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第1章 绪论 1

1.1 计算机图形学简史 1

1.2 计算机图形学的概念 3

1.3 计算机图形学的研究内容 5

1.4 计算机图形学的应用领域 6

1.5 小结 7

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第2章 计算机图形学的构成要素与图形流水线 9

2.1 建模 9

2.2 变换与投影 11

2.3 绘制 12

2.4 显示 12

2.5 图形流水线 13

2.6 数字图像的表示 15

2.7 小结 16

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第3章 三维景物建模 18

3.1 边界表示 18

3.1.1 多边形表示 18

3.1.2 翼边数据结构 19

3.2 构造实体几何表示 20

3.2.1 图元 20

3.2.2 集合运算 20

3.3 体素表示 22

3.4 八叉树表示 22

3.5 元球表示 23

3.6 扫掠表示 24

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第4章 曲线和曲面的表示 25

4.1 曲线与曲面的参数表示 25

4.2 曲线生成 27

4.2.1 曲线段的一般形式 27

4.2.2 Bézier曲线生成 27

4.2.3 B样条曲线生成 29

4.2.4 非均匀有理B样条曲线生成 30

4.3 曲面生成 31

4.3.1 曲面片的一般形式 31

4.3.2 Bézier曲面生成 31

4.3.3 B样条曲面生成 33

4.3.4 非均匀有理B样条曲面生成 33

4.3.5 特殊曲面生成 34

4.4 曲线、曲面的拼接与细分 34

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第5章 图形变换 38

5.1 几何变换的分类 38

5.2 二维图形几何变换 39

5.2.1 基本变换 39

5.2.2 变换矩阵 42

5.2.3 复合变换 43

5.3 三维坐标系 43

5.4 三维图形几何变换 44

5.4.1 平移 45

5.4.2 旋转 45

5.4.3 缩放 52

5.4.4 切变 53

5.5 参数图形的几何变换 53

5.6 关于坐标变换的说明 54

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第6章 观察与投影 56

6.1 图形学坐标系统 56

6.2 规格化变换与设备坐标变换 60

6.2.1 规格化变换 60

6.2.2 窗口操作 61

6.3 投影 62

6.3.1 投影的基本概念 62

6.3.2 平行投影 63

6.3.3 透视投影 65

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第7章 光栅算法 69

7.1 光栅化 69

7.2 直线的生成算法 69

7.2.1 直线的DDA生成算法 70

7.2.2 直线的Bresenham生成算法 71

7.3 圆的生成算法 74

7.3.1 直接算法 74

7.3.2 圆的Bresenham生成算法 75

7.4 区域填色算法 77

7.4.1 扫描线填色算法 78

7.4.2 种子填色算法 81

7.5 图形裁剪 82

7.5.1 直线的裁剪 83

7.5.2 多边形的裁剪 84

7.5.3 其他图形的裁剪 85

7.5.4 三维裁剪 85

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第8章 可见性计算 88

8.1 背向面剔除 89

8.2 深度缓存算法 90

8.3 扫描线深度缓存算法 91

8.4 二叉空间剖分算法 92

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第9章 计算机真实感图形绘制技术Ⅰ——表面明暗处理 98

9.1 光源特性和景物表面光学特性 98

9.2 简单光照原理与模型 100

9.3 明暗的平滑处理 104

9.4 阴影生成 107

9.4.1 阴影的基本概念 107

9.4.2 阴影生成算法 109

9.5 全局光照原理与模型 110

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第10章 计算机真实感图形绘制技术Ⅱ——光线追踪与光子映射 115

10.1 光线追踪的基本原理与性质 115

10.2 光线与景物的求交问题 118

10.3 光线追踪方法中的场景树结构 121

10.4 光子映射 123

10.4.1 光子映射的概念 124

10.4.2 光子映射方法的原理 124

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第11章 计算机真实感图形绘制技术Ⅲ——辐射度方法 128

11.1 辐射度方程 128

11.2 形状因子 130

11.3 半立方体算法 131

11.4 辐射度方程求解技术 132

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第12章 计算机真实感图形绘制技术Ⅳ——纹理映射 137

12.1 二维纹理映射 138

12.1.1 表面图案映射 139

12.1.2 Catmull纹理映射方法 139

12.1.3 两步纹理映射技术 140

12.1.4 环境映射技术 142

12.1.5 反走样与纹理映射 145

12.2 二维几何纹理映射 147

12.3 透明与不透明 149

12.4 多重纹理与像素着色 150

12.5 纹理映射中的透视问题 151

12.6 三维纹理映射 151

12.7 过程纹理映射 152

12.7.1 木材纹理函数 153

12.7.2 三维噪声函数 154

12.8 小结 156

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第13章 关于颜色的讨论 158

13.1 颜色的基本概念 158

13.2 CIE色度图 159

13.3 几种常用的颜色模型 161

本章推荐阅读 163

第14章 图形标准与图形API 164

14.1 图形标准 165

14.2 OpenGL 165

14.3 Direct3D 168

14.4 Java 3D 170

本章推荐阅读 173

第15章 图形硬件——GPU 174

15.1 图形硬件的演进 174

15.2 GPU的工作原理与特点 177

15.3 着色语言与GPU编程 180

15.4 小结与展望 184

本章推荐阅读 185

第16章 自然景物模拟 186

16.1 分形图形 187

16.2 L系统 188

16.3 粒子系统 193

本章推荐阅读 196

第17章 计算机动画原理 197

17.1 动画原理及制作流程 197

17.1.1 动画原理 197

17.1.2 动画制作流程 198

17.2 计算机动画的应用 198

17.3 计算机动画的主要技术 200

17.3.1 关键帧动画技术 201

17.3.2 Morphing和空间变形动画技术 203

17.3.3 运动捕捉技术 208

17.3.4 关节链动画和人体动画技术 209

17.3.5 其他动画技术 211

本章推荐阅读 214

第18章 高级论题 215

18.1 细节层次技术 215

18.1.1 LOD模型及其生成算法 216

18.1.2 LOD模型的切换策略 218

18.1.3 LOD模型选取的度量技术 221

18.2 基于图像的绘制技术 223

18.2.1 绘制技术谱系 223

18.2.2 几种基于图像的绘制技术的实现方法 223

18.3 体绘制与可视化 226

18.4 基于点的建模与绘制 229

18.4.1 点绘制技术原理 230

18.4.2 两种基本的点绘制技术 231

18.4.3 多边形面片、三角面片和点表示的比较 236

18.4.4 基于点的绘制技术小结 238

本章推荐阅读 238

附录A 一个简单的C/OpenGL/Cg程序示例 239

附录B 推荐阅读的部分书目、文献题录以及会议、期刊、网址等 243

附录C 进一步学习计算机图形学 260

参考文献 264

索引 271