计算机图形学实用教程

第1章绪论1

1.1计算机图形学的研究内容及与相关学科的关系1

1.1.1什么是计算机图形学1

1.1.2计算机图形学的研究内容2

1.1.3计算机图形学与其他相关学科的关系2

1.2计算机图形学的发展与应用3

1.2.1计算机图形学的发展简史3

1.2.2计算机图形学的发展方向4

1.2.3计算机图形学的应用领域5

1.3本章小结8

习题8

第2章图形输入输出设备9

2.1交互式计算机图形系统的组成9

2.1.1个人计算机图形系统9

2.1.2工作站图形系统10

*2.2图形输入设备12

2.2.1一般应用图形输入设备12

2.2.2特殊应用图形输入设备16

2.3视频显示设备与显示系统17

2.3.1阴极射线管及其分类18

.2.3.2光栅扫描显示系统与随机扫描显示系统22

2.3.3图形显示卡28

2.3.4平板显示器32

*2.4图形绘制设备34

2.4.1绘图仪34

2.4.2打印机35

*2.5图形软件标准36

2.5.1图形软件标准制定的目标37

2.5.2gks标准37

2.5.3iges标准42

2.5.4phigs标准45

2.5.5opengl46

2.6本章小结46

习题47

第3章基本图形生成算法49

3.1直线生成算法49

3.1.1光栅图形中点的表示49

3.1.2绘制直线的要求49

3.1.3数值微分画线算法50

3.1.4中点画线算法51

3.1.5bresenham画线算法53

3.1.6几种算法的比较54

3.2圆和圆弧的生成算法55

3.2.1圆的数值微分生成算法55

3.2.2中点画圆法56

3.2.3bresenham画圆算法58

3.2.4多边形逼近画圆法60

3.2.5几种算法的比较61

*3.3一般曲线生成算法61

3.3.1正负法61

3.3.2t瞡算法64

*3.4线宽与线型的处理66

3.4.1线宽的处理66

3.4.2线型的处理68

3.5实区域填充算法68

3.5.1一般扫描线填充算法及其存在的问题68

3.5.2有序边表算法70

3.5.3边填充算法74

3.5.4简单种子填充算法75

3.5.5扫描线种子填充算法76

3.6图形反走样技术76

3.6.1光栅图形的走样现象及其原因76

3.6.2常用反走样技术77

3.6.3bresenham区域反走样算法78

3.7本章小结79

习题79

第4章自由曲线和曲面80

4.1计算机辅助几何设计概述80

4.1.1cagd的研究内容80

4.1.2对形状数学描述的要求81

4.1.3曲线曲面的表示形式82

4.1.4自由曲线曲面的发展过程83

4.2曲线插值方法84

4.2.1插值、逼近和拟合84

4.2.2样条与样条插值86

4.3bézier曲线和曲面91

4.3.1bézier曲线的数学表达式92

4.3.2bézier曲线的性质93

4.3.3bézier曲线的设计技巧94

4.3.4常用的bézier曲线95

4.3.5de casteljau递推算法97

4.3.6反求bézier曲线控制点的方法98

*4.3.7bézier曲面98

4.4b样条曲线和曲面100

4.4.1问题的提出100

4.4.2b样条曲线的数学表达式101

4.4.3b样条曲线的性质101

4.4.4均匀b样条曲线102

4.4.5一种新的反求b样条曲线控制点的方法108

*4.4.6b样条曲面110

*4.4.7非均匀b样条曲线110

*4.4.8非均匀有理b样条(nurbs)曲线110

4.5本章小结111

习题112

第5章图形变换与裁剪114

5.1窗口视图变换114

5.2二维图形几何变换115

5.2.1二维图形几何变换原理115

5.2.2齐次坐标技术117

5.2.3二维组合变换117

5.3三维图形几何变换122

5.3.1三维空间坐标系122

5.3.2三维图形几何变换122

5.3.3三维图形的组合变换128

5.4投影变换129

5.4.1投影变换的分类129

5.4.2平行投影131

5.4.3透视投影136

5.5二维线段裁剪140

5.5.1矩形窗口裁剪算法140

*5.5.2多边形窗口裁剪算法145

5.6多边形的裁剪148

5.6.1sutherland瞙odgman算法149

5.6.2weiler瞐therton算法151

*5.7三维线段裁剪153

5.7.1平行投影中的三维裁剪154

5.7.2透视投影中的三维裁剪154

5.8本章小结156

习题156

第6章几何造型基础157

6.1多面体模型和曲面模型157

6.1.1多面体模型157

6.1.2曲面模型159

6.2线框模型、表面模型和实体模型161

6.3实体几何造型162

6.3.1实体造型系统的发展162

6.3.2实体的定义163

6.3.3欧拉公式与欧拉运算166

6.3.4实体的正则集合运算168

6.3.5实体的边界表示170

