计算机图形学基础PDF电子书下载

第1章 计算机图形学的发展及应用 1

1.1概述 1

1.2计算机图形学的发展 2

1.2.1计算机图形学的发展简史 2

1.2.2硬件设备的发展 4

1.3计算机图形学的应用 4

1.3.1图形用户界面 4

1.3.2计算机辅助设计与制造 5

1.3.3计算机动画 6

1.3.4科学计算可视化 6

1.3.5计算机艺术 8

1.3.6虚拟现实 9

1.3.7真实感图形绘制 10

1.4计算机图形学的研究热点 11

1.4.1真实感人脸建模研究 11

1.4.2基于图像的建模与绘制技术 12

1.4.3体绘制技术 13

习题1 13

第2章 图形设备 14

2.1图形输入设备 14

2.1.1常用的输入设备 14

2.1.2新型输入设备 16

2.2图形绘制设备 17

2.2.1绘图仪 17

2.2.2打印机 18

2.3图形显示系统 18

2.3.1 CRT显示器 18

2.3.2显示卡 24

2.3.3液晶显示器 25

2.4图形软件 26

2.4.1图形软件的类型与功能 26

2.4.2图形软件标准 26

2.4.3三维实时图形软件包 28

习题2 29

第3章 图形变换 30

3.1坐标系统 30

3.2几何变换 32

3.2.1平移变换 32

3.2.2缩放变换 33

3.2.3旋转变换 34

3.2.4错切变换 35

3.2.5反射变换 36

3.2.6齐次坐标表示 37

3.2.7变换矩阵表示 39

3.2.8复合变换 40

3.2.9相对于任意参考点的几何变换 41

3.3投影变换 45

3.3.1透视投影变换 46

3.3.2平行投影变换 48

3.4图形裁剪 50

3.4.1点的裁剪 51

3.4.2直线的裁剪 51

3.4.3多边形的裁剪 55

3.5窗口概念及窗口到视区的变换 59

3.5.1基本概念 59

3.5.2窗口到视区的变换 60

习题3 61

第4章 多边形的扫描转换与区域填充 62

4.1多边形的扫描转换 62

4.1.1多边形的扫描转换的定义 62

4.1.2逐点判断算法（x扫描线算法） 63

4.1.3扫描线算法 65

4.1.4边界标志算法 69

4.2区域填充技术 70

4.2.1区域的表示 71

4.2.2递归算法 72

4.2.3栈结构的种子填充算法 72

4.2.4扫描线填充算法 73

4.2.5区域填充图案 74

4.2.6多边形的扫描转换与区域填充方法比较 75

4.3反走样 76

4.3.1提高分辨率 76

4.3.2直线的区域采样 77

习题4 79

第5章 隐藏线与隐藏面的消除 80

5.1多面体的隐藏线消除 80

5.1.1减少直线求交 80

5.1.2凸多面体的隐藏线消除 82

5.1.3凹多面体的隐藏线消除 82

5.2曲面的隐藏线消除 83

5.3隐藏面的消除 85

5.3.1区域子分算法 85

5.3.2画家算法 86

5.3.3 Z缓存算法 88

5.3.4扫描线算法 90

5.3.5区间扫描线算法 91

习题5 92

第6章 曲线、曲面的表示 93

6.1基础知识 93

6.1.1显式、隐式和参数表示 93

6.1.2插值 95

6.1.3逼近 95

6.1.4曲线的连续性 96

6.1.5曲线拟合 96

6.1.6三次Hermite样条 97

6.2 Bezier曲线、曲面的表示 98

6.2.1 Bezier曲线的定义 99

6.2.2 Bezier曲线的性质 100

6.2.3 Bezier曲线的拼接 102

6.2.4 Bezier曲线的离散生成 103

6.2.5 Bezier曲面的定义 104

6.2.6 Bezier曲面的性质 106

6.2.7 Bezier曲面的拼接 106

6.3 B样条曲线、曲面的表示 107

6.3.1 B样条曲线的定义 107

6.3.2 B样条曲线的分类 108

6.3.3 B样条曲线的性质 112

6.3.4非均匀有理B样条曲线 113

6.3.5 B样条曲面的定义 115

6.3.6非均匀有理B样条曲面 115

习题6 116

第7章 几何造型技术 117

7.1线框模型 117

7.2表面模型 118

7.2.1三维物体的边界表示 118

7.2.2三维物体的扫描表示 121

7.3构造实体 123

7.3.1正则形体及正则运算 123

7.3.2构造实体的几何表示 124

7.3.3光线投射算法 125

7.4空间划分表示法 126

7.4.1空间位置枚举表示 126

7.4.2八叉树表示 127

7.4.3八叉树节点的编码方式 129

习题7 130

第8章 真实感图形学 131

8.1颜色模型 131

8.1.1 CIE色度图 131

8.1.2常用的颜色模型 132

8.2简单光照明模型 133

8.2.1 Lambert模型 133

8.2.2 Phong光照明模型 136

8.3增量式光照明模型 137

8.3.1双线性光强插值（Gouraud明暗处理） 138

8.3.2双线性法向插值（Phong明暗处理） 139

8.4阴影的产生 140

8.4.1阴影多边形算法 141

8.4.2阴影缓存器方法 142

8.5整体光照模型 142

8.5.1透明效果的简单模拟 142

8.5.2 Whitted光透射模型 143

8.5.3 Hall光透射模型 144

8.6光线跟踪算法 145

8.6.1算法原理 145

8.6.2光线与物体求交 147

8.6.3光线跟踪算法的加速 149

习题8 151

第9章 动画技术 152

9.1动画简介 152

9.1.1国外影视动画发展概况 152

9.1.2国内影视动画发展现状 153

9.2动画开发工具 153

9.2.1超强3D动画制作工具Avid Softimage XSI 153

9.2.2三维非线性动画创作系统Sumatra 154

9.2.3 Alias/Wavefront MAYA 155

9.2.4 3DS max 156

9.2.5 Lightwave 3D 157

9.3计算机动画技术 157

9.3.1关键帧动画技术 157

9.3.2基于物理的动画技术 159

9.3.3过程动画 161

9.3.4群体行为动画 164

9.3.5运动捕捉技术 165

9.4三维动画设计 168

9.4.1三维动画的制作过程 168

9.4.2动画实例 170

9.5视频动画的合成 187

9.5.1动画场景的空间表现 187

9.5.2素材的合成 188

9.5.3影片输出 188

习题9 188

第10章OpenGL程序设计基础 190

10.1 OpenGL概述 190

10.1.1 OpenGL编程的两个基本特点 190

10.1.2 OpenGL的主要功能 191

10.1.3 OpenGL绘图程序开发方法 192

10.2基于OpenGL的基本图形绘制 199

10.2.1点 200

10.2.2线 200

10.2.3多边形 204

10.3基于VC+＋的OpenGL坐标变换 205

10.3.1 OpenGL中三维物体的显示 205

10.3.2 OpenGL中的几种变换 207

10.4用OpenGL生成曲线和曲面 213

10.4.1样条曲线的绘制 213

10.4.2样条曲面的绘制 217

10.5 OpenGL的光照处理 220

10.5.1光源的定义 220

10.5.2材质的定义 222

10.5.3 OpenGL的光照实例 223

10.6 OpenGL对交互绘图的支持 224

10.6.1使用OpenGL的选择机制实现拾取功能 224

10.6.2使用OpenGL的反馈机制实现反馈功能 226

10.6.3使用OpenGL的双缓存机制实现橡皮筋功能 227

习题10 232

参考文献 233