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专家指导委员会1

译者序1

第1版序1

第1章 计算机图形学导论1

1.1 计算机图形学概述1

1.1.1 图形的表示方法1

出版者的话1

1.1.2 表示图形的数据准备2

1.1.3 图形的显示2

1.2 光栅刷新图形显示器4

1.3 阴极射线管的基础知识9

1.4 视频知识基础11

1.4.1 美国标准视频制式11

1.4.2 高清晰度电视12

1.5.1 平板式CRT13

1.5.2 等离子显示器13

1.5 平板显示器13

1.5.3 荧光显示器15

1.5.4 液晶显示器16

1.6 硬拷贝输出设备18

1.6.1 静电绘图仪18

1.6.2 喷墨绘图仪19

1.6.3 热敏绘图仪22

1.6.4 染料升华打印机22

1.6.5 笔墨绘图仪23

1.6.6 激光打印机25

1.6.7 彩色胶片照相机27

1.7 逻辑交互设备28

1.8 物理交互设备28

1.9 数据生成设备34

1.10 图形用户界面37

第2章 光栅扫描图形学46

2.1 直线生成算法46

2.2 数字微分分析法47

2.3 Bresenham算法50

2.3.1 整数Bresenham算法53

2.3.2 通用Bresenham算法54

2.3.3 快速直线光栅化算法56

2.4 圆的生成--Bresenham算法57

2.5 椭圆的生成64

2.6 一般函数的光栅化69

2.7 扫描转换--显示的生成71

2.7.1 实时扫描转换71

2.7.3 排序活化边表72

2.7.2 使用指针的简单活化边表72

2.7.4 使用链表的活化边表74

2.7.5 修改链表74

2.8 图像压缩77

2.8.1 行程编码77

2.8.2 区域图像压缩79

2.9 显示直线、字符和多边形82

2.9.1 线段显示82

2.9.3 实区域扫描转换84

2.9.2 字符显示84

2.10 多边形填充85

2.11 简单的奇偶扫描转换算法88

2.12 有序边表多边形扫描转换90

2.12.1 简单的有序边表算法90

2.12.2 更有效的有序边表算法92

2.13 边填充算法95

2.14 边标志算法97

2.15 种子填充算法99

2.15.2 扫描线种子填充算法101

2.15.1 简单的种子填充算法102

2.16 图形反走样基础106

2.16.1 超采样107

2.16.2 直线107

2.16.3 多边形内部113

2.16.4 简单区域反走样114

2.16.5 卷积积分与反走样算法117

2.16.6 滤波函数119

2.17 半色调技术120

2.17.1 模版化121

2.17.2 阈值和误差分布124

2.17.3 有序抖动128

第3章 裁剪131

3.1 二维裁剪131

3.1.1 简单可见性判别算法131

3.1.2 端点编码133

3.2 Cohen-Sutherland线段细分裁剪算法136

3.3 中点分割算法140

3.4 凸区域的二维参数化线段裁剪144

3.5 Cyrus-Beck算法148

3.5.1 部分可见线段150

3.5.2 完全可见线段151

3.5.3 完全不可见线段151

3.5.4 Cyrus-Beck算法的形式化描述153

3.5.5 非规则窗口156

3.6 Liang-Barsky二维裁剪157

3.7 Nicholl-Lee-Nicholl二维裁剪164

3.8 内裁剪和外裁剪167

3.9 凸多边形的判定和内法线确定168

3.10 凹多边形分割172

3.11 三维裁剪172

3.12 三维中点分割算法175

3.13 三维Cyrus-Beck算法177

3.14 Liang-Barsky三维裁剪181

3.15.1 Cyrus-Beck算法185

3.15 齐次坐标裁剪185

3.15.2 Liang-Barsky算法186

3.16 内法矢量和三维凸集合的确定189

3.17 凹体分割190

3.18 多边形裁剪192

3.19 逐次多边形裁剪--Sutherland-Hodgman算法193

3.19.1 确定一个点的可见性194

3.19.2 线段求交196

3.19.3 算法197

3.20 Liang-Barsky多边形裁剪202

3.20.1 进点和出点203

3.20.2 折点203

3.20.3 算法设计205

3.20.4 水平边和垂直边207

3.20.5 算法208

3.21 凹裁剪区域--Weiler-Agherton算法211

3.22 字符裁剪218

4.1 引言220

第4章 可见面220

4.2 浮动水平线算法221

4.2.1 上浮水平线221

4.2.2 下浮水平线222

4.2.3 函数插值223

4.2.4 走样226

4.2.5 算法227

4.2.6 交叉影线233

4.3.1 体矩阵235

4.3 Roberts算法235

4.3.2 平面方程237

4.3.3 取景变换和体矩阵240

4.3.4 自隐藏面241

4.3.5 被其他物体遮挡的线244

4.3.6 贯穿体252

4.3.7 完全可见线段252

4.3.8 算法255

4.4 Warnock算法263

4.4.1 四叉树结构265

4.4.2 分割准则265

4.4.3 多边形与窗口的关系267

4.4.4 多边形与窗口关系的分层次辨别272

4.4.5 寻找包围多边形273

4.4.6 基本算法280

4.5 Appel算法280

4.6 附着光晕的线消隐算法282

4.7 Weiler-Atherton算法284

