“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材 计算机图形学 理论、工具与应用PDF电子书下载

第0章 计算机图形学导论 1

0.1 计算机图形学的系统理论 2

0.2 计算机图形学研发的多种开发工具 8

0.3 计算机图形学的应用 10

0.4 计算机图形学学科当前的研究热点与发展方向 12

0.5 计算机图形学学习的参考资料 16

本章小结：建设成熟的课程教学内容是搞好课程教学工作的前提 16

习题0 19

上篇 二维图形学基础 22

第1章 线段图形的描述与生成 22

1.1 直线的描述与生成 22

1.1.1 直线的简单微分算法 22

1.1.2 直线的整数算法 24

1.2 圆与椭圆的描述与生成 26

1.2.1 圆的角度微分法 26

1.2.2 椭圆的角度微分法 28

1.3 自由曲线的描述与生成 29

1.3.1 三次样条曲线 29

1.3.2 三次参数样条曲线 34

1.3.3 贝齐埃曲线 36

1.3.4 B样条曲线 40

1.3.4.1 均匀B样条曲线 41

1.3.4.2 准均匀B样条曲线 43

1.3.4.3 非均匀有理B样条曲线 45

1.4 矢量字符的描述与生成 47

本章小结：直线与曲线的描述、建模与生成 49

习题1 50

第2章 实面积图形的描述与生成 52

2.1 多边形的描述与填充 52

2.1.1 多边形的定义与性质 52

2.1.2 多边形的填充原理 53

2.1.3 多边形的YX填充算法 54

2.1.4 多边形的Y-X填充算法 54

2.1.5 多边形的优先级填充算法 58

2.2 直线的反走样显示处理技术 60

2.2.1 反走样直线的面积采样生成算法 61

2.2.2 反走样直线的加权面积采样生成算法 62

本章小结：多边形的描述、建模、生成与直线的反走样显示技术 63

习题2 64

第3章 图形的基本运算 65

3.1 图形的几何变换 65

3.1.1 几何变换常用的齐次坐标变换矩阵 66

3.1.2 二维图形的连续几何变换 67

3.2 图形的布尔运算 71

3.2.1 正则集合运算公式 71

3.2.2 A，B多边形之间的相互关系，对生成新多边形的影响 73

本章小结：图形建模方法的提升 74

习题3 74

第4章 图形的观察运算 76

4.1 图形的开窗显示 76

4.1.1 图形学中常用的坐标系 76

4.1.2 窗口、视区及图形的窗视坐标变换 78

4.2 图形的裁剪 80

4.2.1 点与字符的裁剪 81

4.2.2 直线的裁剪 81

4.2.3 曲线的裁剪 83

4.2.4 实面积多边形的裁剪 83

本章小结：图形数据输出显示的完整处理过程 86

习题4 87

第5章 图形数据与命令的输入 88

5.1 图形数据输入常用的编程处理方法 89

5.1.1 利用高级图形专用语言编程输入图形数据 89

5.1.2 利用图形输入设备交互输入图形数据 91

5.1.3 图形标准为图形数据输入提供的交互处理方法 92

5.2 光栅扫描图形显示器常用的交互输入处理技术 93

5.2.1 光栅扫描图形显示器的工作原理与软件功能 94

5.2.2 图形的定位、拾取、命令选择等交互输入处理技术 98

5.3 图形系统交互设计的基本方法 101

5.3.1 图形系统交互设计的重要性与发展 101

5.3.2 图形系统交互设计的基本方法 102

本章小结：提高向计算机输入数据的效率，是人们编程追求的目标之一 105

习题5 106

第6章 图形的数据结构 108

6.1 复合图形元素 109

6.1.1 图形组 110

6.1.2 重复图 112

6.2 图形的基本编辑功能 113

6.3 图形系统的数据结构与数据处理流程 116

本章小结：图形软件系统的构建原理 123

习题6 124

下篇 三维图形学基础 126

第7章 照相机模型的建立与三维几何图形的显示 126

7.1 三维图形几何模型的几何变换 126

7.2 三维图形几何模型的投影（用矩阵方式描述光线的传播过程） 133

7.2.1 三维图形几何模型常用的坐标系 133

7.2.2 平行投影的基本原理与描述方法 134

7.2.3 正透视投影的基本原理与描述方法 136

7.3 照相机模型功能的描述方法 141

7.3.1 照相机模型的两种观察空间与描述方法 142

7.3.2 三维直线的平行投影显示在照相机模型中的实现方法 145

7.3.3 三维直线的透视投影显示在照相机模型中的实现方法 150

本章小结：照相机模型显示三维图形的原理 154

习题7 155

第8章 平面物体几何模型的构建与图形显示 157

