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第一章 绪论 1

1.1计算机图形学的研究内容 1

1.2计算机图形学的确立 1

1.3图形显示软件包及其标准化 2

1.4计算机辅助几何设计 3

1.5CAD/CAM/CAE软件 4

1.6协同设计 7

1.7计算机图形学的应用 8

第二章 图形算法基础 11

2.1画线算法 11

2.1.1DDA画线算法 11

2.1.2Bresenham画线算法 12

2.1.3中点画线法 14

2.2.1一般方法 15

2.2画圆弧算法 15

2.1.4并行画线算法 15

2.2.2中点画圆算法 16

2.2.3Bresenham生成圆弧算法 18

2.3区域填充算法 19

2.3.1区域填充的基本方法 19

2.3.2扫描线多边形填充算法 21

2.3.3边填充算法 27

2.4窗视变换 29

2.4.1坐标系 29

2.4.2窗口和视区 29

2.4.3窗视变换 30

2.5图形裁剪 31

2.5.1点的裁剪 31

2.5.2直线的裁剪 31

2.5.3多边形裁剪 37

2.5.4曲线和文字的裁剪 38

2.5.5三维裁剪 39

第三章 用VisualC++开发图形系统 41

3.1Windows程序运行机制 41

3.2坐标系统 42

3.3MFC的绘图类 42

3.3.1MFC的GDI 42

3.3.2MFC的CDC类 43

3.4用VisualC++编写应用程序的方法 44

3.4.1基于MFC编写应用程序 44

3.4.2动态绘制直线的实现 49

3.5对话框技术 59

3.5.1通过控件变量实现应用程序和对话框之间的交换数据 61

3.5.2直接读写控件的值 78

3.6菜单技术 83

3.5.3对话框技术小结 83

3.7工具栏技术 86

3.7.1定义资源 86

3.7.2加入新菜单命令 87

3.7.3修改程序 88

3.7.4编写对应工具条按钮的处理函数 89

3.8状态栏技术 91

第四章 图形变换 95

4.1二维图形几何变换 95

4.1.1二维几何变换的基本原理和解析表示 95

4.1.2齐次坐标与二维变换的矩阵表示 98

4.1.3复合变换 99

4.2三维图形几何变换 100

4.2.1齐次坐标 100

4.2.3局部比例变换 101

4.2.2平移变换 101

4.2.5错切变换 102

4.2.6旋转变换 102

4.2.4整体比例变换 102

4.3三维投影变换 104

4.3.1投影分类 104

4.3.2正投影 105

4.3.3透视投影变换 108

4.4三维观察变换 109

4.4.1三维观察坐标系 109

4.4.2观察体 110

4.4.3规范化观察体 111

4.4.4世界坐标系到观察坐标系的变换 111

4.5HUSTCAD几何变换程序 113

5.1.1圆锥的曲线 123

第五章 曲线与曲面 123

5.1平面规则曲线 123

5.1.2平摆线 125

5.2三次参数样条曲线 127

5.3Bezier曲线 130

5.3.1二次Bezier曲线 131

5.3.2三次Bezier曲线 132

5.3.3三次Bezier曲线与三次参数样条曲线之间的关系 135

5.4B样条曲线 135

5.4.1二次B样条曲线 136

5.4.2三次B样条曲线 139

5.4.3三次B样条曲线的反算 142

5.5.1双三次曲面代数形式 144

5.5.2双三次曲面的几何形式 144

5.5双三次曲面 144

5.6Bezier曲面 151

5.6.1Bezier曲面的数学表达式 151

5.6.2双二次Bezier曲面 152

5.6.3双三次Bezier曲面 152

5.6.4双三次Bezier曲面与双三次Coons曲面表达式之间的关系 159

5.7B样条曲面 160

5.7.1双二次B样条曲面 160

5.7.2双三次B样条曲面 161

5.8Bezier曲线和B样条曲线之间的转换 167

第六章 几何造型与HUSTCAD系统 169

6.1几何造型中物体的定义及性质 169

6.1.1物体的定义 169

6.1.2物体的边界及其拓扑关系 170

6.1.3正则物体的性质、欧拉公式及欧拉操作 172

6.2几何造型的理论基础 173

6.2.1线框模型 174

6.2.2曲面模型 175

6.2.3实体模型 175

6.2.4特征模型 176

6.2.5产品模型 176

6.3物体的常用表示方法 177

6.3.1八叉树表示法 178

6.3.2曲面离散化近似表示法 180

6.3.3构造的实体几何表示法（CSG树表示） 184

6.3.4边界表示法（B-rep） 185

6.3.5CSG与B-rep的混合表示 186

6.3.6特征表示 187

6.4实体表示的数据结构 188

6.4.1边界表示的翼边结构 188

6.4.2改进的翼边结构 189

6.4.3基于B-rep、CSG和FDT的混合表示模型 190

6.5几何求交中的主要算法 194