4.8 曲面分割算法287

4.9 Z缓冲器算法288

4.9.1 采用增量法计算深度值290

4.9.2 层次Z缓冲器算法295

4.10 A缓冲器算法296

4.11 优先级排序表算法298

4.12 Newell-Newell-Sancha算法299

4.13 二叉空间剖分算法302

4.13.1 Schumacker算法303

4.13.2 二叉空间剖分树304

4.13.3 构造BSP树304

4.13.4 BSP树遍历306

4.13.5 背面剔除308

4.13.6 小结308

4.14 扫描线算法308

4.15 扫描线Z缓冲器算法309

4.16 区间扫描线算法312

4.16.1 不可见相关性319

4.17 曲面扫描线算法320

4.16.2 景物空间扫描线算法320

4.18 八叉树323

4.18.1 八叉树显示325

4.18.2 线性八叉树327

4.18.3 八叉树的操作327

4.18.5 搜索相邻单元328

4.19 移动立方体算法328

4.18.4 布尔运算328

4.20 可见面光线跟踪算法332

4.20.1 包围体334

4.20.2 丛337

4.20.3 建立丛的树结构338

4.20.4 优先级排序338

4.20.5 空间部分339

4.20.6 均匀空间剖分340

4.20.7 非均匀空间剖分342

4.20.8 光线-物体求交344

4.20.9 不透明可见面算法347

4.21 小结350

第5章 绘制351

5.1 引言351

5.2 光照模型352

5.3 一个简单的光照模型353

5.3.1 镜面反射354

5.3.2 中值矢量357

5.4 确定表面法向359

5.5 确定反射光线矢量360

5.6 Gourard明暗处理363

5.7 Phong明暗处理366

5.8 具有特殊效果的简单光照模型370

5.9 基于物理的光照模型372

5.9.1 能量和辐射强度372

5.9.2 基于物理的光照模型373

5.9.3 Torrance-Sparrow关于粗糙表面的模型374

5.9.4 与波长相关的菲涅耳项377

5.9.5 颜色转变378

5.9.6 光源的物理特性379

5.10 透明380

5.10.1 透明材料的折射效果381

5.10.2 简单的透明模型382

5.10.3 Z缓冲器算法的中的透明处理383

5.10.4 伪透明384

5.11 阴影385

5.11.1 扫描转换阴影算法388

5.11.2 多步可见面阴影算法389

5.11.3 阴影体算法391

5.11.4 半影394

5.11.5 光线跟踪阴影算法396

5.12 纹理397

5.12.1 映射函数402

5.12.2 两步纹理映射405

5.12.3 环境映射407

5.12.4 凹凸纹理409

5.12.5 过程纹理411

5.12.6 纹理反走样413

5.12.7 Mipmapping417

5.12.8 区域求和表417

5.13 随机模型418

5.14 采用光线跟踪的整体光照模型420

5.15 采用光线跟踪的更完整的整体光照模型431

5.16.1 圆锥跟踪433

5.16 光线跟踪技术的最新进展433

5.16.2 光束跟踪434

5.16.3 一般光束跟踪434

5.16.4 随机采样435

5.16.5 从光源出发的光线跟踪437

5.17 辐射度437

5.17.1 封闭性439

5.17.2 形状因子440

5.17.3 半立方体442

5.17.5 子结构447

5.17.4 绘制447

5.17.6 逐步求精448

5.17.7 排序449

5.17.8 泛光贡献449

5.17.9 自适应剖分450

5.17.10 半立方体方法的不精确性451

5.17.11 半立方体方法外的其他方法454

5.17.12 层次辐射度和聚集456

5.17.13 镜面环境的辐射度457

5.17.14 绘制方程458

5.18 光线跟踪和辐射度的结合458

5.19 颜色462

5.19.1 色度462

5.19.2 颜色的三刺激理论463

5.19.3 原色系统464

5.19.4 颜色匹配实验464

5.19.5 色度图466

5.19.6 1931年CIE色度图468

5.19.7 均匀颜色空间471

5.19.8 颜色域的局限472

5.19.9 颜色系统之间的相互转化473

5.19.10 NTSC颜色系统476

5.19.11 颜色立方体477

5.19.12 CMYK颜色系统477

5.19.13 Ostwald颜色系统478

5.19.14 HSV颜色系统478

5.19.15 HLS颜色系统481

5.19.16 Munsell颜色系统483

5.19.17 Panetone系统484

5.19.18 Gamma校正484

5.20 彩色图像的量化485

5.20.1 位截断法486

5.20.2 流行色法487

5.20.3 中分截断法489

5.20.4 八叉树量化491

5.20.5 顺序标量量化494

5.20.6 其他量化算法496

5.21 颜色重现497

5.21.1 平版打印497

5.21.2 分色498

5.21.3 色调重现498

5.21.4 灰度平衡498

5.21.5 黑色分离498

5.21.6 量化效果498

5.21.8 色域映射499

5.21.7 校准499

5.22 特殊绘制效果501

5.22.2 绘制自然物体503

5.22.3 粒子系统503

附录A 习题504

5.22.1 双色套印510

参考文献510

索引536