件模式 28

2.2.6 交互处理中的关联拾取 32

2.2.7 设置设备度量和属性 33

2.3 光栅图形特性 34

2.3.1 画布 34

2.3.2 矩形框的裁剪 36

2.3.3 SRGP_copyPixel操作 36

2.3.4 写模式或RasterOp 38

2.4 SRGP的局限性 41

2.4.1 应用程序坐标系统 41

2.4.2 为了重新定义存储图元 41

小结 42

习题 43

程序设计项目 44

第3章 二维图元的基本光栅图形学算法 45

3.1 概述 45

3.1.1 显示系统体系结构的含义 45

3.1.2 软件中的输出流水线 48

3.2 直线的扫描转换 48

3.2.1 基本增量算法 49

3.2.2 中点线算法 50

3.2.3 补充要点 54

3.3 圆的扫描转换 56

3.3.1 八方向对称性 56

3.3.2 中点圆算法 57

3.4 填充矩形 59

3.5 填充多边形 60

3.5.1 水平边 62

3.5.2 狭长条 62

3.5.3 边相关性和扫描线算法 63

3.6 图案填充 65

3.6.1 使用扫描转换的图案填充 65

3.6.2 不用重复扫描转换的图案填充 66

3.7 宽图元 68

3.7.1 复制像素 68

3.7.2 移动画笔 69

3.8 光栅空间的裁剪操作 70

3.9 线段裁剪 70

3.9.1 裁剪端点 71

3.9.2 利用求解联立方程组的线段裁剪 71

3.9.3 Cohen-Sutherland线裁剪算法 72

3.9.4 参数化的线裁剪算法 75

3.10 圆的裁剪 78

3.11 多边形裁剪 78

3.12 生成字符 81

3.12.1 定义和裁剪字符 81

3.12.2 一种文本输出图元的实现 83

3.13 SRGP_copyPixel 84

3.14 反走样 84

3.14.1 增加分辨率 84

3.14.2 未加权的区域采样 85

3.14.3 加权区域采样 86

3.15 高级主题 88

小结 89

习题 89

第4章 图形硬件 91

4.1 硬拷贝技术 92

4.2 显示技术 94

4.3 光栅扫描显示系统 98

4.3.1 简单的光栅显示系统 99

4.3.2 具有外围显示处理器的光栅显示系统 101

4.3.3 显示处理器的附加功能 103

4.3.4 具有集成显示处理器的光栅显示系统 104

4.4 视频控制器 105

4.5 用于操作者交互的输入设备 106

4.5.1 定位设备 106

4.5.2 键盘设备 108

4.5.3 定值设备 108

4.5.4 选择设备 108

4.6 图像扫描仪 109

习题 109

第5章 几何变换 111

5.1 数学基础 111

5.1.1 向量及其性质 111

5.1.2 向量点积 112

5.1.3 点积的性质 113

5.1.4 矩阵 113

5.1.5 矩阵乘法 114

5.1.6 行列式 114

5.1.7 矩阵的转置 115

5.1.8 矩阵的逆 115

5.2 二维变换 116

5.3 齐次坐标和二维变换的矩阵表示 118

5.4 二维变换的合成 121

5.5 窗口到视口的变换 122

5.6 效率 124

5.7 三维变换的矩阵表示 125

5.8 三维变换的合成 127

5.9 坐标系的变换 131

习题 133

第6章 三维空间的观察 135

6.1 人造照相机及三维观察步骤 135

6.2 投影 136

6.2.1 透视投影 137

6.2.2 平行投影 138

6.3 指定一个任意的三维视图 140

6.4 三维观察的例子 142

6.4.1 透视投影 143

6.4.2 平行投影 146

6.4.3 有限的视见体 147

6.5 平面几何投影的数学 147

6.6 实现平面几何投影 150

6.6.1 平行投影 151

6.6.2 透视投影 155

6.6.3 用三维规范视见体进行裁剪 158

6.6.4 在齐次坐标中裁剪 159

6.6.5 映射到一个视口 161

6.6.6 实现小结 162

6.7 坐标系统 163

习题 164

第7章 对象的层次结构和简单的PHIGS系统 167

7.1 几何造型 168

7.1.1 几何模型 169

