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第1章 绪论1

1.1 计算机图形学基本概念2

1.2 计算机图形学的典型应用领域及其分类3

1.2.1 典型应用领域3

1.2.2 应用分类6

1.3 交互式图形学7

1.3.1 交互式概念7

1.3.2 交互式图形系统框架8

1.4 计算机图形学及相关技术的发展11

1.4.1 图形学发展历程11

1.4.2 输出技术13

1.4.3 输入技术17

1.4.4 软件可移植性及图形标准18

1.5 图形学当前的研究动态18

1.5.1 真实感图形实时绘制19

1.5.2 计算机动画19

1.5.3 与计算机网络技术的紧密结合20

1.6 本章小结20

1.7 习题与思考21

1.8 参考文献21

第2章 常用图形软件简介22

2.1 平面类22

2.1.1 ANIMO22

2.1.2 CorelDRAW23

2.1.3 Illustrator23

2.1.4 ImageReady23

2.1.5 PageMaker与InDesign24

2.1.6 Painter24

2.1.7 Paint Shop Pro24

2.1.8 PhotoImpact24

2.1.9 PhotoLine25

2.1.10 PhotoShop25

2.1.11 Photoshop Elements26

2.2 三维类26

2.2.1 3D Studio Max26

2.2.2 Bryce27

2.2.3 Canoma27

2.2.4 COOL 3D28

2.2.5 Dimensions28

2.2.6 Extreme 3D28

2.2.7 Houdini28

2.2.8 Lightscape29

2.2.9 LightWave 3D29

2.2.10 Maya29

2.2.11 Mental Ray30

2.2.12 Poser30

2.2.13 RenderMan30

2.2.14 Rhino 3D31

2.2.15 SoftImage 3D/XSI31

2.2.16 Sumatra32

2.2.17 Swift 3D32

2.3 多媒体类32

2.3.1 After Effects32

2.3.2 Authorware32

2.3.3 Combustion33

2.3.4 Digital Fusion33

2.3.5 Director33

2.3.6 Premiere34

2.3.7 Ulead Video Studio34

2.3.8 Toolbook34

2.4 网络类35

2.4.1 DreamWeaver35

2.4.2 Drumbeat35

2.4.3 Fireworks35

2.4.4 Flash35

2.4.5 FreeHand36

2.4.6 FrontPage36

2.4.7 GIF Animator37

2.4.8 Swish37

2.5 工程类38

2.5.1 ACIS38

2.5.2 3D Studio VIZ38

2.5.3 AutoCAD39

2.5.4 AutoDesk VIZ39

2.5.5 CAXA39

2.5.6 MicroStation40

2.5.7 Pro/Enginer40

2.5.8 Unigraphics40

2.6 工具类40

2.6.1 ACDSee41

2.6.2 SWF Browse41

2.6.3 EXE2SWF41

2.6.4 FiLMBOX41

2.6.5 FlashForge41

2.6.6 Konvertor42

2.6.7 SnagIt42

2.7 编程类42

2.7.1 Cg图形编程语言42

2.7.2 C＃中图形编程42

2.7.3 Delphi中图形编程43

2.7.4 OpenGL43

2.7.5 RomPager Java图形包43

2.7.6 VC＋＋中图形编程功能43

2.7.7 VRML虚拟现实建模语言43

2.8 本章小结44

2.9 习题与思考44

第3章 基于光栅扫描的二维图元生成算法45

3.1 直线的扫描变换45

3.1.1 基本增量算法46

3.1.2 中点画线算法48

3.1.3 Bresenham画线算法52

3.2 圆与椭圆的扫描变换55

3.2.1 圆的扫描变换55

3.2.2 椭圆的扫描变换67

3.3 区域填充71

3.3.1 多边形域的填充71

