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内容简介

本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。全书共10章，第1章简要介绍计算机图形学的基本概念、应用和发展动态。第2～5章由“外”到“内”介绍计算机图形处理系统的硬件设备、人机交互处理技术、图形对象在计算机内的表示以及基本图形的生成算法等。第6章主要介绍二维变换和二维观察的概念。第7章介绍三维变换及三维观察的基本内容，包括几何变换和投影变换等。第8章介绍曲线和曲面的生成。第9章简要介绍常用的消隐算法。第10章对真实感图形绘制的基本思想做了简单描述。本书内容全面翔实，概念简明清晰，实例丰富实用。配套教学资源，包含教学大纲、电子课件和相关教学编程实例等，可免费下载。本书可作为高等学校计算机等相关专业本科生教材和科技人员参考书。

作者简介

陆枫，女，博士，华中科技大学计算机科学与技术学院计算所副教授，主要从事移动互联网体系结构、移动视频云服务、社会网络等方向的研究。

图书目录

目录 第1章绪论1 1．1计算机图形学及其相关概念1 1．2计算机图形学的发展2 1．2．1计算机图形学学科的发展2 1．2．2图形硬件设备的发展3 1．2．3图形软件的发展4 1．3计算机图形学的应用4 1．3．1计算机辅助设计与制造4 1．3．2计算机辅助绘图5 1．3．3计算机辅助教学5 1．3．4办公自动化和电子出版技术5 1．3．5计算机艺术6 1．3．6在工业控制及交通方面的应用6 1．3．7在医疗卫生方面的应用6 1．3．8图形用户界面6 1．4计算机图形学研究动态7 1．4．1计算机动画7 1．4．2地理信息系统8 1．4．3人机交互9 1．4．4真实感图形显示10 1．4．5虚拟现实10 1．4．6科学计算可视化12 1．4．7并行图形处理13 习题113 第2章计算机图形系统及图形硬件15 2．1计算机图形系统概述15 2．1．1计算机图形系统的功能15 2．1．2计算机图形系统的结构16 2．2图形输入设备18 2．2．1键盘18 2．2．2鼠标器19 2．2．3光笔19 2．2．4触摸屏20 2．2．5操纵杆20 2．2．6跟踪球和空间球20 2．2．7数据手套21 2．2．8数字化仪21 2．2．9图像扫描仪22 2．2．10声频输入系统22 2．2．11视频输入系统23 2．3图形显示设备23 2．3．1阴极射线管23 2．3．2CRT图形显示器27 2．3．3平板显示器30 2．3．4三维观察设备33 2．4图形显示子系统34 2．4．1光栅扫描图形显示子系统的结构34 2．4．2绘制流水线36 2．4．3相关概念37 2．5图形硬拷贝设备40 2．5．1打印机40 2．5．2绘图仪41 2．6OpenGL图形软件包41 2．6．1OpenGL的主要功能42 2．6．2OpenGL的绘制流程42 2．6．3OpenGL的基本语法43 2．6．4一个完整的OpenGL程序44 习题247 第3章用户接口与交互式技术48 3．1用户接口设计48 3．1．1用户模型48 3．1．2显示屏幕的有效利用48 3．1．3反馈49 3．1．4一致性原则50 3．1．5减少记忆量50 3．1．6回退和出错处理51 3．1．7联机帮助51 3．1．8视觉效果设计51 3．1．9适应不同的用户52 3．2逻辑输入设备与输入处理52 3．2．1逻辑输入设备52 3．2．2输入模式55 3．3交互式绘图技术56 3．3．1基本交互式绘图技术56 3．3．2三维交互技术58 3．4OpenGL中橡皮筋技术的实现59 3．4．1基于鼠标的实现60 3．4．2基于键盘的实现62 3．5OpenGL中拾取操作的实现63 3．6OpenGL的菜单功能67 习题368 第4章图形的表示与数据结构69 4．1基本概念69 4．1．1基本图形元素69 4．1．2几何信息与拓扑信息70 4．1．3坐标系71 4．1．4实体的定义73 4．1．5正则集合运算74 4．1．6平面多面体与欧拉公式76 4．2三维形体的表示77 4．2．1多边形表面模型78 4．2．2扫描表示81 4．2．3构造实体几何法81 4．2．4空间位置枚举表示83 4．2．5八叉树84 4．2．6BSP树85 4．2．7OpenGL中的实体模型函数85 4．3非规则对象的表示90 4．3．1分形几何90 4．3．2形状语法92 4．3．3粒子系统93 4．3．4基于物理的建模93 4．3．5数据场的可视化93 4．4层次建模94 4．4．1段与层次建模94 4．4．2层次模型的实现95 4．4．3OpenGL中层次模型的实现96 习题498 第5章基本图形生成算法99 5．1直线的扫描转换99 5．1．1数值微分法99 5．1．2中点Bresenham算法101 5．1．3Bresenham算法103 5．2圆的扫描转换105 5．2．1八分法画圆105 5．2．2中点Bresenham画圆算法106 5．3椭圆的扫描转换107 5．3．1椭圆的特征108 5．3．2椭圆的中点Bresenham算法109 5．4多边形的扫描转换与区域填充112 5．4．1多边形的扫描转换112 5．4．2边缘填充算法116 5．4．3区域填充118 5．4．4其他相关概念122 5．5字符处理123 5．5．1点阵字符123 5．5．