第 1章 計算機圖形學概述 .........................１ １暢１ 計算機圖形學的概念與研究內容 ..................１ １暢１暢１ 圖形的概念 .........................１ １暢１暢２ 計算機圖形學的研究內容 ....................２ １暢２ 計算機圖形學的發(fā)展史 ......................２ １暢２暢１ 計算機圖形設備和交互技術 ...................２ １暢２暢２ 計算機圖形系統(tǒng) ........................３ １暢２暢３ 計算機圖形的標準化 ......................４ １暢３ 計算機圖形學的應用 .......................５ 習題 .................................７第 2章 計算機繪圖初步知識 ........................８ ２暢１ 如何在計算機上繪圖 .......................８ ２暢１暢１ 計算機繪圖的一般方法 .....................８ ２暢１暢２ 一般圖形的顯示流程 ......................９ ２暢２ OpenGL圖形軟件包簡介 .....................１０ ２暢２暢１ 基本幾何圖元的繪圖函數 ....................１０ ２暢２暢２ 三維坐標變換函數 ......................１１ ２暢２暢３ 投影變換函數 ........................１１ ２暢２暢４ 顏色設置函數 ........................１２ ２暢２暢５ 光照模型函數 ........................１２ ２暢２暢６ OpenGL繪圖例子 ......................１２ 習題 ................................１５第 3章 計算機圖形系統(tǒng)及硬件基礎 ....................１６ ３暢１ 概述 ..............................１６ ３暢１暢１ 計算機系統(tǒng)中的圖形設備 ....................１６ ３暢１暢２ 圖形的輸入輸出處理流程 ....................１６ ３暢１暢３ 圖形工作站與 PC機 ......................１７ ３暢２ 圖形顯示原理 ..........................１８ ３暢２暢１ CRT顯示器 .........................１８ ３暢２暢２ 液晶顯示器 .........................２６ ３暢２暢３ 等離子顯示器 ........................２８ ３暢２暢４ ３種顯示技術的比較 ......................２９ ３暢２暢５ 顯卡 ...........................２９ ３暢２暢６ 顯卡對 OpenGL的支持 .....................３１３暢３ 繪圖設備 ............................３２ ３暢３暢１ 噴墨繪圖機 .........................３２ ３暢３暢２ 激光打印機 .........................３２ ３暢３暢３ 筆式繪圖機 .........................３３ ３暢４ 圖形輸入設備 ..........................３５ ３暢４暢１ 光筆 ...........................３５ ３暢４暢２ 數字化儀和手寫輸入板 .....................３６ ３暢４暢３ 觸摸屏 ...........................３６ ３暢４暢４ 圖形掃描儀 .........................３７ ３暢４暢５ 數字墨水 ..........................３８ ３暢４暢６ 數據手套 ..........................３９ ３暢４暢７ 三維鼠標 ..........................３９ 習題 ................................３９第 4章 基本光柵圖形算法 ........................４１ ４暢１ 直線生成算法 ..........................４１ ４暢１暢１ 生成直線的 DDA方法 .....................４２ ４暢１暢２ 正負法 ...........................４３ ４暢１暢３ Bresenham算法 .......................４４ ４暢１暢４ 改進后的 Bresenham算法 ....................４５ ４暢２ 圓弧生成算法 ..........................４６ ４暢２暢１ 正負法 ...........................４６ ４暢２暢２ Bresenham生成圓弧的算法 ...................４８ ４暢２暢３ 圓弧的離散生成 .......................４９ ４暢２暢４ 橢圓生成算法 ........................５０ ４暢３ 多邊形的填充 ..........................５１ ４暢３暢１ 多邊形的表示方法 ......................５１ ４暢３暢２ 多邊形填充的掃描線算法 ....................５２ ４暢３暢３ 邊緣填充算法 ........................５６ ４暢３暢４ 邊界標志算法 ........................５６ ４暢４ 區(qū)域填充 ............................５８ ４暢４暢１ 區(qū)域的基本概念 .......................５８ ４暢４暢２ 簡單的種子填充算法 .....................６０ ４暢４暢３ 掃描線種子填充算法 .....................