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目录1

第1章　计算机图形学介绍1

1.1　计算机图形学的发展1

1.2　计算机图形学的应用2

1 2.1　计算机辅助设计与制造2

1 2.2　科学计算可视化3

1 2.3　真实感图形绘制3

1 2.4　计算机动画3

1.2.5　计算机辅助教学4

1 2.6　计算机艺术4

1.2.7　办公自动化和电子出版技术5

1.2.8　医疗诊断5

1.2.9　人机接口5

1.2.10　虚拟现实6

2.1.2　像素点的形状7

2.1.1　点阵图形的大小7

第2章　计算机图形的构成及其表示7

2.1　点阵图形及其表示7

2.1.3　像素点的颜色表示8

2.1.4　像素点的位置9

2.2　点阵图形及相应文件的构成9

2.2.1　点阵图形的坐标系统10

2.2.2　点阵图形的精度及相关问题11

2.2.3　BMP图形文件的结构11

2.3.2　向量图形的颜色17

2.3　向量图形及其表示17

2.3.1　向量图形的表示17

2.3.3　向量图形DXF格式文件的构成18

2.4　点阵图形和向量图形的特点19

2.4.1　图形的整体放大19

2.4.2　图形的缩小20

2.4.3　图形的局部放大21

2.4.4　点阵图形与向量图形及其相互间的转换22

习题24

3.1　基本图形的点阵转换25

第3章　点阵图形的基本算法25

3.2　直线点阵转换算法26

3.2.1　描绘线条图形的要求26

3.2.2　增量DDA算法28

3.2.3　Bresenham直线算法30

3.3　圆的点阵图形扫描转换算法33

3.3.1　一般方法33

3.3.2　Bresenham圆弧算法35

3.4　椭圆点阵图形扫描转换算法38

3.4.1　椭圆弧正负算法38

3.4.2　椭圆弧中点算法39

3.5　多项式曲线的算法42

3.5.1　多项式函数的计算法42

3.5.2　三次多项式函数的差分计算法42

习题44

4.1　区域的连通方式和分类46

4.1.1　区域的连通方式46

第4章　区域填充46

4.1.2　区域的分类47

4.2　区域逐点递归填充算法47

4 2 1　注入填充区域算法47

4.2.2　边界填充算法48

4.3　区域扫描线递归填充算法49

4.3.1　种子点扫描线填充算法49

4.3.2　压入区段端点的扫描线填充算法50

4.4.1　扫描线上像素点的连贯性52

4.4　多边形区域填充算法52

4.4.2　不同扫描线与边的交点在边上的连贯性54

4.4.3　扫描线算法的处理步骤56

4.5　图案填充56

4.5.1　像素图案填充57

4.5.2　位图图案填充58

4.5.3　扫描转换后填充图案59

4.6　有宽度和线型的线条59

4.6.1　线条的宽度处理59

4.6.2　线型的处理方法63

习题64

5.1　二维图形的基本变换66

5.1.1　平移变换66

第5章　图形变换66

5.1.2　比例变换68

5.1.3　旋转变换69

5.2 齐次坐标与基本变换的矩阵表示70

5.2.1　齐次坐标的概念70

5.2.2　基本变换通过齐次坐标的矩阵表示71

5.3.1　对称变换73

5.3　其它常用的基本变换及其矩阵表示73

5.3.2　错切变换75

5.3.3　复合变换76

5.3.4　基本变换的一些性质78

5.3.5　坐标系变换78

5.4　窗口间的视见变换81

5.4.1 图形表示中的坐标系81

5.4.2　视见变换及其表示83

5.5.1　三维图形的基本变换84

5.5　三维图形的变换84

5.5.2　三维复合变换87

5.5.3　坐标系变换90

5.6　三维投影变换94

5.6.1　三维投影变换的概念94

5.6.2　平行投影95

5.6.3　透视投影100

5.6.4　观察坐标系与观察变换103

5.7.2　三维基本变换的一些性质105

5.7.1　三维变换矩阵的参数含义105

5.7　三维变换矩阵性质105

5.8　三维观察窗口及可视变换106

5.8.1　三维观察空间概念106

