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第1章 计算机图形学概述1

1.1 计算机图形学概述1

1.2 计算机图形学发展的历史回顾2

1.3 现代计算机图形学技术的应用及前沿研究领域4

1.3.1 计算机辅助设计与制造4

1.3.2 可视化4

1.3.3 真实感图形实时绘制与虚拟现实6

1.3.4 计算机动画7

1.3.5 用户接口8

1.3.6 计算机辅助教学和远程教学8

1.3.7 地形地貌图的绘制和显示8

1.3.8 工业控制及交通管制9

1.4 计算机图形学研究的主要内容9

习题一10

第2章 计算机图形系统11

2.1 计算机图形系统的组成和功能11

2.2 图形输入设备12

2.2.1 鼠标12

2.2.2 键盘13

2.2.3 触摸屏14

2.2.4 扫描仪15

2.2.5 数字化仪16

2.3 图形输出设备16

2.3.1 显示器16

2.3.2 打印机18

2.4 图形处理设备20

2.5 图形标准20

2.5.1 图形核心系统（GKS）21

2.5.2 计算机图形元文件（CGM）23

2.5.3 计算机图形设备接口（CGI）24

2.5.4 程序员层次交互式图形系统（PHIGS）24

习题二25

第3章 基本图形生成技术26

3.1 直线段的扫描转换26

3.1.1 数值微分法26

3.1.2 中点画线法28

3.1.3 Bresenham画线算法30

3.2 圆弧的扫描转换32

3.2.1 圆的特征32

3.2.2 中点画圆法33

3.2.3 Bresenham画圆法35

3.3 椭圆的扫描转换37

3.3.1 椭圆的特征37

3.3.2 椭圆的生成算法40

3.4 多边形的扫描转换与区域填充42

3.4.1 相关概念42

3.4.2 多边形的扫描转换44

3.4.3 区域填充算法49

3.4.4 区域填充图案53

3.5 字符54

3.5.1 点阵型字符的存储和显示54

3.5.2 矢量型字符的存储和显示55

3.5.3 字符属性55

3.6 线宽和线型处理56

3.6.1 直线线宽的处理56

3.6.2 圆弧线宽的处理58

3.6.3 线型的处理58

3.7 反走样59

3.7.1 提高显示器的分辨率60

3.7.2 简单区域取样60

3.7.3 加权区域取样61

习题三65

第4章 图形几何变换技术68

4.1 几何变换的数学基础68

4.1.1 矢量运算68

4.1.2 矩阵运算68

4.1.3 齐次坐标70

4.2 二维图形几何变换71

4.2.1 二维变换矩阵71

4.2 二维基本几何变换71

4.2.3 二维图形复合变换76

4.3 三维几何变换78

4.3.1 三维变换矩阵78

4.3.2 三维基本几何变换78

4.3.3 三维复合变换83

习题四86

第5章 图形观察技术87

5.1 坐标系统及其变换87

5.1.1 坐标系统87

5.1.2 从规格化坐标到设备坐标的变换89

5.2 窗口视图变换90

5.2.1 窗口区和视图区90

5.2.2 窗口区和视图区之间的坐标转换90

5.3 投影变换91

5.3.1 平行投影92

5.3.2 透视投影95

5.4 二维图形裁剪96

5.4.1 图形裁剪的基本原则96

5.4.2 直线段的裁剪97

5.4.3 多边形的裁剪100

5.4.4 字符的裁剪102

5.5 三维图形裁剪102

习题五104

第6章 人机交互与图形用户界面技术105

6.1 人机交互105

6.1.1 人机交互的内容105

6.1.2 人机交互的形式105

6.1.3 用户接口的设计107

6.1.4 用户接口的常用形式108

6.2 交互方式110

6.2.1 交互设备110

6.2.2 交互任务及其技术112

6.3 图形用户界面119

6.3.1 图形用户界面的设计119

6.3.2 图形用户界面的布置120

习题六121

第7章 曲线和曲面122

7.1 曲线和曲面的表示与生成122

7.1.1 曲线和曲面的表示122

7.1.2 曲线和曲面的生成123

7.1.3 曲线和曲面的连续性123

7.2 自由曲线124

7.2.1 Hermite曲线124

7.2.2 Bezier曲线126

7.2.3 B样条（Spline）曲线132

7.3 自由曲面135

7.3.1 曲面的表示135

7.3.2 Bezier曲面136

7.3.3 B样条曲面138

7.3.4 常用双三次参数曲面的等价表示139

习题七140

第8章 图形数据表示和几何造型141

8.1 图形数据表示141

8.1.1 图段142

8.1.2 结构143

8.1.3 图段与结构的区别146

8.2 几何造型146

8.2.1 几何元素的定义146

8.2.2 基于图法模型148

8.2.3 布尔模型149

8.2.4 构造实体几何法149

8.2.5 边界表示法151

8.3 常用的其他造型方法151

8.3.1 特征造型法151

8.3.2 分形造型法154

8.3.3 体绘制技术157

8.3.4 从二维图像信息构造三维形体技术158

习题八158

第9章 真实图形再现技术159

9.1 消隐及其常用算法159

9.1.1 Z缓冲区算法160

9.1.2 画家算法162

9.1.3 Warnock算法163

9.1.4 扫描线Z缓冲区算法164

9.1.5 小结166

9.2 颜色模型166

9.2.1 颜色的基本概念166

9.2.2 CIE色度图167

9.2.3 常用的颜色模型169

9.3 纹理171

9.3.1 纹理映射172

9.3.2 扰动映射173

9.4 光照模型174

9.4.1 环境光175

9.4.2 漫反射光175

9.4.3 镜面反射光176

9.4.4 光透射模型178

9.4.5 整体光照模型178

9.5 光线跟踪179

9.5.1 光线跟踪的基本原理179

9.5.2 光线与物体表面的求交182

9.6 明暗效应183

9.6.1 Gouraud明暗处理184

9.6.2 Phong明暗处理185

习题九186

第10章 计算机动画简介187

10.1 动画序列的设计187

10.2 光栅动画188

10.3 动画语言188

10.4 关键帧系统188

10.5 运动的描述190

习题十191

第11章 计算机可视化技术192

11.1 科学计算可视化概述192

11.1.1 科学计算可视化的含义192

11.1.2 科学计算可视化的研究内容192

11.1.3 科学计算可视化的意义193

11.1.4 科学计算可视化的应用194

11.2 数据场及其可视化表示195

11.2.1 点数据场195

11.2.2 标量场196

11.2.3 矢量场197

11.2.4 张量场198

11.3 体绘制技术198

11.3.1 体绘制技术的基本概念198

11.3.2 体绘制方法199

习题十一201

参考文献203