６０ ４暢５ 光柵圖形的反走樣算法 ......................６２ ４暢５暢１ 光柵圖形的走樣現象 .....................６２ ４暢５暢２ 提高分辨率的反走樣算法 ....................６３ ４暢５暢３ 線段反走樣算法 .......................６４ ４暢５暢４ 多邊形反走樣算法 ......................６４ 習題 ................................６５第 5章 變換和裁剪 ...........................６７ ５暢１ 變換的數學基礎 .........................６７ ５暢１暢１ 點和距離 ..........................６７ ５暢１暢２ 矢量 ...........................６７ ５暢１暢３ 矩陣 ...........................６９ ５暢２ 幾何變換 ............................７１ ５暢２暢１ 基本變換 ..........................７１ ５暢２暢２ 齊次坐標與變換的矩陣表示 ...................７４ ５暢２暢３ 變換的模式.........................７５ ５暢３ 裁剪 ..............................７８ ５暢３暢１ Sutherland‐Cohen算法 .....................７９ ５暢３暢２ Cyrus‐Beck算法和梁友棟 ‐Barsky算法 ...............８１ ５暢３暢３ 多邊形裁剪 .........................８４ ５暢３暢４ 字符裁剪 ..........................８６ ５暢４ OpenGL中簡單的變換實例 ....................８６ 習題 ................................８８第 6章 三維空間的觀察.........................８９ ６暢１ 投影 ..............................８９ ６暢１暢１ 透視投影 ..........................９０ ６暢１暢２ 平行投影 ..........................９１ ６暢１暢３ 任意坐標系到觀察坐標系中的變換 ................９２ ６暢１暢４ 射影變換 ..........................９５ ６暢２ 視見體到規(guī)范視見體的變換 ....................９６ ６暢２暢１ 平行投影視見體的規(guī)范化 ....................９７ ６暢２暢２ 透視投影視見體的規(guī)范化 ....................９８ ６暢３ 用三維規(guī)范體裁剪 ........................９９ ６暢４ 窗口到視口的變換 .......................１０１ ６暢５ 連續(xù)變換的處理 ........................１０２ ６暢６ OpenGL中簡單圖形變換實例 ..................１０３ ６暢６暢１ OpenGL中的圖形變換 ....................１０３ ６暢６暢２ OpenGL中的圖形變換應用舉例 .................１０４ 習題 ................................１０９第 7章 人機交互繪圖技術 ........................１１１ ７暢１ 基本圖形輸入設備和基本交互任務 ................１１１ ７暢１暢１ 基本的圖形輸入設備 .....................１１１ ７暢１暢２ 基本交互任務 ........................１１２ ７暢２ 人機交互輸入模式 .......................１１４ ７暢２暢１ 請求模式 .........................１１４ ７暢２暢２ 樣本模式 .........................１１５７暢２暢３ 事件模式 .........................１１５ ７暢２暢４ 輸入方式的混合使用 .....................１１６ ７暢３ 常見輔助交互技術 .......................１１６ ７暢３暢１ 幾何約束 .........................１１６ ７暢３暢２ 拖拽 ...........................１１７ ７暢３暢３ 在三視圖上做三維輸入 ....................１１８ ７暢３暢４ 結構平面 .........................１１９ ７暢３暢５ 新的交互技術 ........................１１９ ７暢４ OpenGL中的交互式繪圖技術 ..................１２１ ７暢４暢１ 選擇 ...........................１２１ ７暢４暢２ 反饋 ...........................１２４ ７暢５ 人機交互的發(fā)展 ........................１２８ 習題 ................................１２９第 8章 隱藏線和隱藏面的消除 ......................１３１ ８暢１ 可見面判斷的有效技術 .....................１３２ ８暢１暢１ 邊界盒 ..........................１３２ ８暢１暢２ 后向面消除 ........................１３３ ８暢１暢３ 非垂直投影轉換成垂直投影 ..................１３４ ８暢２ 多面體隱藏線消除算法 .....................１３５ ８暢２暢１ 算法的基本思想 .......................１３５ ８暢２暢２ 確定邊 L和多邊形 E關系的技術 ................１３６ ８暢２暢３ 確定 L的可見部分 ......................