5.8.2　规范化的观察体及其坐标系107

5.8.3　观察体的规范化变换108

5.8.4　三维观察流程110

习题111

6.1 1　点的裁剪113

第6章　图形裁剪113

6.1　二维裁剪概念113

6.1.2　直线段的裁剪114

6.2　直线段的裁剪算法115

6.2.1　Cohen-Sutherland115

6.2.2　中点分割算法117

6.2.3　梁友栋-Barsky算法118

6.2.4　Nicholl-Lee-Nicholl算法120

6.3　凸多边形内直线段的裁剪算法122

6.3.1　Cyrus-Beck算法思路123

6.3.2　Cyrus-Beck算法的交点求解123

6.4　多边形逐边裁剪法125

6.5　多边形窗口的双边裁剪法128

6 6　文本裁剪130

6.6.1　文本的字符串裁剪法131

6.6.2　文本的字符裁剪法131

6.7　三维裁剪132

6.7.1 平行投影三维线段的编码裁剪132

6.6.3　文本的笔划裁剪法132

6.7.2 透视投影三维线段的编码裁剪133

习题134

第7章　图形交互技术和用户界面设计136

7.1　逻辑输入设备136

7.1.1　定位设备137

7.1.2　笔划设备137

7.1.5　选择设备138

7.1.4　定值设备138

7.1.3　字符串设备138

7.1.6　拾取设备139

7.2　逻辑设备输入模式139

7.2.1　请求模式139

7.2.2　取样模式140

7.2.3　事件模式140

7.2.4　各种模式的并行使用及初始化141

7.3　交互式图形设计方法141

7.3.1　基本图形拾取方法141

7.3.2　基本的定位、取值方法144

7.3.3　选择任务技术147

7.3.4　交互式构图技术150

7.4　交互设计技术图形用户界面152

7.4.1　交互式图形用户界面的设计方法153

7.4.2　交互式图形用户界面的整体构成156

习题157

8.1　与曲线、曲面有关的基本概念158

8.1.1 曲线、曲面的表示方法158

第8章　计算机图形中曲线的设计理论158

8.1.2　插值与逼近161

8.1.3 曲线、曲面描述方法的发展162

8.2　折线段曲线163

8.3　参数三次曲线165

8.3.1　参数三次曲线的表示165

8.3.2　参数三次曲线的其它表示形式167

8.3.3　参数三次曲线参数值域的变换169

8.3.4　二阶连续的参数三次样条插值曲线169

8.4.1　参数三次曲线的几何形状173

8.4　参数曲线的几何性质173

8.4.2　参数连续性与几何连续性174

8.5　Bezier曲线176

8.5.1 Bezier曲线的de Casteljau定义176

8.5.2　Bezier曲线的性质178

8.5.3　三次Bézier曲线181

8.6　B-样条曲线184

8.6.1　B-样条曲线的定义184

8.6.2 B-样条曲线的性质187

8.6.3　常用的B-样条曲线的类型190

8.6.4　均匀B-样条曲线192

8.6.5　三次均匀B-样条曲线193

8.6.6　准均匀B-样条曲线195

8.6.7　一般的B-样条曲线197

8.6.8　插值三次B-样条曲线198

8.7　非均匀有理B-样条曲线200

8.7.1　非均匀有理B-样条曲线201

8.7.3　二次有理Bezier曲线与二次曲线202

8.7.2　有理Bézier曲线202

8.7.4　整圆及椭圆的NURBS表示203

习题205

第9章　计算机图形中曲面的设计理论207

9.1　插值边界线的孔斯曲面207

9.1.1　双线性孔斯曲面207

9.1.2　双三次孔斯曲面209

9.2　双线性与双三次参数曲面214

9.2.1 双线性参数曲面定义及其表示214

9.2.2　双三次参数曲面定义及其表示214

9.2.3　双三次参数曲面的其它形式216

9.2.4　常用曲面的参数形式218

9.3 Bezier曲面221

9.3.1 Bezier曲面片的定义221

9.3.2　Bezier曲面片的性质222