7.1.2 几何模型中的层次 169

7.1.3 模型、应用程序和图形系统间的关系 171

7.2 保留模式图形包的特点 172

7.2.1 中央结构存储库及其优点 172

7.2.2 保留模式软件包的局限性 173

7.3 定义和显示结构 173

7.3.1 打开和关闭结构 173

7.3.2 定义输出图元及其属性 174

7.3.3 提交结构进行显示遍历 176

7.3.4 观察 177

7.3.5 通过窗口管理共享屏幕的图像应用 179

7.4 模型变换 180

7.5 层次式结构网络 183

7.5.1 两层层次结构 183

7.5.2 简单的三层层次结构 184

7.5.3 自底向上构造机器人 185

7.5.4 交互式造型程序 187

7.6 显示遍历中的矩阵合成 187

7.7 层次结构中外观属性的处理 190

7.7.1 继承法则 190

7.7.2 SPHIGS的属性及文字不受变换影响 191

7.8 屏幕的更新和绘制模式 192

7.9 用于动态效果的结构网络编辑 193

7.9.1 利用索引和标记访问元素 193

7.9.2 内部结构的编辑操作 194

7.9.3 改进编辑方法的一些实例块 195

7.9.4 如何控制屏幕图像的自动再生 196

7.10 交互 196

7.10.1 定位器 197

7.10.2 关联拾取 197

7.11 高级问题 202

7.11.1 其他输出特性 202

7.11.2 实现问题 202

7.11.3 层次模型的优化显示 203

7.11.4 PHIGS中层次模型的局限性 204

7.11.5 层次建模的其他形式 204

7.11.6 其他（工业）标准 204

小结 205

习题 206

第8章 输入设备、交互技术与交互任务 207

8.1 交互硬件 207

8.1.1 定位设备 208

8.1.2 键盘设备 209

8.1.3 定值设备 209

8.1.4 选择设备 209

8.1.5 其他设备 209

8.1.6 三维交互设备 210

8.2 基本交互任务 211

8.2.1 定位交互任务 211

8.2.2 选择交互任务——大小可变的选项集合 212

8.2.3 选择交互任务——相对固定大小的选项集合 214

8.2.4 文本交互任务 216

8.2.5 定量交互任务 216

8.2.6 三维交互任务 216

8.3 复合交互任务 218

8.3.1 对话框 218

8.3.2 构造技术 218

8.3.3 动态操纵 219

8.4 交互技术工具箱 221

小结 221

习题 221

第9章 曲线与曲面的表示 223

9.1 多边形网格 224

9.1.1 多边形网格的表示 224

9.1.2 平面方程 226

9.2 三次参数曲线 227

9.2.1 基本特性 228

9.2.2 Hermite曲线 230

9.2.3 Bézier曲线 233

9.2.4 均匀非有理B样条曲线 238

9.2.5 非均匀非有理B样条曲线 241

9.2.6 非均匀有理三次多项式曲线段 242

9.2.7 用数字化点来拟合曲线 242

9.2.8 三次曲线的比较 243

9.3 双三次参数曲面 243

9.3.1 Hermite曲面 244

9.3.2 Bézier曲面 245

9.3.3 B样条曲面 246

9.3.4 曲面的法线 246

9.3.5 双三次曲面的显示 247

9.4 二次曲面 248

9.5 专用的造型技术 249

9.5.1 分形模型 249

9.5.2 基于文法的模型 252

小结 254

习题 254

第10章 实体造型 257

10.1 实体表示 257

10.2 正则布尔集合运算 258

10.3 基本实体举例法 260

10.4 扫掠表示法 261

10.5 边界表示法 262

10.5.1 多面体和欧拉公式 262

10.5.2 布尔集合运算 264

10.6 空间划分表示法 264

10.6.1 单元分解法 264

10.6.2 空间位置枚举法 265

10.6.3 八叉树表示法 265

10.6.4 二元空间划分树 268

10.7 构造实体几何 269

10.8 各种表示法的比较 270

10.9 实体造型的用户界面 271

