计算机图形学基础（OpenGL版 第2版）

目 录
第1章 绪论 1
1.1 计算机图形学的定义与内容 1
1.1.1 图形及其与图像的区别 1
1.1.2 计算机图形学的定义 5
1.1.3 图形学相关学科 8
1.2 计算机图形学的目标与应用领域 8
1.2.1 计算机图形学的核心目标 9
1.2.2 计算机图形学的应用领域 9
1.3 计算机图形学的发展 14
1.3.1 计算机图形学的发展简史 14
1.3.2 计算机图形学的发展趋势 16
习题1 19
第2章 图形系统 20
2.1 图形系统概述 20
2.1.1 图形系统组成结构 20
2.1.2 图形系统分类 23
2.2 图形硬件 25
2.2.1 图形显示设备 25
2.2.2 图形显示方式 29
2.2.3 光栅扫描显示系统 30
2.2.4 显卡和图形处理器 33
2.3 图形软件 36
2.3.1 图形软件的层次和标准 36
2.3.2 图形应用软件 39
2.3.3 图形支撑软件 41
2.4 图形流水线 45
2.4.1 图形流水线三阶段 45
2.4.2 图形流水线关键步骤 46
2.4.3 OpenGL：流水线的一种实现 47
2.4.4 可编程图形流水线和GLSL 48
2.4.5 OpenGL程序实例分析 48
习题2 51
第3章 二维基本图形光栅化与裁剪 52
3.1 光栅化问题概述 52
3.2 直线段光栅化 53
3.2.1 数值微分算法 53
3.2.2 Bresenham画线法 55
3.2.3 中点画线算法 58
3.3 圆弧光栅化 60
3.3.1 圆的对称性及其应用 60
3.3.2 Bresenham画圆算法 61
3.3.3 中点画圆算法 62
3.4 区域填充 64
3.4.1 多边形填充算法 64
3.4.2 种子填充算法 68
3.5 字符 70
3.5.1 字符的编码 70
3.5.2 点阵字符 71
3.5.3 矢量字符 71
3.6 反走样技术 72
3.7 裁剪 75
3.7.1 点的裁剪 75
3.7.2 直线裁剪 75
3.7.3 多边形裁剪 81
3.7.4 字符裁剪 82
习题3 83
第4章 图形几何变换 84
4.1 二维几何变换 84
4.1.1 基本变换 84
4.1.2 齐次坐标 87
4.1.3 变换的齐次坐标表示 88
4.1.4 二维几何变换通式与总结 91
4.1.5 逆变换 93
4.1.6 二维复合变换 93
4.1.7 二维坐标系变换 97
4.2 三维几何变换 99
4.2.1 基本变换 100
4.2.2 三维复合变换 104
4.2.3 三维坐标系变换 106
4.3 复合变换分析的两种思考模式 106
4.3.1 全局固定坐标系模式 106
4.3.2 活动局部坐标系模式 108
4.4 编程实例—三角形与矩形变换及 正方形旋转动画 109
4.4.1 自定义矩阵变换实例—三角形变换 109
4.4.2 OpenGL几何变换实例—矩形变换 115
4.4.3 变换应用实例—正方形旋转动画 119
习题4 122
第5章 三维观察 123
5.1 三维观察的流程 123
5.2 观察变换 129
5.2.1 观察坐标系构建 129
5.2.2 观察变换分析 130
5.2.3 几何变换方法 131
5.2.4 基变换方法 134
5.3 投影变换 136
5.3.1 投影分类 136
5.3.2 平行投影 137
5.3.3 透视投影 145
5.4 OpenGL三维观察 154
5.4.1 观察体及其规范化 154
5.4.2 OpenGL透视投影变换 160
5.4.3 OpenGL其他观察函数 163
5.5 编程实例 164
5.5.1 二维实例—红蓝三角形 164
5.5.2 三维实例—立方体透视投影 166
习题5 168
第6章 三维造型 169
6.1 三维造型概述 169
6.2 三维造型方法 170
6.2.1 计算机表示方法 171
6.2.2 构造方法 174
6.3 多边形网格表示 176
6.3.1 基本几何元素 176
6.3.2 几何信息与拓扑信息 177
6.3.3 常用数据结构 178
6.3.4 编程实例—简单实体构建 180
6.4 曲线/曲面造型 183
6.4.1 曲线/曲面基础 183
6.4.2 三次样条 188
6.4.3 Bezier曲线/曲面 191
6.4.4 B样条曲线/曲面 199
6.4.5 NURBS曲线/曲面 207
6.4.6 编程实例—OpenGL曲线/曲面生成 210
习题6 214
第7章 真实感图形技术 216
7.1 真实感图形分析与图形绘制策略 216
7.1.1 真实感图形 216
7.1.2 图形绘制的两种基本策略 217
7.2 消隐算法 220
7.2.1 消隐概述 220
7.2.2 深度缓冲器算法 224
7.2.3 画家算法 227
7.3 颜色模型 229
7.3.1 物体的颜色 229
7.3.2 颜色空间 230
7.3.3 常用颜色模型 231
7.3.4 OpenGL中的颜色模型 232
7.4 光照明模型 233
7.4.1 局部光照明模型 233
7.4.2 整体光照明模型 237
7.5 着色 239
7.5.1 多边形着色 239
7.5.2 透明与阴影 244
7.6 光线跟踪算法 246
7.7 纹理映射技术 249
7.7.1 概述 249
7.7.2 颜色纹理映射 250
7.7.3 几何纹理映射 253
7.7.4 环境映射 254
7.8 OpenGL真实感图形 255
7.8.1 OpenGL光照函数 255
7.8.2 物体表面特性函数 259
7.8.3 OpenGL纹理映射 260
7.8.4 编程实例—纹理映射 263
7.9 图形流水线再分析 266
习题7 268
参考文献 269
附录A 课程实验指导 270
附录B 模拟试题 316