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绪论 1

0.1 交互式计算机图形学研究内容 1

0.2 交互式计算机图形学的应用发展 2

0.2.1 虚拟制造 2

0.2.2 可视化 3

0.2.3 计算机辅助外科学 3

0.2.4 计算机美术 3

0.2.5 图像处理 4

0.2.6 其他应用 4

0.3 交互式计算机图形学的学习 5

第1章 交互式计算机图形系统 6

1.1 交互式计算机图形系统配置及其性能要求 6

1.2 计算机 6

1.3 输入设备 7

1.3.1 键盘 8

1.3.2 鼠标器 8

1.3.3 操纵杆和轨迹球 8

1.3.4 数据手套 8

1.3.5 数字化仪 8

1.3.6 声音输入 9

1.3.7 扫描仪和触摸屏 9

1.4 图形显示设备 9

1.4.1 显示技术 9

1.4.2 显示器 11

1.5 硬拷贝设备 14

1.5.1 绘图机 14

1.5.2 打印机 15

1.6 交互式计算机图形系统的软件平台 15

1.6.1 操作系统平台 15

1.6.2 数据库系统 16

1.6.3 图形软件 17

1.6.4 计算机图形标准 18

练习题 22

第2章 图形程序算法及图形原语 23

2.1 图形程序算法 23

2.1.1 几何元素及其方向性定义 23

2.1.2 几何交切计算常用数学方法 25

2.1.3 几何元素程序算法应用举例 25

2.2 Turbo C图形原语 30

2.2.1 图形系统管理函数 30

2.2.2 屏幕管理函数 32

2.2.3 图形属性函数 32

2.2.4 绘图函数 34

2.2.5 文本处理函数 34

2.2.6 位图处理函数 35

2.2.7 错误处理函数 35

2.3 OpenGL图形库函数 36

2.3.1 OpenGL程序的基本结构 36

2.3.2 OpenGL辅助库 37

2.3.3 OpenGL命令格式及状态机制 38

2.3.4 OpenGL图元绘制函数 40

2.3.5 OpenGL变换操作函数 42

2.3.6 OpenGL颜色设置函数 44

2.3.7 OpenGL光照模型函数 44

2.4 图形程序算法应用举例 49

练习题 50

第3章 光栅图形生成算法 51

3.1 直线生成算法 51

3.1.1 数值微分法 51

3.1.2 中点画线法 52

3.1.3 Bresenham画线算法 54

3.2 圆生成算法 56

3.2.1 中点画圆算法 56

3.2.2 Bresenham画圆算法 58

3.3 椭圆生成算法 59

3.4 区域填充 60

3.4.1 扫描线多边形填充算法 61

3.4.2 种子填充算法 64

3.4.3 区域填充属性 65

3.5 字符的生成 66

3.5.1 矢量字符 66

3.5.2 点阵字符 66

3.5.3 字符的显示 67

3.6 反走样技术 67

3.6.1 过取样法 67

3.6.2 区域取样法 68

练习题 69

第4章 2维几何变换及裁剪 70

4.1 2维基本几何变换 70

4.1.1 2维基本几何变换的一般表示 70

4.1.2 2维基本几何变换的齐次坐标表示 73

4.2 2维观察 76

4.2.1 坐标系 76

4.2.2 2维观察控制流程 77

4.2.3 世界坐标系（WC）到观察坐标系（VC）的变换 78

4.2.4 窗口视区变换 79

4.2.5 规范化坐标系到设备坐标系的变换 80

4.3 2维图形裁剪 81

4.3.1 点的裁剪 81

4.3.2 直线段裁剪 81

4.3.3 凹多边形窗口裁剪算法 86

4.3.4 多边形裁剪 90

4.3.5 字符裁剪 92

练习题 93

第5章 几何模型构造 95

5.1 几何模型元素 95

5.2 自由曲线的数学描述 98

5.2.1 三次样条曲线 98

5.2.2 Bezier（贝齐尔）曲线 104

5.2.3 B样条曲线 108

5.2.4 NURBS曲线 114

5.2.5 自由曲线数学描述的等价转换 116

5.3 自由曲面的数学描述 117

5.3.1 双三次Coons曲面 117

5.3.2 双三次Bezier曲面 119

5.3.3 双三次B样条曲面 121

5.3.4 NURBS曲面 122

5.4 基本体描述 123

5.4.1 多边形表面描述 123

5.4.2 布尔运算基础 123

5.4.3 半空间 124

5.4.4 扫描法 125

5.4.5 体素 125

5.5 几何模型的计算机内部表示 126

5.5.1 数据结构基本概念 126

5.5.2 几何模型数据结构 128

5.5.3 线框模型 131

5.5.4 面模型 131

5.5.5 实体模型 132

5.6 几何模型构造 137

5.6.1 几何算法 137

5.6.2 集合运算 138

5.6.3 欧拉操作 143

5.6.4 实体模型构造模块简介 144

5.7 分数维几何模型 145

5.8 小结 148

5.8.1 基于工程特征的模型 148

5.8.2 基于物理的模型 150

练习题 151

第6章 3维几何变换及观察控制 152

6.1 3维基本几何变换 152

6.2 模型变换和坐标系变换 157

6.2.1 连续旋转变换 157

6.2.2 坐标系变换 158

6.3 3维观察控制流程定义 158

6.4 观察坐标系及其变换 159

6.4.1 观察坐标系定义 159

6.4.2 WC到VC的变换 160

6.5 投影变换 162

6.5.1 投影分类 163

6.5.2 平行投影 163

6.5.3 透视投影 168

6.5.4 体视投影 171

6.6 观察体 173

6.6.1 观察空间与观察体 173

6.6.2 规范化观察体 174

6.6.3 观察体的规范化 175

6.7 3维裁剪 178

练习题 179

第7章 图形的真实感处理 181

7.1 消隐算法 181

7.1.1 消隐算法分类 181

7.1.2 消隐基本算法 182

7.1.3 消隐线算法 188

7.1.4 消隐面算法 200

7.2 局部光照模型 203

7.2.1 光亮度计算 204

7.2.2 Phone光照模型 205

7.2.3 多边形的明暗处理 208

7.3 整体光照模型 210

7.3.1 光线跟踪算法 210

7.3.2 Whitted模型 212

7.4 纹理模型 212

7.4.1 颜色纹理模型 213

7.4.2 几何纹理模型 214

7.4.3 过程纹理模型 215

7.5 阴影效应 216

练习题 216

第8章 交互式用户界面 218

8.1 图形用户界面 219

8.1.1 X-Window 220

8.1.2 Motif 221

8.1.3 用户界面设计 222

8.2 用户窗口 224

8.2.1 菜单 224

8.2.2 对话框 228

8.3 交互任务及信息反馈 229

8.4 交互技术 231

8.4.1 交互设备 231

8.4.2 实时输入处理 231

8.4.3 图形交互处理 234

8.5 网络用户界面 235

8.5.1 多媒体 237

8.5.2 Web浏览器 238

8.6 虚拟现实环境 239

8.7 结束语 240

练习题 240

参考文献 241