2矢量字符124 5．6属性处理124 5．6．1线型和线宽124 5．6．2字符的属性127 5．6．3区域填充的属性127 5．7反走样128 5．7．1过取样129 5．7．2简单的区域取样130 5．7．3加权区域取样131 5．8在OpenGL中绘制图形132 5．8．1点的绘制132 5．8．2直线的绘制133 5．8．3多边形面的绘制134 5．8．4OpenGL中的字符函数138 5．8．5OpenGL中的反走样139 习题5141 第6章二维变换及二维观察143 6．1基本概念143 6．2基本几何变换144 6．2．1平移变换144 6．2．2比例变换145 6．2．3旋转变换146 6．2．4对称变换146 6．2．5错切变换148 6．2．6二维图形几何变换的计算149 6．3复合变换150 6．3．1二维复合平移变换和比例变换150 6．3．2二维复合旋转变换150 6．3．4其他二维复合变换151 6．3．5相对任一参考点的二维几何变换151 6．3．6相对于任意方向的二维几何变换152 6．3．7坐标系之间的变换153 6．3．8光栅变换154 6．3．9变换的性质155 6．4二维观察156 6．4．1基本概念156 6．4．2　用户坐标系到观察坐标系的变换158 6．4．3　窗口到视区的变换158 6．5　裁剪159 6．5．1　点的裁剪160 6．5．2直线段的裁剪160 6．5．3多边形的裁剪166 6．5．4其他裁剪169 6．6OpenGL中的二维观察变换170 习题6172 第7章三维变换及三维观察173 7．1三维变换的基本概念173 7．1．1几何变换173 7．1．2三维齐次坐标变换矩阵173 7．1．3平面几何投影174 7．2三维几何变换175 7．2．1三维基本几何变换175 7．2．2三维复合变换180 7．3三维投影变换183 7．3．1正投影183 7．3．2斜投影189 7．4透视投影190 7．4．1一点透视192 7．4．2二点透视193 7．4．3三点透视194 7．5观察坐标系及观察空间195 7．5．1观察坐标系195 7．5．2观察空间196 7．6三维观察流程199 7．6．1用户坐标系到观察坐标系的变换200 7．6．2平行投影的规范化投影变换200 7．6．3透视投影的规范化投影变换202 7．7三维裁剪205 7．7．1关于规范化观察空间的裁剪205 7．7．2齐次坐标空间的裁剪206 7．8OpenGL中的变换207 7．8．1矩阵堆栈207 7．8．2模型视图变换208 7．8．3投影变换209 7．8．4实例211 习题7213 第8章曲线与曲面215 8．1基本概念215 8．1．1曲线/曲面数学描述的发展215 8．1．2曲线/曲面的表示要求216 8．1．3曲线/曲面的表示217 8．1．4插值与逼近218 8．1．5连续性条件218 8．1．6样条描述219 8．2三次样条220 8．2．1自然三次样条220 8．2．2Hermite插值样条221 8．3Bezier曲线/曲面222 8．3．1Bezier曲线的定义223 8．3．2Bezier曲线的性质224 8．3．3Bezier曲线的生成226 8．3．4Bezier曲面229 8．4B样条曲线/曲面230 8．4．1B样条曲线230 8．4．2B样条曲线的性质235 8．4．3B样条曲面237 8．5有理样条曲线/曲面237 8．5．1NURBS曲线/曲面的定义238 8．5．2有理基函数的性质239 8．5．3NURBS曲线/曲面的特点240 8．6曲线/曲面的转换和计算241 8．6．1样条曲线/曲面的转换241 8．6．2样条曲线/曲面的离散生成242 8．7OpenGL生成曲线/曲面244 8．7．1Bezier曲线/曲面函数244 8．7．2GLU中的B样条曲线/曲面函数247 习题8252 第9章消隐253 9．1深度缓存器算法253 9．2区间扫描线算法255 9．3深度排序算法257 9．4区域细分算法258 9．5光线投射算法260 9．6BSP树260 9．7多边形区域排序算法261 9．8OpenGL中的消隐处理262 习题9267 第10章真实感图形绘制268 10．1简单光照模型268 10．1．1环境光268 10．1．2漫反射光269 10．1．3镜面反射光270 10．1．4光强衰减271 10．1．5颜色272 10．2基于简单光照模型的多边形绘制273 10．2．1恒定光强的多边形绘制274 10．2．2Gouraud明暗处理274 10．2．3Phong明暗处理276 10．3透明处理277 10．4产生阴影278 10．5模拟景物表面细节278 10．5．1用多边形模拟表面细节279 10．5．2纹理的定义和映射279 10．5．3凹凸映射280 10．6整体光照模型与光线追踪281 10．6．1整体光照模型281 10．6．2Whitted光照模型281 10．6．3光线跟踪算法282 10．6．4光线跟踪反走样284 10．7OpenGL中的光照与表面绘制函数285 10．7．1OpenGL点光源285 10．7．2OpenGL全局光照286 10．7．3OpenGL表面材质287 10．7．4OpenGL透明处理288 10．7．5OpenGL表面绘制289 10．7．6实例289 10．8OpenGL中的纹理映射291 习题10293 参考文献295