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第0章 计算机图形学导论1

0.1 计算机图形学的系统理论2

0.2 计算机图形学研发的多种开发工具8

0.3 计算机图形学的应用10

0.4 计算机图形学学科当前的研究热点与发展方向12

0.5 计算机图形学学习的参考资料16

本章小结：建设成熟的课程教学内容是搞好课程教学工作的前提16

习题019

上篇 二维图形学基础22

第1章 线段图形的描述与生成22

1.1 直线的描述与生成22

1.1.1 直线的简单微分算法22

1.1.2 直线的整数算法24

1.2 圆与椭圆的描述与生成26

1.2.1 圆的角度微分法26

1.2.2 椭圆的角度微分法28

1.3 自由曲线的描述与生成29

1.3.1 三次样条曲线29

1.3.2 三次参数样条曲线34

1.3.3 贝齐埃曲线36

1.3.4 B样条曲线40

1.3.4.1 均匀B样条曲线41

1.3.4.2 准均匀B样条曲线43

1.3.4.3 非均匀有理B样条曲线45

1.4 矢量字符的描述与生成47

本章小结：直线与曲线的描述、建模与生成49

习题150

第2章 实面积图形的描述与生成52

2.1 多边形的描述与填充52

2.1.1 多边形的定义与性质52

2.1.2 多边形的填充原理53

2.1.3 多边形的YX填充算法54

2.1.4 多边形的Y-X填充算法54

2.1.5 多边形的优先级填充算法58

2.2 直线的反走样显示处理技术60

2.2.1 反走样直线的面积采样生成算法61

2.2.2 反走样直线的加权面积采样生成算法62

本章小结：多边形的描述、建模、生成与直线的反走样显示技术63

习题264

第3章 图形的基本运算65

3.1 图形的几何变换65

3.1.1 几何变换常用的齐次坐标变换矩阵66

3.1.2 二维图形的连续几何变换67

3.2 图形的布尔运算71

3.2.1 正则集合运算公式71

3.2.2 A，B多边形之间的相互关系，对生成新多边形的影响73

本章小结：图形建模方法的提升74

习题374

第4章 图形的观察运算76

4.1 图形的开窗显示76

4.1.1 图形学中常用的坐标系76

4.1.2 窗口、视区及图形的窗视坐标变换78

4.2 图形的裁剪80

4.2.1 点与字符的裁剪81

4.2.2 直线的裁剪81

4.2.3 曲线的裁剪83

4.2.4 实面积多边形的裁剪83

本章小结：图形数据输出显示的完整处理过程86

习题487

第5章 图形数据与命令的输入88

5.1 图形数据输入常用的编程处理方法89

5.1.1 利用高级图形专用语言编程输入图形数据89

5.1.2 利用图形输入设备交互输入图形数据91

5.1.3 图形标准为图形数据输入提供的交互处理方法92

5.2 光栅扫描图形显示器常用的交互输入处理技术93

5.2.1 光栅扫描图形显示器的工作原理与软件功能94

5.2.2 图形的定位、拾取、命令选择等交互输入处理技术98

5.3 图形系统交互设计的基本方法101

5.3.1 图形系统交互设计的重要性与发展101

5.3.2 图形系统交互设计的基本方法102

本章小结：提高向计算机输入数据的效率，是人们编程追求的目标之一105

习题5106

第6章 图形的数据结构108

6.1 复合图形元素109

6.1.1 图形组110

6.1.2 重复图112

6.2 图形的基本编辑功能113

6.3 图形系统的数据结构与数据处理流程116

本章小结：图形软件系统的构建原理123

习题6124

下篇 三维图形学基础126

第7章 照相机模型的建立与三维几何图形的显示126

7.1 三维图形几何模型的几何变换126

7.2 三维图形几何模型的投影（用矩阵方式描述光线的传播过程）133

7.2.1 三维图形几何模型常用的坐标系133

7.2.2 平行投影的基本原理与描述方法134

7.2.3 正透视投影的基本原理与描述方法136

7.3 照相机模型功能的描述方法141

7.3.1 照相机模型的两种观察空间与描述方法142

7.3.2 三维直线的平行投影显示在照相机模型中的实现方法145

7.3.3 三维直线的透视投影显示在照相机模型中的实现方法150

本章小结：照相机模型显示三维图形的原理154

习题7155

第8章 平面物体几何模型的构建与图形显示157

8.1 平面物体的描述与数据结构157

