计算机图形学：原理、方法与应用

第1章绪论
1.1计算机图形学的研究内容
1.1.1图形与图像
1.1.2研究内容
1.1.3相关学科
1.2计算机图形学的发展
1.2.1图形硬设备的发展
1.2.2图形软件及图形软件标准的发展
1.2.3图形专用算法的发展
1.3计算机图形学的应用
1.3.1计算机辅助设计及计算机辅助制造
1.3.2科学计算可视化
1.3.3地图制图学及地理信息系统
1.3.4计算机动画
1.3.5人机交互界面
1.3.6计算机艺术
习题一
第2章图形系统的组成
2.1显示设备
2.1.1刷新式阴极射线管
2.1.2彩色阴极射线管
2.1.3随机扫描显示器
2.1.4光栅扫描显示器
2.1.5液晶显示器
2.1.6等离子显示器
2.2光栅扫描显示系统
2.2.1光栅扫描显示系统的基本工作原理
2.2.2光栅扫描显示系统的组成
2.3硬拷贝设备
2.3.1打印机
2.3.2绘图仪
2.4图形软件及图形软件标准
2.4.1图形软件的层次结构及功能
2.4.2图形软件标准
习题二
第3章OpenGL编程基础
3.1概述
3.2OpenGL工作结构
3.3OpenGL的功能
3.4OpenGL工作流程
3.5OpenGL图形操作步骤
3.6OpenGL的组成
3.7OpenGL数据类型
3.8OpenGL函数命名约定
3.9OpenGL程序
3.9.1头文件
3.9.2主体
3.9.3OpenGL图形调用
习题三
第4章二维线画图元及属性
4.1直线的扫描转换及算法
4.1.1数值微分法
4.1.2Bresenham画线算法
4.1.3双步画线算法
4.2圆和椭圆的扫描转换算法
4.2.1圆的八点对称
4.2.2Bresenham画圆算法
4.2.3中点画圆算法
4.2.4正负法画圆
4.2.5椭圆的扫描转换
4.3其他输出图元的生成
4.4输出图元的属性
4.4.1线宽控制
4.4.2线型控制
4.5字符的生成
4.5.1字符形状表示
4.5.2字符属性
习题四
第5章多边形的扫描转换及区域填充
5.1矩形填充
5.2多边形扫描转换
5.2.1逐点判断算法
5.2.2扫描线填充算法
5.2.3边缘填充算法
5.3区域填充
5.3.1区域的表示
5.3.2递归填充算法
5.3.3扫描线区域填充算法
5.4多边形扫描转换与区域填充的区别
5.5光栅图形的反走样
5.5.1二维光栅图形的走样现象
5.5.2反走样方法
习题五
第6章OpenGL基本图元的绘制
6.1概述
6.2点
6.2.1点的绘制
6.2.2点的大小
6.3线
6.3.1直线的绘制
6.3.2折线和封闭折线的绘制
6.3.3线型
6.3.4线宽
6.4多边形
6.4.1多边形的绘制
6.4.2图案填充
6.5字符
习题六
第7章几何变换
7.1二维基本变换
7.1.1平移变换
7.1.2比例变换
7.1.3旋转变换
7.2二维几何变换的齐次坐标表示
7.2.1齐次坐标技术
7.2.2几何变换的齐次坐标表示
7.2.3其他变换
7.2.4维几何变换的一般形式
7.3组合变换
7.3.1单个基本变换的组合变换
7.3.2多个基本变换的组合变换
7.3.3变换矩阵的级联特性
7.4三维几何变换
7.4.1三维坐标系的建立
7.4.2三维图形几何变换
7.4.3三维坐标系变换
7.5OpenGL几何变换命令及应用
7.5.1矩阵操作函数
7.5.2几何变换
7.5.3OpenGL图形变换实例
习题七
第8章开窗口及二维裁剪
8.1开窗口及裁剪的基本概念
8.1.1坐标系
8.1.2窗口与视区
8.1.3窗口在图形显示中的应用
8.1.4裁剪
8.2窗口到视区的变换
8.3直线裁剪算法
8.3.1直线裁剪的基本原理
8.3.2Cohen-Sutherland直线裁剪算法
8.3.3中点分割算法
8.3.4Liang-Barsky算法
8.4多边形裁剪
8.4.1Sutherland-Hodgman算法
8.4.2Weiler-Atherton算法
8.5文本裁剪
8.5.1以串为单位的裁剪
8.5.2以字符为单位的裁剪
8.5.3矢量裁剪
8.6二维图形显示流程
8.7OpenGL视区变换
习题八
第9章图形用户接口与交互技术
9.1交互输入的硬件设备
9.1.1键盘
9.1.2光笔
9.1.3图形板
9.1.4控制棒及跟踪球
9.1.5鼠标
9.1.6数据手套
9.2交互设备的逻辑功能
9.2.1定位
9.2.2笔划
9.2.3字符串
9.2.4赋值
9.2.5选择
9.2.6检图
9.3基本交互技术
9.3.1基本定位方法
9.3.2方向约束及网格约束定位方法
9.3.3引力场定位方法
9.3.4橡皮带方法
9.3.5草图勾勒法
9.3.6图形拖移法
9.3.7交互式绘图中的反馈技术
9.4交互输入的基本方式
9.4.1交互输入方式及其定义
9.4.2请求方式
9.4.3采样方式
9.4.4事件方式
9.5设计人机交互及用户界面的一般原则
9.5.1用户界面的一般风格
9.5.2设计用户界面的一般原则
9.6OpenGL中的交互操作
9.6.1物体的选择