6.5.1点与各几何元素的位置关系和判断 194

6.5.2直线与各几何元素的位置判断法 197

6.5.3面与面的位置判断关系 198

6.6拼合运算 199

6.6.1拼合运算的描述 200

6.6.2法矢投影法 201

6.6.3多面体HUSTCAD系统的拼合运算实现 205

6.6.4HUSTCAD造型系统特点 211

6.7基于参数化设计的特征造型 211

6.7.1特征定义、分类 213

6.7.2基于特征的参数化产品实体模型 215

6.7.3特征生成 215

6.7.4变量命名机制 217

6.7.5约束关系求解 219

6.7.6特征编辑 219

6.7.7面向装配的特征编辑 225

第七章 图形消隐处理 228

7.1Roberts消隐方法 229

7.1.1后向面判别 229

7.1.2Roberts方法 230

7.1.3消隐算法的加速 231

7.2一般多面体的消隐处理 231

7.2.1一般多面体模型的数据结构 231

7.2.2一般平面立体的消隐过程 232

7.3深度缓存算法 234

7.4扫描线算法 235

7.4.1扫描线Z缓存算法 235

7.5列表优先算法 237

7.4.2扫描线间隔连贯性算法 237

7.6基于CSG+Brep模式的高效可靠隐藏线消除算法 239

7.6.1基于CSG+Brep模式的隐藏线消除算法 239

7.6.2子线段中点可见性判断 240

7.6.3隐藏线消除算法的时间复杂度 241

7.7HUSTCAD消隐程序 241

第八章 光照模型与真实感显示 252

8.1简单光反射模型 252

8.1.1基本光学原理 252

8.1.2漫反射 253

8.1.3光的镜面反射、Phong模型的导出与实现 254

8.2增量式光反射模型 255

8.2.1双线性光强插值法 256

8.2.2双线性法向插值法 257

8.2.3加速算法 258

8.3简单光透射模型 259

8.3.1透明效果的简单模拟 259

8.3.2Whitted光透射模型 260

8.3.3Hall光透射模型 261

8.4光线跟踪显示技术 262

8.4.1基本光线跟踪算法 263

8.4.2光线与物体求交 264

8.4.3光线跟踪中的简单阴影 268

8.5阴影生成技术 269

8.5.1阴影多边形算法 269

8.5.2阴影扫描线算法 270

8.5.3阴影深度缓存算法 270

8.6HUSTCAD系统中真实感图形绘制的研究与实现 271

8.6.1光照模型 271

8.6.2扫描线数据结构与算法 272

8.7HUSTCAD真实感显示程序 274

第九章 OpenGL图形编程基础 296

9.1OpenGL简介 296

9.1.1OpenGL的基本功能 296

9.1.2OpenGL相关的函数库 297

9.1.3OpenGL函数名的命名规律 297

9.2在Win32环境下编写OpenGL程序 298

9.2.1用C语言编写OpenGL程序 298

9.2.2用C++语言编写基于MFC的OpenGL程序 301

9.3基本的几何对象绘制 306

9.3.1绘图开始与结束命令 306

9.4.1视点变换 307

9.4坐标变换 307

9.3.4多边形（Polygon） 307

9.3.3线（Line） 307

9.3.2点（Point） 307

9.4.2模型变换 308

9.4.3投影变换 308

9.4.4视区变换 308

9.4.5通用矩阵操作命令 308

9.4.6三维图形显示流程 309

9.5颜色 310

9.5.1颜色生成原理 311

9.5.2RGBA模式（RGBAMode） 311

9.5.3索引模式（Color_IndexMode） 311

9.5.4两种模式应用场合 311

9.6OpenGL光照处理 311

9.7明暗处理 312

9.6.3启动光照 312

9.6.1OpenGL光组成 312

9.6.2创建光源（LightSource） 312

9.8材质 314

9.8.1材质颜色 314

9.8.2材质定义 314

9.8.3材质RGB值和光源RGB值的关系 317

9.8.4材质变化 317

9.9纹理映射 317

9.9.1基本步骤 317

9.9.2纹理定义 320

9.9.3纹理控制 320

9.9.4映射方式 321

9.9.5纹理坐标 321

9.10.2近视点与无穷远视点 322

9.10.3光源位置与衰减 322

9.10.1全局环境光 322

9.10光照处理 322

9.10.4光源位置与方向的控制 323

9.11OpenGL效果处理 324

9.11.1融合 325

9.11.2反走样 327

9.12雾 329

9.13用OpenGL生成字符 332

9.14颜色缓冲区 332

9.15深度缓冲区 333

9.16反变换 334

9.17用OpenGL生成NURBS曲线、曲面和裁减NURBS曲面 335

9.18OpenGL实现系列二次曲面 344

9.19OpenGL小动画 346

参考文献 353