计算机图形学：原理、方法与应用

第1章绪论

1.1计算机图形学的研究内容

1.1.1图形与图像

1.1.2研究内容

1.1.3相关学科

1.2计算机图形学的发展

1.2.1图形硬设备的发展

1.2.2图形软件及图形软件标准的发展

1.2.3图形专用算法的发展

1.3计算机图形学的应用

1.3.1计算机辅助设计及计算机辅助制造

1.3.2科学计算可视化

1.3.3地图制图学及地理信息系统

1.3.4计算机动画

1.3.5人机交互界面

1.3.6计算机艺术

习题一

第2章图形系统的组成

2.1显示设备

2.1.1刷新式阴极射线管

2.1.2彩色阴极射线管

2.1.3随机扫描显示器

2.1.4光栅扫描显示器

2.1.5液晶显示器

2.1.6等离子显示器

2.2光栅扫描显示系统

2.2.1光栅扫描显示系统的基本工作原理

2.2.2光栅扫描显示系统的组成

2.3硬拷贝设备

2.3.1打印机

2.3.2绘图仪

2.4图形软件及图形软件标准

2.4.1图形软件的层次结构及功能

2.4.2图形软件标准

习题二

第3章OpenGL编程基础

3.1概述

3.2OpenGL工作结构

3.3OpenGL的功能

3.4OpenGL工作流程

3.5OpenGL图形操作步骤

3.6OpenGL的组成

3.7OpenGL数据类型

3.8OpenGL函数命名约定

3.9OpenGL程序

3.9.1头文件

3.9.2主体

3.9.3OpenGL图形调用

习题三

第4章二维线画图元及属性

4.1直线的扫描转换及算法

4.1.1数值微分法

4.1.2Bresenham画线算法

4.1.3双步画线算法

4.2圆和椭圆的扫描转换算法

4.2.1圆的八点对称

4.2.2Bresenham画圆算法

4.2.3中点画圆算法

4.2.4正负法画圆

4.2.5椭圆的扫描转换

4.3其他输出图元的生成

4.4输出图元的属性

4.4.1线宽控制

4.4.2线型控制

4.5字符的生成

4.5.1字符形状表示

4.5.2字符属性

习题四

第5章多边形的扫描转换及区域填充

5.1矩形填充

5.2多边形扫描转换

5.2.1逐点判断算法

5.2.2扫描线填充算法

5.2.3边缘填充算法

5.3区域填充

5.3.1区域的表示

5.3.2递归填充算法

5.3.3扫描线区域填充算法

5.4多边形扫描转换与区域填充的区别

5.5光栅图形的反走样

5.5.1二维光栅图形的走样现象

5.5.2反走样方法

习题五

第6章OpenGL基本图元的绘制

6.1概述

6.2点

6.2.1点的绘制

6.2.2点的大小

6.3线

6.3.1直线的绘制

6.3.2折线和封闭折线的绘制

6.3.3线型

6.3.4线宽

6.4多边形

6.4.1多边形的绘制

6.4.2图案填充

6.5字符

习题六

第7章几何变换

7.1二维基本变换

7.1.1平移变换

7.1.2比例变换

7.1.3旋转变换

7.2二维几何变换的齐次坐标表示

7.2.1齐次坐标技术

7.2.2几何变换的齐次坐标表示

7.2.3其他变换

7.2.4维几何变换的一般形式

7.3组合变换

7.3.1单个基本变换的组合变换

7.3.2多个基本变换的组合变换

7.3.3变换矩阵的级联特性

7.4三维几何变换

7.4.1三维坐标系的建立

7.4.2三维图形几何变换

7.4.3三维坐标系变换

7.5OpenGL几何变换命令及应用

7.5.1矩阵操作函数

7.5.2几何变换

7.5.3OpenGL图形变换实例

习题七

第8章开窗口及二维裁剪

8.1开窗口及裁剪的基本概念

8.1.1坐标系

8.1.2窗口与视区

8.1.3窗口在图形显示中的应用

8.1.4裁剪

8.2窗口到视区的变换

8.3直线裁剪算法

8.3.1直线裁剪的基本原理

8.3.2Cohen-Sutherland直线裁剪算法

8.3.3中点分割算法

8.3.4Liang-Barsky算法

8.4多边形裁剪

8.4.1Sutherland-Hodgman算法

8.4.2Weiler-Atherton算法

8.5文本裁剪

8.5.1以串为单位的裁剪

8.5.2以字符为单位的裁剪

8.5.3矢量裁剪

8.6二维图形显示流程

8.7OpenGL视区变换

习题八

第9章图形用户接口与交互技术

9.1交互输入的硬件设备

9.1.1键盘

9.1.2光笔

9.1.3图形板

9.1.4控制棒及跟踪球

9.1.5鼠标

9.1.6数据手套

9.2交互设备的逻辑功能

9.2.1定位

9.2.2笔划

9.2.3字符串

9.2.4赋值

9.2.5选择

9.2.6检图

9.3基本交互技术

9.3.1基本定位方法

9.3.2方向约束及网格约束定位方法

9.3.3引力场定位方法

9.3.4橡皮带方法

9.3.5草图勾勒法

9.3.6图形拖移法

9.3.7交互式绘图中的反馈技术

9.4交互输入的基本方式

9.4.1交互输入方式及其定义

9.4.2请求方式

9.4.3采样方式

9.4.4事件方式

9.5设计人机交互及用户界面的一般原则

9.5.1用户界面的一般风格

9.5.2设计用户界面的一般原则

9.6OpenGL中的交互操作

9.6.1物体的选择