9.3.3　双三次Bezier曲面222

9.4.1　B-样条曲面片的定义223

9.4　B-样条曲面223

9.4.2　双三次均匀B-样条曲面片公式224

9.4.3　B-样条曲面片的优点225

9.5　非均匀有理B-样条曲面225

9.5.1　NURBS曲面的定义225

9.5.2　NURBS曲面表示的旋转面227

9.6　三角域上的Bezier曲面228

9.6.1 三角域内的重心坐标228

9.6.2　三角域上的Beinstein函数230

9.6.3　三角域上的Bézier曲面231

9.6.4　三角域上的Bézier曲面的方向导向量232

9.6.5　三角域上的Bézier曲面的性质233

习题235

第10章　计算机图形学的几何造型技术237

10.1　三维欧氏几何实体造型方法237

10.1.1　基本三维欧氏几何实体描述237

10.1.2 由三维欧氏几何实体表示的数据结构238

10.1.3　三维欧氏几何实体的体表示法239

10.1.4　三维欧氏几何实体的面表示法241

10.1.5 三维欧氏几何实体的线表示法243

10.1.6　三维欧氏几何实体的点表示法245

10.2　分形几何方法246

10.2.1　分形生成过程及其特点247

10.2.2　离散及随机分形图的生成249

10.2.3　复数变换函数生成的Mandbrot集和Julia集分形图250

10.2.4　分形图形方法的应用251

习题255

11.1　单个凸多面体的消隐256

第11章　计算机图形中的消隐处理256

11.2　凹多面体的消隐258

11.3　线框算法260

11.4　曲面的消隐262

11.4.1 函数曲面的消隐方法262

11.4.2　参数曲面的消隐方法264

11 5　z缓冲器算法265

11 6　画家算法266

11 7　区域细分算法268

习题271

第12章　计算机图形中真实感图形设计272

12.1 光与颜色的基本知识272

12.1.1　光的明亮程度273

12.1.2　光的颜色及三基色模型273

12.1.3　常见的其它颜色模型276

12.2　光的传播规律280

12.2.1　光的来源280

12.2.2　光传播的计算模型282

12.2.3　各类光传播的计算283

12.3　一个简单的光照模型285

12.4　明暗处理286

12.4.1　Gouraud的光强度插值法287

12.4.2　Phong的法向插值法288

12.5　光线追踪法289

12.5.1　整体光照模型289

12.5.2　光线追踪算法原理290

12.5.3　提高光线追踪算法的效率291

12.5.4　光线跟踪的反走样292

12.6　阴影处理294

12.7　纹理映射295

12.7.1　图案型纹理映射296

12 7.2　凹凸不平型纹理映射297

习题298

第13章　计算机图形动画设计299

13.1　动画原理及制作技术299

13.1.1　动画原理299

13.1.2　动画的制作300

13.2　计算机动画技术及应用302

13.2.1　计算机动画的概念302

13.2.2　计算机动画技术的分类303

13.2.3　人工动画与计算机动画的比较304

13.3　计算机动画的实现方式304

13.3.1　帧动画304

13.3.3　实时动画305

13.3.2　位图传输动画305

13.3.4　三种实现方式的比较306

13.4　画面的动态设计与生成307

13.4.1　运动路径控制法307

13.4.2　关节动画法308

13.4.3　变形动画法309

13.4.4　物体物理机制动画法310

13.5　提高动画质量的几种常用方法310

13.5.1　图形点阵的逻辑运算310

13.5.4　减少图形闪烁311

13.5.2　减少生成图形的计算量311

13.5.3　图形页面操作311

13.6　计算机辅助卡通动画片的制作312

13.6.1　画面输入312

13.6.2　动画质量的快速检查313

13.6.3　生产管理313

13.6.4　中间画面的生成313

习题314

参考文献316