6.3.6实体的分解表示172

6.3.7实体的构造表示174

*6.4特征造型177

6.5分形几何造型179

6.5.1分形的概念179

6.5.2分形维数与分形几何181

6.5.3随机插值模型182

6.5.4迭代函数系统183

6.5.5l系统186

6.5.6粒子系统189

*6.6分形艺术190

6.6.1julia集与mandelbrot集190

6.6.2广义julia集与mandelbrot集195

6.6.3复平面域的newton瞨aphson方法195

6.6.4基于改进的newton瞨aphson方法生成分形艺术图形196

6.7本章小结199

习题199

第7章真实感图形显示200

7.1三维图形显示的基本流程200

7.2取景变换201

7.3隐藏面的消除204

7.3.1背面剔除算法205

7.3.2roberts算法205

7.3.3画家算法209

7.3.4weiler瞐therton算法211

7.3.5bsp树算法212

7.3.6深度缓冲器算法213

7.3.7扫描线z缓冲器算法215

7.3.8区间扫描线算法217

7.3.9warnock算法218

7.3.10光线投射算法220

*7.4阴影生成221

7.5基本光照模型222

7.5.1环境光模型224

7.5.2lambert漫反射模型224

7.5.3镜面反射和phong模型225

7.5.4简单的透明模型228

*7.6整体光照模型229

7.7多边形表示的明暗处理230

7.7.1gouraud明暗处理230

7.7.2phong明暗处理232

*7.8半色调明暗处理技术233

7.8.1模式单元法233

7.8.2抖动技术234

7.9光线跟踪技术237

7.9.1光线跟踪的基本原理237

7.9.2光线跟踪的求交计算239

7.10纹理细节模拟239

7.10.1纹理分类239

7.10.2颜色纹理240

7.10.3几何纹理241

7.10.4过程纹理243

7.11本章小结243

习题244

第8章颜色科学基础及其应用245

8.1颜色的基本知识245

8.1.1颜色的基本概念245

8.1.2视觉现象247

8.1.3颜色视觉的机理248

8.2常用的颜色空间250

8.2.1与图形处理相关的颜色空间250

8.2.2与设备无关的颜色空间254

8.2.3电视系统颜色空间259

8.3色彩设计261

8.3.1色彩的情感261

8.3.2面向色彩设计的hsv颜色模型262

8.3.3hsv与rgb颜色空间的相互转换及其应用263

8.3.4数字图像颜色类型267

8.4颜色再现与色彩管理268

8.4.1颜色再现的目标268

8.4.2颜色再现的科学性与艺术性269

8.4.3颜色再现质量的评价269

8.4.4为什么要进行色彩管理270

8.4.5基于icc标准的色彩管理271

8.4.6色彩管理系统分类274

*8.5基于icc profile的色彩管理275

8.5.1icc profile的类型及文件结构275

8.5.2基于icc profile的颜色空间变换280

8.5.3icc profile的局限性283

*8.6基于科学发现的色彩匹配283

8.6.1彩色喷墨打印机工作原理283

8.6.2影响色彩匹配质量的因素分析284

8.6.3色彩匹配的难点285

8.6.4常用的色彩匹配方法286

8.6.5基于科学发现的色彩匹配288

*8.7黑色生成与灰度平衡290

8.8本章小结292

习题292

第9章计算机动画294

9.1动画技术的起源、发展与应用294

9.1.1动画技术的起源与发展294

9.1.2计算机动画的应用295

9.1.3计算机动画的未来296

9.2传统动画296

9.2.1什么是动画296

9.2.2传统动画片的制作过程297

9.2.3动作特效与画面切换方式298

9.3计算机动画299

9.3.1计算机在动画中所起的作用299

9.3.2计算机动画系统的分类299

9.3.3计算机辅助二维动画300

9.3.4计算机辅助三维动画300

9.3.5实时动画和逐帧动画301

9.4计算机动画中的常用技术302

9.4.1关键帧技术302

9.4.2样条驱动技术304

9.4.3morphing和ffd变形技术304

9.4.4运动捕获技术305

9.4.5其他动画技术305

*9.5动画文件格式306

9.5.1gif格式306

9.5.2fli/flc格式306

9.5.3swf格式306

9.5.4avi格式307

9.5.5mov格式307

*9.6微机上的二维动画软件简介307

*9.7常用的三维动画软件简介308

9.7.13d studio与3ds max308

9.7.2softimage 3d308

9.7.3maya 3d309

9.7.4lightwave 3d310

9.8本章小结310

习题311

参考文献312