新世纪高等学校计算机系列教材 现代计算机图形学PDF电子书下载

第1章 计算机图形学概述 1

1.1 计算机图形学概述 1

1.2 计算机图形学发展的历史回顾 2

1.3 现代计算机图形学技术的应用及前沿研究领域 4

1.3.1 计算机辅助设计与制造 4

1.3.2 可视化 4

1.3.3 真实感图形实时绘制与虚拟现实 6

1.3.4 计算机动画 7

1.3.5 用户接口 8

1.3.6 计算机辅助教学和远程教学 8

1.3.7 地形地貌图的绘制和显示 8

1.3.8 工业控制及交通管制 9

1.4 计算机图形学研究的主要内容 9

习题一 10

第2章 计算机图形系统 11

2.1 计算机图形系统的组成和功能 11

2.2 图形输入设备 12

2.2.1 鼠标 12

2.2.2 键盘 13

2.2.3 触摸屏 14

2.2.4 扫描仪 15

2.2.5 数字化仪 16

2.3 图形输出设备 16

2.3.1 显示器 16

2.3.2 打印机 18

2.4 图形处理设备 20

2.5 图形标准 20

2.5.1 图形核心系统（GKS） 21

2.5.2 计算机图形元文件（CGM） 23

2.5.3 计算机图形设备接口（CGI） 24

2.5.4 程序员层次交互式图形系统（PHIGS） 24

习题二 25

第3章 基本图形生成技术 26

3.1 直线段的扫描转换 26

3.1.1 数值微分法 26

3.1.2 中点画线法 28

3.1.3 Bresenham画线算法 30

3.2 圆弧的扫描转换 32

3.2.1 圆的特征 32

3.2.2 中点画圆法 33

3.2.3 Bresenham画圆法 35

3.3 椭圆的扫描转换 37

3.3.1 椭圆的特征 37

3.3.2 椭圆的生成算法 40

3.4 多边形的扫描转换与区域填充 42

3.4.1 相关概念 42

3.4.2 多边形的扫描转换 44

3.4.3 区域填充算法 49

3.4.4 区域填充图案 53

3.5 字符 54

3.5.1 点阵型字符的存储和显示 54

3.5.2 矢量型字符的存储和显示 55

3.5.3 字符属性 55

3.6 线宽和线型处理 56

3.6.1 直线线宽的处理 56

3.6.2 圆弧线宽的处理 58

3.6.3 线型的处理 58

3.7 反走样 59

3.7.1 提高显示器的分辨率 60

3.7.2 简单区域取样 60

3.7.3 加权区域取样 61

习题三 65

第4章 图形几何变换技术 68

4.1 几何变换的数学基础 68

4.1.1 矢量运算 68

4.1.2 矩阵运算 68

4.1.3 齐次坐标 70

4.2 二维图形几何变换 71

4.2.1 二维变换矩阵 71

4.2 二维基本几何变换 71

4.2.3 二维图形复合变换 76

4.3 三维几何变换 78

4.3.1 三维变换矩阵 78

4.3.2 三维基本几何变换 78

4.3.3 三维复合变换 83

习题四 86

第5章 图形观察技术 87

5.1 坐标系统及其变换 87

5.1.1 坐标系统 87

5.1.2 从规格化坐标到设备坐标的变换 89

5.2 窗口视图变换 90

5.2.1 窗口区和视图区 90

5.2.2 窗口区和视图区之间的坐标转换 90

5.3 投影变换 91

5.3.1 平行投影 92

5.3.2 透视投影 95

5.4 二维图形裁剪 96

5.4.1 图形裁剪的基本原则 96

5.4.2 直线段的裁剪 97

5.4.3 多边形的裁剪 100

5.4.4 字符的裁剪 102

5.5 三维图形裁剪 102

习题五 104

第6章 人机交互与图形用户界面技术 105

6.1 人机交互 105

6.1.1 人机交互的内容 105

6.1.2 人机交互的形式 105

6.1.3 用户接口的设计 107

6.1.4 用户接口的常用形式 108

6.2 交互方式 110

6.2.1 交互设备 110

6.2.2 交互任务及其技术 112

6.3 图形用户界面 119

6.3.1 图形用户界面的设计 119

6.3.2 图形用户界面的布置 120

习题六 121

第7章 曲线和曲面 122

7.1 曲线和曲面的表示与生成 122

7.1.1 曲线和曲面的表示 122

7.1.2 曲线和曲面的生成 123

7.1.3 曲线和曲面的连续性 123

7.2 自由曲线 124

7.2.1 Hermite曲线 124

7.2.2 Bezier曲线 126

7.2.3 B样条（Spline）曲线 132

7.3 自由曲面 135

7.3.1 曲面的表示 135

7.3.2 Bezier曲面 136

7.3.3 B样条曲面 138

7.3.4 常用双三次参数曲面的等价表示 139

习题七 140

第8章 图形数据表示和几何造型 141

8.1 图形数据表示 141

8.1.1 图段 142

8.1.2 结构 143

8.1.3 图段与结构的区别 146

8.2 几何造型 146

8.2.1 几何元素的定义 146

8.2.2 基于图法模型 148

8.2.3 布尔模型 149

8.2.4 构造实体几何法 149

8.2.5 边界表示法 151

8.3 常用的其他造型方法 151

8.3.1 特征造型法 151

8.3.2 分形造型法 154

8.3.3 体绘制技术 157

8.3.4 从二维图像信息构造三维形体技术 158

习题八 158

第9章 真实图形再现技术 159

9.1 消隐及其常用算法 159

9.1.1 Z缓冲区算法 160

9.1.2 画家算法 162

9.1.3 Warnock算法 163

9.1.4 扫描线Z缓冲区算法 164

9.1.5 小结 166

9.2 颜色模型 166

9.2.1 颜色的基本概念 166

9.2.2 CIE色度图 167

9.2.3 常用的颜色模型 169

9.3 纹理 171

9.3.1 纹理映射 172

9.3.2 扰动映射 173

9.4 光照模型 174

9.4.1 环境光 175

9.4.2 漫反射光 175

9.4.3 镜面反射光 176

9.4.4 光透射模型 178

9.4.5 整体光照模型 178

9.5 光线跟踪 179

9.5.1 光线跟踪的基本原理 179

9.5.2 光线与物体表面的求交 182

9.6 明暗效应 183

9.6.1 Gouraud明暗处理 184

9.6.2 Phong明暗处理 185

习题九 186

第10章 计算机动画简介 187

10.1 动画序列的设计 187

10.2 光栅动画 188

10.3 动画语言 188

10.4 关键帧系统 188

10.5 运动的描述 190

习题十 191

第11章 计算机可视化技术 192

11.1 科学计算可视化概述 192

11.1.1 科学计算可视化的含义 192

11.1.2 科学计算可视化的研究内容 192

11.1.3 科学计算可视化的意义 193

11.1.4 科学计算可视化的应用 194

11.2 数据场及其可视化表示 195

11.2.1 点数据场 195

11.2.2 标量场 196

11.2.3 矢量场 197

11.2.4 张量场 198

11.3 体绘制技术 198

11.3.1 体绘制技术的基本概念 198

11.3.2 体绘制方法 199

习题十一 201

参考文献 203