8.1 平面物体的描述与数据结构 157

8.1.1 平面物体的几何信息与拓扑信息 157

8.1.2 平面物体几何模型常用的表示方法 158

8.1.3 平面物体几何模型常用的数据结构 160

8.2 平面物体的全剖切运算 163

8.2.1 全剖面的定义与平面物体的顶点分类 163

8.2.2 被剖物体有效剖面的形成 163

8.2.3 被剖平面物体截面的形成 166

8.2.4 形成新的剖面体 167

8.3 平面物体的布尔运算算 168

8.3.1 求交运算 168

8.3.2 分类运算 170

8.3.3 合并运算 171

8.4 平面物体线框模型的真实感图形显示——隐藏线的消除 173

8.5 平面物体表面模型的真实感图形显示——隐藏面的消除 177

8.5.1 Z缓冲器算法 177

8.5.2 扫描线深度缓存算法 178

8.5.3 区间扫描线算法 180

8.5.4 Warnock算法 181

8.5.5 多边形的BSP算法 182

8.5.6 A缓冲器算法 184

本章小结：平面物体几何建模与图形显示方法的成熟 188

习题8 189

第9章 曲面物体几何模型的构建基础与线框模型图形显示 191

9.1 三维物体几何模型常用的描述方法 191

9.1.1 八叉树表示法 191

9.1.2 扫描表示法 192

9.1.3 边界表示法 193

9.1.4 元球表示法 197

9.1.5 蒙皮表示法 198

9.1.6 物体几何模型表示方法的选择 199

9.2 曲面物体的几何造型 199

9.2.1 常用曲面的数学描述函数 200

9.2.1.1 孔斯（Coons）曲面 200

9.2.1.2 贝齐埃曲面 201

9.2.1.3 B样条曲面 203

9.2.2 几何造型中的相交计算问题 204

9.2.2.1 二维贝齐埃曲线之间的相交计算 205

9.2.2.2 常用二次曲面之间的相交计算 207

9.2.3 用旋转曲面以及贝齐埃曲线、曲面构建茶壶的几何模型 208

9.3 曲面物体线框模型的图形显示 210

9.3.1 曲面物体轮廓线的定义与图形显示 210

9.3.2 用等值线方法显示曲面物体的几何形状 212

本章小结：曲面物体几何模型的构建与图形显示，任重而道远 213

习题9 214

第10章 灯光模型的建立与光照物体的图形显示 215

10.1 光源物理模型 215

10.1.1 光源与光线几何模型 215

10.1.2 颜色 216

10.1.3 颜色模型 221

10.2 物体的照明模型 223

10.2.1 物体的简单光照模型 223

10.2.2 透明体的透明模型 226

10.3 曲面物体表面模型的真实感图形显示 228

10.3.1 曲面物体、透明物体表面的着色处理 228

10.3.2 物体表面的纹理显示（逐点仿真光线照射物体表面产生的反光显示效果） 231

10.3.2.1 光滑纹理的图形显示 231

10.3.2.2 凸凹纹理的图形显示 236

10.3.3 物体的阴影显示 237

10.3.3.1 阴影的Z缓冲器算法 238

10.3.3.2 阴影的阴影体算法（影域多边形算法） 239

10.4 高度真实感图形的显示技术 242

10.4.1 整体光照模型与光线跟踪算法 242

10.4.1.1 Whitted整体光照模型 243

10.4.1.2 光线跟踪算法原理（仿真光线传播生成三维图形） 244

10.4.1.3 光线跟踪算法中需要的各种计算 246

10.4.1.4 光线跟踪算法的进展介绍 251

10.4.2 辐射度算法（仿真漫射光传播确定物体表面的色彩与亮度） 252

10.4.2.1 理想漫射环境中的辐射度方程 252

10.4.2.2 形状因子的计算公式与性质 253

10.4.2.3 用半立方体方法累计计算形状因子 254

10.4.2.4 用辐射度方法绘图时应注意的几个问题 256

本章小结：用仿真光线传播的方法生成像照片一样的三维真实感图形 258

习题10 260

第11章 OpenGL图形标准与应用 262

11.1 OpenGL的基本功能与工作原理 262

11.2 Windows中OpenGL编程的环境设置与语法约定 264

11.3 OpenGL中读写一个像素点的实现方法 265

11.4 OpenGL用几何与材质参数、灯光与照相机参数描述并显示光照物体图形 268

11.5 OpenGL的堆栈与图形的几何变换 271

11.6 OpenGL的纹理与物体表面光滑纹理的图形显示 273

11.7 OpenGL的交互输入与拾取 276

本章小结：调用图形标准轻松实现三维图形的实时显示 279

本教材界定重要专业术语索引 281

参考文献 284