3.3.2 圆域的填充85

3.3.3 图案填充85

3.4 线宽与线型的处理86

3.4.1 直线线宽的处理86

3.4.2 圆弧线宽的处理88

3.4.3 线型的处理89

3.5 字符90

3.5.1 矢量字符90

3.5.2 点阵字符91

3.5.3 字型技术92

3.5.4 字符输出93

3.6 裁剪95

3.6.1 窗口视口变换96

3.6.2 线段裁剪96

3.6.3 多边形裁剪108

3.6.4 字符裁剪117

3.7 反走样基础118

3.7.1 提高分辨率119

3.7.2 简单的区域反走样算法119

3.7.3 卷积积分与反走样算法120

3.7.4 半色调技术121

3.8 本章小结122

3.9 习题与思考123

3.10 参考文献123

第4章 图形硬件与图形软件标准化124

4.1 图形输入设备124

4.1.1 键盘125

4.1.2 鼠标器127

4.1.3 键盘与鼠标的接口及其标准129

4.1.4 触摸屏129

4.1.5 坐标数字化仪131

4.1.6 图形扫描仪132

4.1.7 数码相机133

4.1.8 手写笔135

4.2 图形输出设备135

4.2.1 图形显示设备135

4.2.2 图形绘制设备146

4.3 图形处理设备149

4.3.1 图形处理器149

4.3.2 视频控制器150

4.3.3 显示处理器150

4.4 图形标准化概述151

4.5 图形程序接口标准152

4.5.1 GKS标准152

4.5.2 GKS-3D标准154

4.5.3 PHIGS标准155

4.5.4 非官方图形标准158

4.6 图形元文件158

4.6.1 GKSM和VDM文件158

4.6.2 CGM文件159

4.7 设备接口标准160

4.7.1 VDI虚拟设备接口160

4.7.2 CGI计算机图形设备接口160

4.8 应用程序接口标准161

4.8.1 概述161

4.8.2 原始图形交换规范（IGES）161

4.8.3 产品模型数据转换标准（STEP）163

4.9 本章小结166

4.10 习题与思考167

第5章 几何变换168

5.1 二维变换168

5.1.1 平移变换168

5.1.2 比例变换169

5.1.3 旋转变换169

5.2 齐次坐标系和二维变换的矩阵表示171

5.2.1 平移变换171

5.2.2 比例变换172

5.2.3 旋转变换173

5.2.4 刚体变换和仿射变换173

5.2.5 对称变换175

5.3 二维变换的组合175

5.3.1 关于任意点P1旋转变换物体175

5.3.2 关于任意点P1比例变换物体176

5.3.3 综合变换176

5.4 窗口到视口的变换177

5.4.1 基本概念177

5.4.2 视窗变换实例WindowToViewport的设计178

5.5 仿射变换的效率问题182

5.6 三维变换的矩阵表示183

5.7 三维变换的组合186

5.7.1 实例一186

5.7.2 实例二189

5.8 坐标系的变换190

5.9 三维变换中的对称变换矩阵193

5.10 本章小结194

5.11 习题与思考195

第6章 三维视图196

6.1 投影196

6.1.1 透视投影198

6.1.2 平行投影198

6.2 三维视图的定义202

6.3 平面几何投影的计算205

6.4 平面几何投影的实现209

6.4.1 平行投影210

6.4.2 透视投影212

6.4.3 三维规格化裁剪盒的裁剪214

6.4.4 在齐次坐标系中裁剪215

6.4.5 映射到视区217

6.4.6 视图变换实现方法小结218

6.5 坐标系名称218

6.6 本章小结219

6.7 习题与思考220

第7章 三维图形的绘制实践221

7.1 交互式图形系统应用实例介绍221

7.1.1 Photoshop制作爆炸效果221

7.1.2 用Photoshop制作立体台灯225

7.2 奖杯的制作229

7.3 利用VC设计三维投影程序236

7.3.1 用户界面的设计237

7.3.2 视图过程的简化处理237

7.3.3 程序结构的设计242

7.4.4 物体模型的描述243

7.3.5 视图类的设计245

7.3.6 3DViewing的具体实现245

7.4 利用OpenGL图形包编制应用程序254