9.6.2反馈

习题九

第10章三维观察与裁剪

10.1平面几何投影

10.1.1投影与投影变换

10.1.2平面几何投影的分类

10.1.3透视投影

10.1.4平行投影变换

10.2三维观察空间

10.2.1观察坐标系

10.2.2观察空间与视见体

10.2.3规范视见体

10.3三维裁剪

10.4三维图形显示流程

10.4.1建模变换

10.4.2观察变换

10.4.3裁剪空间到规格化裁剪空间的变换

10.4.4规格化图像空间

10.4.5三维图形输出流水线

10.5OpenGL观察流程和函数

10.5.1常用的变换函数

10.5.2模视变换

10.5.3投影变换

10.5.4视区变换

10.5.5附加裁剪面

10.5.6OpenGL三维观察程序

习题十

第11章三维形体的表示

11.1概述

11.2形体的表示

11.2.1线框模型

11.2.2表面模型

11.2.3实体模型

11.3物体的CSG树表示

11.4边界表示法

11.4.1物体的边界表示

11.4.2边界表示的数据结构

11.4.3欧拉操作

11.5扫描表示

11.5.1平移Sweep

11.5.2旋转Sweep

11.5.3广义Sweep

11.6八叉树法

11.7分型几何方法——自然景物的模拟

11.7.1分形几何

11.7.2分形造型对模型的基本要求

11.7.3分形造型的常用模型

习题十一

第12章曲线曲面造型

12.1曲线表示的基本知识

12.1.1位置矢量

12.1.2切矢量

12.1.3曲率

12.1.4法矢量

12.1.5挠率

12.1.6型值点和控制点

12.1.7连续性

12.1.8插值.逼近.光顺和拟合

12.2Bezier曲线

12.2.1Bezier曲线的定义

12.2.2Bezier曲线的性质

12.2.3三次Bezier曲线的矩阵表示

12.2.4Bezier曲线的拼接

12.3B样条曲线

12.3.1B样条的定义

12.3.2B样条曲线的性质

12.3.3B样条曲线分类

12.4非均匀有理B样条曲线

12.4.1NURBS曲线的定义

12.4.2NURBS的齐次坐标表示

12.4.3NURBS的优缺点

12.5Bezier曲面

12.5.1定义

12.5.2Bezier曲面片的拼接

12.6B样条曲面

12.6.1B样条曲面的数学表示

12.6.2B样条曲面片的优点

12.7非均匀有理B样条曲面

12.8OpenGL中自由曲线和曲面的绘制

12.8.1Bezier曲线的绘制

12.8.2Bezier曲面的绘制

12.8.3NURBS曲线的绘制

12.8.4NURBS曲面的绘制

习题十二

第13章隐藏面的消除

13.1消隐算法及其分类

13.2画家算法

13.3深度缓冲算法

13.4扫描线算法

13.5BSP树算法

13.5.1构造BSP树

13.5.2BSP树遍历

13.6区域子分算法

13.7光线投射算法

13.8OpenGL中的多边形的消除与消隐

习题十三

第14章真实感图形绘制

14.1颜色

14.1.1颜色的概念及描述

14.1.2三色学说

14.1.3CIE色度图

14.1.4常见颜色模型

14.1.5OpenGL颜色

14.2简单光照模型

14.2.1环境光

14.2.2漫反射和Lambert模型

14.2.3镜面反射和Phong模型

14.2.4OpenGL光照

14.3明暗效应

14.3.1恒定亮度法

14.3.2Gouraud明暗算法

14.3.3Phong明暗算法

14.3.4OpenGL明暗处理

14.4阴影的生成

14.4.1影域多边形方法

14.4.2曲面细节多边形方法

14.5透明

14.5.1非折射透明

14.5.2考虑折射的透明

14.6纹理映射

14.6.1颜色纹理

14.6.2几何纹理

14.6.3OpenGL纹理映射

习题十四

附录ATurboC图形函数

A.1图形模式的初始化

A.2独立图形运行程序的建立

A.3屏幕颜色的设置和清屏函数

A.4基本图形函数

A.4.1画点

A.4.2画线

A.5封闭图形的填充

A.5.1先画轮廓再填充

A.5.2设定填充方式

A.5.3任意封闭图形的填充

A.6有关图形窗口和图形屏幕操作函数

A.6.1图形窗口操作

A.6.2屏幕操作

A.7图形模式下的文本输出

A.7.1文本输出函数

A.7.2有关文本字体.字型和输出方式的设置

A.7.3用户对文本字符大小的设置

附录BOpenGL核心库函数

B.1颜色

B.2绘制几何图原及物体

B.3坐标变换

B.4堆栈操作

B.5显示列表

B.6使用光照和材质

B.7像素操作

B.8纹理映射

B.9特殊效果操作

B.10帧缓存操作

B.11绘制曲线和曲面

B.12查询函数

附录CGLU库函数

C.1绘制NURBS曲线和曲面

C.2绘制二次几何物体

C.3网格化

C.4坐标变换

C.5多重映射

C.6查询函数

附录DGLUT库函数

D.1初始化和启动事件处理

D.2窗口管理

D.3重叠层管理

D.4菜单管理

D.5注册回调函数

D.6颜色索引映射表管理

D.7状态检索

D.8字体绘制

D.9几何图形绘制

参考文献