9.6.2反馈
习题九
第10章三维观察与裁剪
10.1平面几何投影
10.1.1投影与投影变换
10.1.2平面几何投影的分类
10.1.3透视投影
10.1.4平行投影变换
10.2三维观察空间
10.2.1观察坐标系
10.2.2观察空间与视见体
10.2.3规范视见体
10.3三维裁剪
10.4三维图形显示流程
10.4.1建模变换
10.4.2观察变换
10.4.3裁剪空间到规格化裁剪空间的变换
10.4.4规格化图像空间
10.4.5三维图形输出流水线
10.5OpenGL观察流程和函数
10.5.1常用的变换函数
10.5.2模视变换
10.5.3投影变换
10.5.4视区变换
10.5.5附加裁剪面
10.5.6OpenGL三维观察程序
习题十
第11章三维形体的表示
11.1概述
11.2形体的表示
11.2.1线框模型
11.2.2表面模型
11.2.3实体模型
11.3物体的CSG树表示
11.4边界表示法
11.4.1物体的边界表示
11.4.2边界表示的数据结构
11.4.3欧拉操作
11.5扫描表示
11.5.1平移Sweep
11.5.2旋转Sweep
11.5.3广义Sweep
11.6八叉树法
11.7分型几何方法——自然景物的模拟
11.7.1分形几何
11.7.2分形造型对模型的基本要求
11.7.3分形造型的常用模型
习题十一
第12章曲线曲面造型
12.1曲线表示的基本知识
12.1.1位置矢量
12.1.2切矢量
12.1.3曲率
12.1.4法矢量
12.1.5挠率
12.1.6型值点和控制点
12.1.7连续性
12.1.8插值.逼近.光顺和拟合
12.2Bezier曲线
12.2.1Bezier曲线的定义
12.2.2Bezier曲线的性质
12.2.3三次Bezier曲线的矩阵表示
12.2.4Bezier曲线的拼接
12.3B样条曲线
12.3.1B样条的定义
12.3.2B样条曲线的性质
12.3.3B样条曲线分类
12.4非均匀有理B样条曲线
12.4.1NURBS曲线的定义
12.4.2NURBS的齐次坐标表示
12.4.3NURBS的优缺点
12.5Bezier曲面
12.5.1定义
12.5.2Bezier曲面片的拼接
12.6B样条曲面
12.6.1B样条曲面的数学表示
12.6.2B样条曲面片的优点
12.7非均匀有理B样条曲面
12.8OpenGL中自由曲线和曲面的绘制
12.8.1Bezier曲线的绘制
12.8.2Bezier曲面的绘制
12.8.3NURBS曲线的绘制
12.8.4NURBS曲面的绘制
习题十二
第13章隐藏面的消除
13.1消隐算法及其分类
13.2画家算法
13.3深度缓冲算法
13.4扫描线算法
13.5BSP树算法
13.5.1构造BSP树
13.5.2BSP树遍历
13.6区域子分算法
13.7光线投射算法
13.8OpenGL中的多边形的消除与消隐
习题十三
第14章真实感图形绘制
14.1颜色
14.1.1颜色的概念及描述
14.1.2三色学说
14.1.3CIE色度图
14.1.4常见颜色模型
14.1.5OpenGL颜色
14.2简单光照模型
14.2.1环境光
14.2.2漫反射和Lambert模型
14.2.3镜面反射和Phong模型
14.2.4OpenGL光照
14.3明暗效应
14.3.1恒定亮度法
14.3.2Gouraud明暗算法
14.3.3Phong明暗算法
14.3.4OpenGL明暗处理
14.4阴影的生成
14.4.1影域多边形方法
14.4.2曲面细节多边形方法
14.5透明
14.5.1非折射透明
14.5.2考虑折射的透明
14.6纹理映射
14.6.1颜色纹理
14.6.2几何纹理
14.6.3OpenGL纹理映射
习题十四
附录ATurboC图形函数
A.1图形模式的初始化
A.2独立图形运行程序的建立
A.3屏幕颜色的设置和清屏函数
A.4基本图形函数
A.4.1画点
A.4.2画线
A.5封闭图形的填充
A.5.1先画轮廓再填充
A.5.2设定填充方式
A.5.3任意封闭图形的填充
A.6有关图形窗口和图形屏幕操作函数
A.6.1图形窗口操作
A.6.2屏幕操作
A.7图形模式下的文本输出
A.7.1文本输出函数
A.7.2有关文本字体.字型和输出方式的设置
A.7.3用户对文本字符大小的设置
附录BOpenGL核心库函数
B.1颜色
B.2绘制几何图原及物体
B.3坐标变换
B.4堆栈操作
B.5显示列表
B.6使用光照和材质
B.7像素操作
B.8纹理映射
B.9特殊效果操作
B.10帧缓存操作
B.11绘制曲线和曲面
B.12查询函数
附录CGLU库函数
C.1绘制NURBS曲线和曲面
C.2绘制二次几何物体
C.3网格化
C.4坐标变换
C.5多重映射
C.6查询函数
附录DGLUT库函数
D.1初始化和启动事件处理
D.2窗口管理
D.3重叠层管理
D.4菜单管理
D.5注册回调函数
D.6颜色索引映射表管理
D.7状态检索
D.8字体绘制
D.9几何图形绘制
参考文献