小结 272

习题 272

第11章 消色差光与彩色光 273

11.1 消色差光 273

11.1.1 选择亮度值 273

11.1.2 半色调逼近 275

11.2 彩色 277

11.2.1 心理物理学 277

11.2.2 CIE色度图 279

11.3 用于光栅图形的颜色模型 281

11.3.1 RGB颜色模型 282

11.3.2 CMY颜色模型 282

11.3.3 YIQ颜色模型 283

11.3.4 HSV颜色模型 284

11.3.5 颜色的交互指定 286

11.3.6 在颜色空间中进行插值 287

11.4 在计算机图形学中应用颜色 288

小结 289

习题 290

第12章 可视图像真实感的探讨 291

12.1 为什么讨论真实感 291

12.2 基本的困难 292

12.3 线条图的绘制技术 293

12.3.1 多正交视图 293

12.3.2 透视投影 294

12.3.3 深度提示 294

12.3.4 深度裁剪 294

12.3.5 纹理 295

12.3.6 颜色 295

12.3.7 可见线的判定 295

12.4 明暗图像的绘制技术 295

12.4.1 可见面的判定 295

12.4.2 光照和明暗处理 295

12.4.3 插值明暗处理 296

12.4.4 材质属性 296

12.4.5 曲面造型 296

12.4.6 改进光照和明暗效果 296

12.4.7 纹理 296

12.4.8 阴影 296

12.4.9 透明性和反射 297

12.4.10 改进的相机模型 297

12.5 改进的物体模型 297

12.6 动力学与动画 297

12.6.1 运动的价值 297

12.6.2 动画 298

12.7 体视学 300

12.8 改进的显示技术 300

12.9 与其他感官的交互 300

小结 301

习题 301

第13章 可见面的判定 303

13.1 有效可见面判定算法的技术 304

13.1.1 相关性 304

13.1.2 透视变换 305

13.1.3 范围与包围体 306

13.1.4 背面消除 307

13.1.5 空间划分 308

13.1.6 层次结构 308

13.2 z缓存算法 309

13.3 扫描线算法 311

13.4 可见面光线跟踪 314

13.4.1 相交计算 315

13.4.2 可见面光线跟踪算法的效率 316

13.5 其他方法 317

13.5.1 列表优先级算法 317

13.5.2 区域细分算法 320

13.5.3 曲面算法 322

小结 322

习题 323

第14章 光照和明暗处理 325

14.1 光照模型 325

14.1.1 环境光 325

14.1.2 漫反射 326

14.1.3 大气衰减 329

14.1.4 镜面反射 329

14.1.5 点光源模型的改进 331

14.1.6 多光源 333

14.1.7 基于物理的光照模型 333

14.2 多边形的明暗处理模型 335

14.2.1 恒定明暗处理 335

14.2.2 插值明暗处理 335

14.2.3 多边形网格的明暗处理 335

14.2.4 Gouraud明暗处理技术 336

14.2.5 Phong明暗处理技术 337

14.2.6 插值明暗处理中的问题 338

14.3 曲面细节 339

14.3.1 曲面细节多边形 339

14.3.2 纹理映射 339

14.3.3 凹凸映射 340

14.3.4 其他方法 341

14.4 阴影 341

14.4.1 扫描线生成阴影算法 341

14.4.2 阴影体 342

14.5 透明性 343

14.5.1 无折射的透明性 343

14.5.2 折射透明性 345

14.6 全局光照算法 346

14.7 递归光线跟踪 347

14.8 辐射度方法 350

14.8.1 辐射度方程 350

14.8.2 计算形状因子 352

14.8.3 逐步求精算法 353

14.9 绘制流水线 354

14.9.1 局部光照绘制流水线 354

14.9.2 全局光照绘制流水线 355

14.9.3 逐步求精方法 356

小结 356

习题 357

参考文献 359

索引 377