7.4.1 OpenGL的构成及工作流程254

7.4.2 OpenGL的运行环境要求255

7.4.3 OpenGL的应用程序开发255

7.5 本章小结272

7.6 习题与思考273

7.7 参考文献273

第8章 图形用户界面与交互技术274

8.1 交互任务275

8.2 交互技术276

8.2.1 定位操作277

8.2.2 选图278

8.2.3 实数输入设备280

8.2.4 字符输入280

8.2.5 功能选择281

8.2.6 几何约束281

8.2.7 拖动283

8.2.8 橡皮筋技术283

8.2.9 图形变比284

8.2.10 引力场效果285

8.2.11 标尺和导向线286

8.2.12 坐标显示286

8.2.13 菜单287

8.2.14 在三视图上作三维输入287

8.2.15 扫描表示288

8.3 图形输入模式288

8.4 图形输出属性及其处理方法290

8.4.1 直线的属性290

8.4.2 多边形填色的属性290

8.4.3 字符的属性291

8.4.4 符号的属性291

8.4.5 属性的组合控制291

8.4.6 属性的查询292

8.5 设计人机图形交互的一般原则292

8.5.1 简单易学292

8.5.2 提供反馈292

8.5.3 出错处理293

8.5.4 设计的一致性293

8.5.5 可扩充性293

8.6 交互技术应用实例293

8.6.1 界面设计293

8.6.2 结构设计294

8.6.3 程序实现295

8.6.4 程序小结295

8.7 本章小结295

8.8 练习与思考296

8.9 参考文献296

第9章 真实感图形的显示297

9.1 消隐处理298

9.1.1 消隐的基础知识298

9.1.2 常用的消隐方法298

9.2 光照模型及浓淡处理305

9.2.1 漫射光照明305

9.2.2 点光源照明和镜面反射306

9.2.3 浓淡形成算法308

9.2.4 整体光照明模型308

9.3 计算机色彩的构成310

9.4 透明312

9.5 阴影312

9.6 纹理313

9.7 三维真实感图形显示314

9.7.1 多面体的仿真显示314

9.7.2 曲面的仿真显示315

9.7.3 视线投射算法315

9.8 真实感图形显示技术应用实例316

9.8.1 光照模型实例316

9.8.2 阴影模型实例320

9.8.3 纹理模型实例323

9.9 本章小结327

9.10 习题与思考327

9.11 参考文献327

第10章 曲线与曲面328

10.1 曲线的产生328

10.1.1 DDA曲线生成算法328

10.1.2 内插法331

10.2 自由曲线338

10.2.1 三次参数样条曲线段338

10.2.2 三次Bézier曲线段342

10.2.3 三次B样条曲线段345

10.2.4 NURBS曲线350

10.3 曲面350

10.3.1 Coons曲面350

10.3.2 Bézier曲面352

10.3.3 B样条曲面353

10.3.4 特殊曲面的生成354

10.4 曲线与曲面实例355

10.4.1 曲线DDA算法实例355

10.4.2 Bézier曲面算法实例355

10.5 本章小结358

10.6 习题与思考358

第11章 实体建模359

11.1 实体的表示360

11.1.1 参考坐标系360

11.1.2 元素的定义361

11.1.3 常用的形体表示方式363

11.2 二维图形数据结构369

11.2.1 数据的逻辑结构369

11.2.2 数据的物理结构370

11.3 三维形体数据结构370

11.4 实体建模实例373

11.4.1 实例程序功能与设计373

11.4.2 详细设计与实现效果373

11.5 本章小结378

11.6 习题与思考378

第12章 计算机动画技术简介379

12.1 动画技术的发展与分类379

12.1.1 动画技术的发展历程379

12.1.2 动画的种类划分380

12.2 计算机动画制作的关键技术和技巧381

12.2.1 制作动画的基本步骤381

12.2.2 关键帧动画382

12.2.3 渐变和变形物体动画383

12.2.4 形状过渡385

12.2.5 过程动画385

12.2.6 人体动画与关节动画386

12.2.7 运动捕获技术386

