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第1章 图形学基础1

1.1 计算机图形学的产生与发展1

1.2 计算机图形学的学科范畴3

1.2.1 计算机图形学的研究内容3

1.2.2 计算机图形学中的图形定义6

1.2.3 计算机图形学的相关学科10

1.3 计算机图形学应用及其发展12

1.3.1 人机交互技术12

1.3.2 计算可视化15

1.3.3 真实感图形显示17

1.3.4 虚拟现实技术18

1.3.5 计算机辅助设计20

1.3.6 计算机动画20

1.4 计算机图形系统22

1.4.1 计算机图形系统的软件22

1.4.2 计算机图形系统的硬件24

1.5 计算机图形软件标准25

1.5.1 图形软件标准的类型25

1.5.2 标准图形支撑软件26

1.5.3 可缩放矢量图形标准28

1.6 计算机图形系统的颜色模型30

1.6.1 颜色特征描述：颜色空间31

1.6.2 三基色原理和XYZ模型31

1.6.3 设备输出颜色模型34

1.6.4 用户交互颜色模型35

1.6.5 颜色模型间的转换和颜色插值37

思考题38

第2章 图形显示与生成39

2.1 图形显示原理39

2.1.1 阴极射线管39

2.1.2 光栅扫描显示原理42

2.1.3 随机扫描显示原理47

2.1.4 液晶显示器50

2.1.5 数字墨水：开启“自然计算时代”52

2.1.6 其他图形输出设备55

2.2 线画图元生成56

2.2.1 图元生成的基本概念56

2.2.2 线段生成的Bresenham算法60

2.2.3 中点圆生成算法64

2.2.4 中点椭圆生成算法66

2.3 填充图元生成68

2.3.1 多边形扫描转换填充69

2.3.2 区域填充71

2.3.3 扫描转换填充与区域填充的比较76

2.4 字符图元生成77

2.4.1 字符编码标准77

2.4.2 点阵字符生成77

2.4.3 矢量字符生成78

2.4.4 点阵字符和矢量字符的比较78

2.5 反走样技术79

2.5.1 反走样的基本原理79

2.5.2 常用的反走样技术80

思考题83

第3章 图形观察与变换85

3.1 图形观察和变换原理85

3.1.1 观察和变换过程85

3.1.2 图形系统中的坐标系85

3.1.3 图形系统中的图形变换87

3.2 窗口与视区变换88

3.2.1 窗视变换过程89

3.2.2 二维观察坐标系89

3.2.3 二维观察变换：规范化变换90

3.3.1 裁剪的效率91

3.3 二维图形的裁剪91

3.2.4 二维观察变换：工作站变换91

3.3.2 点的裁剪92

3.3.3 线段裁剪92

3.3.4 多边形裁剪98

3.4 二维几何变换104

3.4.1 二维变换的齐次表示105

3.4.2 二维基本几何变换105

3.5 三维几何变换109

3.5.1 三维坐标表示109

3.5.2 三维几何变换齐次矩阵109

3.5.3 三维基本几何变换110

3.6 三维投影变换113

3.6.1 平行投影114

3.6.2 透视投影116

3.7 图形观察变换118

3.7.1 观察坐标系定义118

3.7.2 观察坐标变换119

3.7.3 观察空间120

3.7.4 裁剪空间定义121

思考题121

4.1.1 规则形体表示的基本概念124

第4章 图形表示与建模124

4.1 规则形体的表示124

4.1.2 实体的定义与运算127

4.1.3 三维形体的表示方法132

4.2 非规则形体的表示142

4.2.1 分形几何143

4.2.2 形状文法146

4.2.3 粒子系统148

4.2.4 基于物理的建模150

思考题151

5.1.1 消隐的基本概念152

第5章 图形的真实感显示152

5.1 消隐技术152

5.1.2 后向面判别算法153

5.1.3 深度缓冲器算法154

5.1.4 A缓冲器算法155

5.1.5 画家算法155

5.1.6 BSP树算法156

5.2 光照模型157

5.2.1 简单光照模型157

5.2.2 面绘制模型161

5.2.3 整体光照模型165

5.2.4 基本效果模型168

5.3 OpenGL的光照模型173

5.3.1 建立光源174

5.3.2 定义材料性质174

5.3.3 真实感显示应用174

思考题178

第6章 曲线和曲面基础179

6.1 曲线和曲面的基础知识179

6.1.1 曲线和曲面的参数化表示179

6.1.2 曲线和曲面的基本类型182

6.1.3 曲线和曲面的基函数表示184

6.1.4 曲线的连续性185

6.2 参数三次插值样条曲线186

6.2.1 参数三次插值样条曲线的类型和性质186

6.2.2 自然三次插值样条188

6.2.3 Hermite三次插值样条188

6.2.4 Cardinal样条189

6.2.5 Kochanel-Bartels样条191

6.3 Bézier曲线和曲面191

6.3.1 Bernstein基函数及其性质191

6.3.2 Bézier曲线的定义和性质192

6.3.3 Bézier曲线生成的分割递推算法195

6.3.4 Bézier曲线逼近195

6.3.5 Bézier曲线的拼接196

6.3.6 Bézier曲线的升降阶197

6.3.7 Bézier曲面的定义和性质198

6.4 B样条曲线和曲面200

6.4.1 B样条基函数200

6.4.2 B样条曲线的定义201

6.4.3 B样条曲线的性质203

6.4.4 B样条曲线的类型204

6.4.5 B样条曲线的离散生成205

6.4.6 B样条曲线的节点插入206

6.4.7 B样条曲线的形状控制207

6.4.8 B样条曲线与Bézier曲线的比较209

6.4.9 B样条曲面的定义209

6.5 NURBS曲线和曲面209

6.5.1 有理样条曲线定义210

6.5.2 NURBS曲线的表示210

6.5.3 NURBS曲线的形状因子213

6.5.4 二次曲线的NURBS表示214

6.5.5 NURBS曲面的表示与性质215

思考题217

第7章 图形动画原理219

7.1 计算机动画的概念和应用领域219

7.1.1 动画的基本原理219

7.1.2 计算机动画的概念220

7.1.3 计算机动画的应用领域221

7.2 计算机动画的基本原理222

7.2.1 计算机动画的基本类型223

7.2.2 计算机动画的关键技术224

7.3.1 二维动画简介232

7.3 二维动画的制作232

7.3.2 二维动画的制作过程233

7.3.3 二维动画的软件系统234

7.4 三维动画的制作235

7.4.1 三维动画简介235

7.4.2 三维动画的制作过程235

7.4.3 制作三维动画的软件系统236

7.5 计算机动画的最新发展238

思考题239

参考文献240