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第1章 绪论1

1.1 计算机图形学的目标与任务1

1.1.1 视觉交流是计算机图形学的核心目标1

1.1.2 计算机图形学的三个基本任务2

1.2 计算机图形学的内容体系3

1.3 计算机图形学相关学科5

1.3.1 图形与图像5

1.3.2 相关学科7

1.4 计算机图形学的应用领域8

1.4.1 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）8

1.4.2 科学计算可视化（Visualization in Scientific Computing）10

1.4.3 虚拟现实（Virtual Reality）10

1.4.4 动画（Animation）11

1.5 计算机图形学的发展12

1.5.1 计算机图形学的发展简史12

1.5.2 计算机图形学的发展趋势15

习题117

第2章 图形系统18

2.1 图形系统概述18

2.1.1 图形系统组成结构18

2.1.2 图形系统分类22

2.2 图形系统体系结构23

2.2.1 概述23

2.2.2 应用程序阶段24

2.2.3 几何处理阶段24

2.2.4 光栅阶段25

2.3 图形支撑软件25

2.3.1 OpenGL26

2.3.2 DirectX28

2.3.3 Java 2D和Java 3D28

2.4 图形硬件显示原理29

2.4.1 图形显示设备及工作原理29

2.4.2 图形显示方式34

2.4.3 光栅扫描图形显示系统37

习题239

第3章 二维图形生成40

3.1 直线生成算法40

3.1.1 数值微分法41

3.1.2 逐点比较法42

3.1.3 Bresenham画线法45

3.1.4 中点画线法48

3.2 圆弧绘制算法50

3.2.1 基于光栅的整圆绘制算法51

3.2.2 角度离散法绘制圆弧和椭圆弧54

3.3 区域填充55

3.3.1 种子填充算法56

3.3.2 多边形填充算法58

3.4 字符62

3.4.1 字符的编码62

3.4.2 点阵字符62

3.4.3 矢量字符63

3.5 反走样技术64

3.6 编程实例——地图绘制66

3.6.1 地图绘制方法66

3.6.2 基于OpenGL的地图绘制67

习题369

第4章 图形几何变换71

4.1 二维几何变换71

4.1.1 基本变换71

4.1.2 二维复合变换83

4.1.3 二维坐标系间的变换86

4.2 三维几何变换88

4.2.1 基本变换88

4.2.2 三维复合变换93

4.2.3 三维坐标系间的变换98

4.3 图形几何变换的模式99

4.3.1 固定坐标系模式100

4.3.2 活动坐标系模式101

4.4 编程实例——三角形与矩形变换102

习题4112

第5章 二维观察113

5.1 二维观察概述113

5.2 二维观察流水线114

5.2.1 坐标系统115

5.2.2 坐标系之间的变换116

5.3 裁剪118

5.3.1 点的裁剪119

5.3.2 直线裁剪119

5.3.3 多边形裁剪124

5.3.4 其他裁剪126

5.4 OpenGL二维观察简介127

5.4.1 OpenGL投影模式128

5.4.2 GLU裁剪窗口函数128

5.4.3 OpenGL视区函数129

5.5 编程实例——红蓝三角形129

习题5131

第6章 三维观察132

6.1 三维观察流水线132

6.2 观察变换133

6.2.1 三维观察坐标系参数133

6.2.2 世界坐标系到观察坐标系的变换136

6.3 投影变换141

6.3.1 投影分类141

6.3.2 平行投影142

6.3.3 透视投影149

6.4 三维裁剪155

6.4.1 观察体及规范化155

6.4.2 三维裁剪算法简介163

6.5 编程实例——立方体透视投影166

习题6168

第7章 三维对象169

7.1 三维对象概述169

7.2 三维实体表示基础170

7.2.1 基本几何元素170

7.2.2 几何信息与拓扑信息170

7.2.3 几何造型模型171

7.3 三维实体表示方法172

7.3.1 边界表示172

7.3.2 扫描表示175

7.3.3 构造实体几何表示176

7.3.4 空间细分表示177

7.3.5 编程实例——简单实体构建178

7.4 三次参数曲线181

7.4.1 基本特性181

7.4.2 Hermite曲线182

7.4.3 Bezier曲线187

7.4.4 B样条曲线194

7.5 双三次参数曲面200

7.5.1 Coons曲面201

7.5.2 Bezier曲面202

7.5.3 B样条曲面204

7.5.4 双三次参数曲面片的绘制205

7.5.5 编程实例——Bezier曲线曲面绘制206

习题7210

第8章 真实感图形技术211

8.1 概述211

8.1.1 真实感图形生成流程211

8.1.2 真实感图形特点212

8.2 消隐算法213

8.2.1 消隐基础知识213

8.2.2 平面立体消隐算法218

8.2.3 深度缓冲器算法223

8.2.4 画家算法226

8.3 颜色模型230

8.3.1 物体的颜色230

8.3.2 颜色空间231

8.3.3 常用颜色模型232

8.3.4 OpenGL中的颜色模型233

8.4 光照模型236

8.4.1 基本光照模型236

8.4.2 明暗度处理模型240

8.4.3 透明与阴影244

8.4.4 光线追踪模型246

8.5 纹理映射技术252

8.5.1 概述252

8.5.2 颜色纹理映射253

8.5.3 几何纹理映射256

8.5.4 环境映射257

8.6 OpenGL真实感图形258

8.6.1 OpenGL光照函数258

8.6.2 物体表面特性函数262

8.6.3 OpenGL纹理映射263

8.6.4 编程实例——纹理映射266

习题8268

第9章 交互技术269

9.1 人机交互界面269

9.1.1 用户接口模型269

9.1.2 信息输入控制方式271

9.2 交互技术273

9.2.1 交互输入技术273

9.2.2 交互控制技术274

9.2.3 图形拾取技术277

9.3 OpenGL交互式绘图281

9.3.1 OpenGL选择模式281

9.3.2 OpenGL反馈模式283

9.3.3 编程实例——图形拾取284

习题9287

第10章 计算机动画288

10.1 动画简介288

10.2 关键帧动画技术289

10.2.1 关键帧插值290

10.2.2 基于网格的图像变形技术291

10.2.3 FFD自由变形技术（Free-Form Deformation）292

10.2.4 关节动画和角色动画293

10.3 过程动画295

10.3.1 粒子系统296

10.3.2 基于物理模型的布料动画297

10.4 OpenGL动画299

10.4.1 双缓存技术299

10.4.2 OpenGL帧缓存300

10.4.3 编程实例——太阳系动画302

习题10305

参考文献306

附录A 课程实验指导307

附录B 模拟试题336