12.2.8 设定运动路径387

12.2.9 换页法387

12.2.10 位图运算法387

12.3 计算机动画的实现技术388

12.3.1 动画播放388

12.3.2 利用C语言中getimage（）和putimage（）函数实现动画389

12.3.3 多重屏幕页389

12.4 程序举例390

12.4.1 利用C语言编程实现动画390

12.4.2 利用网页动画制作软件Flash直接生成网页动画391

12.5 计算机动画发展的未来391

12.6 本章小结392

12.7 习题与思考393

第13章 简单图形系统的实现394

13.1 画板系统的需求分析395

13.2 设计考虑395

13.2.1 设计思路395

13.2.2 设计层次396

13.3 界面设计397

13.4 类的设计399

13.4.1 图形类400

13.4.2 CShapeManager类423

13.4.3 CHistory类432

13.4.4 对一些自动生成类的介绍434

13.5 三维图形系统实例440

13.5.1 物体及场景的绘制441

13.5.2 鼠标交互技术443

13.6 图形系统设计的一般原则445

13.7 习题与思考446

第14章 虚拟现实与可视化技术447

14.1 虚拟现实447

14.1.1 虚拟现实采用的关键技术447

14.1.2 虚拟现实系统的应用分类448

14.1.3 虚拟现实的应用前景449

14.2 科学计算可视化451

14.2.1 可视化的主要特点及应用451

14.2.2 三维可视化技术453

14.2.3 矢量场可视化的研究453

14.3 虚拟现实编程实例——虚拟生活小区455

14.3.1 虚拟现实造型语言455

14.3.2 实例介绍458

14.4 本章小结466

14.5 习题与思考467

14.6 参考文献467

第15章 立体显示技术468

15.1 立体显示研究背景及基本概念468

15.1.1 立体显示的基本概念468

15.1.2 电视与显示器的变革468

15.1.3 立体显示产品与研究现状469

15.2 立体视觉基本原理470

15.2.1 视差470

15.2.2 立体感原理与立体成像系统的任务470

15.3 立体显示技术与思想综述471

15.3.1 立体显示的分类471

15.3.2 时间复用的显示方式471

15.3.3 同步显示方式471

15.3.4 立体显示系统的组成471

15.3.5 体视显示方式472

15.3.6 自体视显示方式472

15.4 立体图像的获取476

15.4.1 用立体摄像机对拍摄立体图像476

15.4.2 用深度摄像机拍摄立体图像477

15.4.3 通过平面图像生成立体图像478

15.5 立体显示技术所需要的编码技术478

15.5.1 基于视差和深度的编码478

15.5.2 混合分辨率编码479

15.5.3 多视点编码479

15.6 立体视频在Internet上的传输479

15.7 立体显示技术展望及应用480

15.7.1 立体显示技术的发展方向480

15.7.2 立体显示技术的潜在应用480

15.8 本章小结481

15.9 习题与思考481

15.10 参考文献482

附录A 空间与矩阵概念483

A1 空间483

A1.1 标量483

A1.2 向量空间483

A1.3 仿射空间485

A1.4 欧几里得空间486

A1.5 投影487

A1.6 Gram-Schmidt正交化487

A1.7 参考书目488

A2 矩阵488

A2.1 定义488

A2.2 矩阵运算489

A2.3 行矩阵与列矩阵489

A2.4 秩490

A2.5 表示法的变化490

A2.6 叉积491

A2.7 特征值和特征向量492

A2.8 参考书目493

附录B 动画制作综合实例之摔跤游戏的制作494

B.1 游戏功能描述494

B.2 设计思路495

B.3 详细设计与实现概述496

B.3.1 菜单模块的实现496

B.3.2 界面安排与绘制模块的实现497

B.3.3 声音处理模块的实现501

B.3.4 游戏信息、摔跤相关知识、帮助模块的实现501

B.3.5 保存玩家分数模块的实现502

B.3.6 游戏程序控制模块的实现502

B.4 总结与延伸507

参考文献509

图形学概念索引510