8.1.1 平面物体的几何信息与拓扑信息157

8.1.2 平面物体几何模型常用的表示方法158

8.1.3 平面物体几何模型常用的数据结构160

8.2 平面物体的全剖切运算163

8.2.1 全剖面的定义与平面物体的顶点分类163

8.2.2 被剖物体有效剖面的形成163

8.2.3 被剖平面物体截面的形成166

8.2.4 形成新的剖面体167

8.3 平面物体的布尔运算算168

8.3.1 求交运算168

8.3.2 分类运算170

8.3.3 合并运算171

8.4 平面物体线框模型的真实感图形显示——隐藏线的消除173

8.5 平面物体表面模型的真实感图形显示——隐藏面的消除177

8.5.1 Z缓冲器算法177

8.5.2 扫描线深度缓存算法178

8.5.3 区间扫描线算法180

8.5.4 Warnock算法181

8.5.5 多边形的BSP算法182

8.5.6 A缓冲器算法184

本章小结：平面物体几何建模与图形显示方法的成熟188

习题8189

第9章 曲面物体几何模型的构建基础与线框模型图形显示191

9.1 三维物体几何模型常用的描述方法191

9.1.1 八叉树表示法191

9.1.2 扫描表示法192

9.1.3 边界表示法193

9.1.4 元球表示法197

9.1.5 蒙皮表示法198

9.1.6 物体几何模型表示方法的选择199

9.2 曲面物体的几何造型199

9.2.1 常用曲面的数学描述函数200

9.2.1.1 孔斯（Coons）曲面200

9.2.1.2 贝齐埃曲面201

9.2.1.3 B样条曲面203

9.2.2 几何造型中的相交计算问题204

9.2.2.1 二维贝齐埃曲线之间的相交计算205

9.2.2.2 常用二次曲面之间的相交计算207

9.2.3 用旋转曲面以及贝齐埃曲线、曲面构建茶壶的几何模型208

9.3 曲面物体线框模型的图形显示210

9.3.1 曲面物体轮廓线的定义与图形显示210

9.3.2 用等值线方法显示曲面物体的几何形状212

本章小结：曲面物体几何模型的构建与图形显示，任重而道远213

习题9214

第10章 灯光模型的建立与光照物体的图形显示215

10.1 光源物理模型215

10.1.1 光源与光线几何模型215

10.1.2 颜色216

10.1.3 颜色模型221

10.2 物体的照明模型223

10.2.1 物体的简单光照模型223

10.2.2 透明体的透明模型226

10.3 曲面物体表面模型的真实感图形显示228

10.3.1 曲面物体、透明物体表面的着色处理228

10.3.2 物体表面的纹理显示（逐点仿真光线照射物体表面产生的反光显示效果）231

10.3.2.1 光滑纹理的图形显示231

10.3.2.2 凸凹纹理的图形显示236

10.3.3 物体的阴影显示237

10.3.3.1 阴影的Z缓冲器算法238

10.3.3.2 阴影的阴影体算法（影域多边形算法）239

10.4 高度真实感图形的显示技术242

10.4.1 整体光照模型与光线跟踪算法242

10.4.1.1 Whitted整体光照模型243

10.4.1.2 光线跟踪算法原理（仿真光线传播生成三维图形）244

10.4.1.3 光线跟踪算法中需要的各种计算246

10.4.1.4 光线跟踪算法的进展介绍251

10.4.2 辐射度算法（仿真漫射光传播确定物体表面的色彩与亮度）252

10.4.2.1 理想漫射环境中的辐射度方程252

10.4.2.2 形状因子的计算公式与性质253

10.4.2.3 用半立方体方法累计计算形状因子254

10.4.2.4 用辐射度方法绘图时应注意的几个问题256

本章小结：用仿真光线传播的方法生成像照片一样的三维真实感图形258

习题10260

第11章 OpenGL图形标准与应用262

11.1 OpenGL的基本功能与工作原理262

11.2 Windows中OpenGL编程的环境设置与语法约定264

11.3 OpenGL中读写一个像素点的实现方法265

11.4 OpenGL用几何与材质参数、灯光与照相机参数描述并显示光照物体图形268

11.5 OpenGL的堆栈与图形的几何变换271

11.6 OpenGL的纹理与物体表面光滑纹理的图形显示273

11.7 OpenGL的交互输入与拾取276

本章小结：调用图形标准轻松实现三维图形的实时显示279

本教材界定重要专业术语索引281

参考文献284