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第1章 绪论1

1．1计算机图形学研究领域1

1．1．1图形概念1

1．1．2计算机图形学研究内容4

1．1．3计算机图形学与相关学科的关系5

1．2计算机图形学应用领域6

1．2．1计算机辅助设计与制造（CAD／CAM）6

1．2．2计算机仿真和模拟7

1．2．3娱乐动画8

1．2．4地理信息系统9

1．3计算机图形学的发展11

1．3．1计算机图形学的诞生（1950～1960）11

1．3．2线框图形学（1960～1970）11

1．3．3光栅图形学（1970～1980）11

1．3．4真实感图形学（1980～1990）12

1．3．5实时图形学（1990～至今）12

1．4习题13

第2章 图形系统14

2．1图形系统概述14

2．1．1图形系统组成结构14

2．1．2图形系统分类19

2．2图形硬件显示原理20

2．2．1图形显示设备及工作原理20

2．2．2图形显示方式25

2．2．3光栅扫描图形显示系统27

2．3图形系统的体系结构29

2．3．1概述29

2．3．2应用程序阶段30

2．3．3几何处理阶段30

2．3．4光栅阶段31

2．4图形支撑软件32

2．4．1 OpenGL32

2．4．2 DirectX33

2．4．3 Java2D和3D34

2．5习题34

第3章 基本图形光栅化35

3．1直线光栅化35

3．1．1 DDA画线算法36

3．1．2中点画线算法37

3．1．3 Bresenham画线算法38

3．2圆的光栅化41

3．2．1圆的八对称性41

3．2．2中点画圆算法41

3．2．3 Bresenham画圆算法42

3．3区域填充44

3．3．1多边形填充算法44

3．3．2边填充算法49

3．3．3种子填充算法50

3．4字符表示53

3．4．1点阵字符53

3．4．2矢量字符54

3．5反走样55

3．5．1光栅图形走样55

3．5．2常用反走样技术56

3．6习题57

第4章 实体造型与曲线曲面58

4．1三维实体表示基础58

4．1．1基本几何元素58

4．1．2几何信息与拓扑信息59

4．1．3实体定义59

4．2三维实体表示方法60

4．2．1边界表示60

4．2．2扫描表示62

4．2．3构造实体几何表示63

4．2．4空间细分表示64

4．3三次参数曲线66

4．3．1基本知识66

4．3．2 Hermite曲线67

4．3．3 Bezier曲线72

4．3．4 B样条曲线77

4．4双三次参数曲面84

4．4．1 Coons曲面84

4．4．2 Bezier曲面86

4．4．3 B样条曲面87

4．4．4双三次参数曲面片的绘制89

4．5习题89

第5章 图形变换与观察91

5．1二维几何变换91

5．1．1基本几何变换91

5．1．2齐次坐标94

5．1．3变换矩阵功能分区95

5．1．4复合变换96

5．2三维几何变换97

5．2．1基本几何变换98

5．2．2复合变换100

5．3投影变换102

5．3．1基本概念102

5．3．2平行投影103

5．3．3透视投影106

5．4三维观察流程108

5．4．1坐标系统109

5．4．2建模变换110

5．4．3观察变换110

5．4．4投影变换110

5．4．5窗口—视区变换110

5．5裁剪112

5．5．1点的裁剪112

5．5．2直线裁剪113

5．5．3多边形裁剪118

5．5．4其他裁剪122

5．6 OpenGL中的图形变换124

5．6．1视点变换与模型变换124

5．6．2投影变换与视口变换125

5．7习题127

第6章 交互技术128

6．1基本交互技术128

6．1．1定位128

6．1．2选择128

6．1．3数值输入和文字输入131

6．2高级交互技术131

6．2．1分组与图层131

6．2．2几何约束132

6．2．3拖动、旋转、缩放与形变132

6．2．4橡皮筋132

6．2．5双缓存133

6．2．6全图的漫游、缩放133

6．2．7三维交互134

6．3习题134

第7章 消隐135

7．1概述135

7．1．1消隐的定义135

7．1．2消隐算法的分类136

7．1．3消隐的基本原则138

7．2多面体的消隐算法139

7．2．1凸多面体消隐139

7．2．2任意多面体的消隐141

7．3深度缓冲器算法144

7．3．1算法基本思想144

7．3．2算法描述144

7．3．3深度值的计算145

7．3．4深度缓冲器算法特点146

7．4扫描线深度缓存算法146

7．4．1算法基本思想147

7．4．2算法描述147

7．4．3扫描线与多边形面片求交算法的实现148

7．4．4扫描线消隐算法特点150

7．5画家算法150

7．5．1画家算法的基本思想150

7．5．2深度优先级表的建立150

7．5．3深度优先级冲突解决的排序算法151

7．5．4画家算法的特点152

7．6光线追踪算法（Ray Casting）153

7．6．1算法基本思想153

7．6．2算法描述153

7．7习题154

第8章 真实感图形绘制156

8．1简单光照明模型156

8．1．1基本光学原理157

8．1．2环境光157

8．1．3漫反射光158

8．1．4镜面反射光158

8．1．5 Phong光照明模型160

8．2多边形绘制161

8．2．1恒定光强的多边形绘制161

8．2．2双线性光强明暗处理162

8．2．3双线性法向明暗处理164

8．3透明与阴影165

8．3．1透明处理165

8．3．2阴影165

8．4纹理与纹理映射167

8．4．1纹理概述167

8．4．2常见纹理映射技术168

8．5整体光照模型和光线跟踪173

8．5．1整体光照模型173

8．5．2 Whitted光照模型174

8．5．3光线跟踪算法175

8．6实时真实感图形学技术182

8．6．1层次细节显示和简化183

8．6．2基于图像的绘制技术185

8．7 OpenGL光照187

8．7．1 OpenGL颜色模型187

8．7．2光源188

8．7．3光照模型190

8．7．4材质和纹理191

8．8习题192

附录194

附录A 线性代数基础知识194

A．1矢量及其运算194

A．2矩阵及其运算195

附录B 课程实验指导197

B．1实验总体方案197

B．2实验具体方案197

附录C 模拟试题及参考答案223

模拟试题A223

模拟试题B227

模拟试题A参考答案231

模拟试题B参考答案233

参考文献236