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第1章 绪论1

1.1概述1

1.2计算机图形学的发展历史2

1.2.1计算机图形学的硬件发展2

1.2.2计算机图形学的软件发展及软件标准的形成3

1.3计算机图形学的应用领域5

1.3.1计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）5

1.3.2动画6

1.3.3艺术6

1.3.4科学计算可视化7

1.3.5虚拟现实7

1.3.6图形显示和绘制8

1.3.7计算机辅助教学9

1.4计算机图形学与相关学科的关系9

作业题10

第2章 计算机图形系统11

2.1系统的构成11

2.2常用图形输入设备11

2.2.1鼠标器11

2.2.2数字化仪12

2.2.3图形扫描仪12

2.3常用图形输出设备13

2.3.1图形显示器14

2.3.2绘图仪和打印机17

2.4计算机图形标准19

2.4.1计算机图形核心系统19

2.4.2程序员层次交互式图形系统19

2.4.3计算机图形接口19

2.4.4计算机图形元文件19

2.4.5 OpenGL图形标准20

2.4.6基本图形转换规范20

2.4.7产品数据转换规范20

2.5基于Visual C+++的图形程序开发方法20

2.5.1图形编程基础20

2.5.2 CDC类常用成员函数21

2.5.3与设备环境有关的常用函数21

2.5.4绘制图形示例23

2.6 OpenGL程序设计基础23

2.6.1 OpenGL的绘图原理23

2.6.2 OpenGL常用基本函数一览25

作业题28

第3章 计算机图形学的基本算法29

3.1直线的扫描转换29

3.2圆的生成32

3.2.1正多边形逼近算法33

3.2.2 Bresenham算法34

3.3多边形填充36

3.3.1多边形的扫描转换36

3.3.2单向链表41

3.3.3边标志填充算法46

3.3.4种子填充算法47

作业题49

第4章 裁剪与变换51

4.1二维坐标系统51

4.1.1世界坐标系51

4.1.2设备坐标系51

4.1.3规格化设备坐标系51

4.2窗口一视区的变换52

4.3二维图形的裁剪53

4.3.1点的裁剪54

4.3.2直线的裁剪54

4.3.3多边形的裁剪58

4.4二维图形的几何变换60

4.4.1图形的变换方法60

4.4.2二维图形的基本变换61

4.4.3组合变换67

4.5三维形体的几何变换69

4.5.1比例变换70

4.5.2平移变换71

4.5.3对称变换71

4.5.4错切变换72

4.5.5旋转变换74

4.5.6组合变换76

4.6投影变换77

4.6.1投影的概念77

4.6.2三视图的变换矩阵80

4.6.3轴测投影的变换矩阵81

4.6.4透视投影的变换矩阵86

4.7三维形体的观察流水线94

4.7.1 PHIGS坐标系统和坐标变换94

4.7.2观察方向变换94

4.7.3观察映射变换96

作业题103

第5章 曲线和曲面105

5.1曲线、曲面参数表示的基础知识105

5.1.1矢量105

5.1.2曲线与曲面的参数表示105

5.1.3插值、逼近、拟合与光顺107

5.1.4几何不变性108

5.1.5曲线的参数连续性和几何连续性109

5.1.6多项式基函数110

5.1.7数据点的参数化110

5.2参数三次样条曲线112

5.2.1参数三次样条曲线的力学背景112

5.2.2三次曲线方程112

5.2.3 C1分段的三次埃米尔特插值曲线114

5.2.4参数三次样条曲线115

5.2.5边界条件116

5.2.6计算插值119

5.3贝齐尔曲线120

5.3.1贝齐尔曲线的表示式121

5.3.2贝齐尔曲线的性质123

5.3.3贝齐尔曲线的线性运算124

5.3.4贝齐尔曲线的分割126

5.4 B样条曲线128

5.4.1基本概念128

5.4.2各种类型的B样条曲线133

5.4.3计算B样条曲线上点的德布尔算法141

5.4.4 B样条曲线转换为分段贝齐尔曲线的算法143

5.4.5 B样条曲线的反算145

5.5 NURBS曲线147

5.5.1 NURBS方法的提出及其优缺点147

5.5.2 NURBS曲线的定义148

5.5.3权因子对NURBS曲线形状的影响149

5.6贝齐尔曲面149

5.6.1定义贝齐尔曲面的张量积方法150

5.6.2贝齐尔曲面的性质151

5.6.3贝齐尔曲面的片分割与三角化151

5.7 B样条曲面155

5.7.1 B样条曲面及其性质155

5.7.2 B样条曲面的正算156

5.7.3 B样条曲面的反算157

5.8 NURBS曲面160

5.9曲线、曲面的过渡与拼接160

5.9.1曲线、曲面过渡160

5.9.2曲线、曲面拼接161

作业题165

第6章 立体视技术168

6.1立体视的原理168

6.2立体视的因素169

6.2.1生理因素169

6.2.2心理因素172

6.3各种立体视技术172

6.3.1两眼式173

6.3.2多眼式176

6.3.3超多眼式177

6.3.4深度信息表示方式180

6.3.5积分照相方式182

6.3.6全息方式184

6.3.7体积表示方式186

6.4立体视的变换187

6.5立体图像的制作189

6.5.1绘制189

6.5.2 3D-CG生成189

6.5.3摄影（像）190

6.5.4 2D→3D变换192

作业题195

第7章 隐藏线和隐藏面的消除196

7.1概述196

7.1.1物体空间的消隐算法197

7.1.2图像空间的消隐算法197

7.2形体的模型198

7.2.1线框模型198

7.2.2表面模型199

7.2.3实体模型199

7.3消隐算法常用的几种几何计算方法200

7.3.1两直线段的交点200

7.3.2平面多边形的外法矢量201

7.3.3包含性检验201

7.3.4包围盒检验202

7.3.5交矩形检验202

7.3.6深度检验203

7.3.7平面和棱边的分类204

7.4凸多面体的消隐205

7.5任意平面立体的隐藏线消除206

7.5.1算法的基本思路206

7.5.2剔除朝后面和建立潜在可见面表207

7.5.3建立潜在可见棱边表207

7.5.4求每条潜在可见棱边与各个朝前面的隐藏关系208

7.6深度缓冲器算法208

7.7扫描线深度缓冲器算法210

7.7.1数据准备211

7.7.2隐藏面的消除211

作业题212

第8章 真实感图形的显示213

8.1基本光照模型213

8.2颜色216

8.3法线矢量的计算217

8.4镜面反射光线矢量的计算218

8.5多边形的明暗处理218

8.5.1兰伯特明暗处理法218

8.5.2古兰德明暗处理法219

8.5.3冯氏明暗处理法220

作业题221

第9章 交互式绘图技术222

9.1交互式绘图概述222

9.2交互式输入的基本模式222

9.2.1请求模式223

9.2.2取样模式223

9.2.3事件模式223

9.3基本交互任务和交互式绘图技术224

9.3.1定位交互任务224

9.3.2选择交互任务224

9.3.3文本交互任务225

9.3.4定量交互任务225

9.3.5定向交互任务225

9.3.6定路径交互任务225

9.3.7三维交互任务225

9.3.8组合交互任务226

9.4交互式绘图系统的构造227

9.4.1交互式绘图系统228

9.4.2用户接口及其组成228

9.5 OpenGL对交互式绘图的支持236

9.5.1物体的选择236

9.5.2信息反馈238

作业题243

参考文献244