１３７ ８暢３ 基于窗口的子分算法 ......................１３８ ８暢４ 基于多邊形的子分算法 .....................１４０ ８暢５ z緩沖器算法和掃描線算法 ...................１４１ ８暢６ 優(yōu)先級排序表算法 .......................１４４ ８暢７ 光線投射算法 .........................１４６ ８暢８ 曲面的隱藏線消除 .......................１４６ 習題 ................................１４８第 9章 簡單光照明模型 .........................１５０ ９暢１ 簡單光照明模型 ........................１５０ ９暢１暢１ 光源 ...........................１５０ ９暢１暢２ 材質 ...........................１５１ ９暢１暢３ 簡單光照明模型 .......................１５２ ９暢２ 光滑明暗處理技術 .......................１５５ ９暢２暢１ Gouraud明暗處理技術 ....................１５６ ９暢２暢２ Phong明暗處理技術 .....................１５８ ９暢３ OpenGL環(huán)境下的光照明模型 ..................１５９ ９暢３暢１ OpenGL中的顏色設置及光照明模型 ...............１６０ ９暢３暢２ OpenGL應用舉例 ......................１６３ 習題 ................................１６７第 10章 Bézier曲線曲面 ........................１６９ １０暢１ 曲線曲面的基礎知識 ......................１６９ １０暢１暢１ 曲線的表示 ........................１６９ １０暢１暢２ 參數曲線的切矢量、弧長、法矢量和曲率 .............１７１ １０暢１暢３ 參數曲面的切平面和法矢量 ..................１７４ １０暢１暢４ 參數曲線的多項式表示 ....................１７４ １０暢１暢５ 參數連續(xù)性和幾何連續(xù)性 ...................１７５ １０暢２ Bézier曲線 ..........................１７７ １０暢２暢１ Bézier曲線的定義 ......................１７７ １０暢２暢２ Bézier曲線的性質 ......................１７８ １０暢２暢３ 例子 ...........................１７９ １０暢２暢４ Bézier曲線性質的進一步討論 .................１８０ １０暢２暢５ Bézier曲線的拼接 ......................１８２ １０暢２暢６ Bézier曲線的離散生成 ....................１８３ １０暢３ Bézier曲面 ..........................１８５ １０暢３暢１ Bézier曲面的定義和性質 ...................１８５ １０暢３暢２ Bézier曲面的拼接 ......................１８７ １０暢３暢３ 用 Bézier曲面造型 .....................１８７ １０暢３暢４ Bézier曲面的離散生成 ....................１８８ 習題 ................................１９０第 11章 B樣條曲線曲面、 Coons曲面和有理樣條曲線曲面 ..........１９２ １１暢１ B樣條曲線曲面 ........................１９２ １１暢１暢１ B樣條基函數的定義和性質 ..................１９２ １１暢１暢２ B樣條曲線的定義和性質 ...................１９３ １１暢１暢３ B樣條曲線的計算 ......................１９５ １１暢１暢４ 三次均勻 B樣條曲線 ....................１９７ １１暢１暢５ 例子 ...........................１９９ １１暢１暢６ B樣條曲面的定義和性質 ...................２０１ １１暢１暢７ 用 B樣條曲面造型 .....................２０１ １１暢２ Coons曲面 ..........................２０２ １１暢２暢１ 雙線性 Coons曲面 .....................２０３ １１暢２暢２ 雙三次 Coons曲面 .....................２０３ １１暢２暢３ 用 Coons曲面造型 .....................２０５ １１暢３ 雙三次 Bézier曲面、 B樣條曲面和 Coons曲面的互化 ........２０６ １１暢３暢１ 三次 Bézier曲線、 B樣條曲線和 Hermite曲線的互化 .........２０６ １１暢３暢２ 雙三次 Bézier曲面、 B樣條曲面和 Coons曲面的互化 .........２０８ １１暢４ 有理 Bézier曲線曲面 ......................２０９ １１暢４暢１ 有理曲線 .........................２０９ １１暢４暢２ 有理 Bézier曲線 ......................２１０ １１暢４暢３ 有理 Bézier曲線的齊次表示 ..................２１０ １１暢４暢４ 二次有理 Bézier曲線 .....................２１１ １１暢４暢５ 有理 Bézier曲線對圓的表示 ..................２１３ １１暢４暢６ 有理 Bézier曲面 ......................２１４ 習題 ................................２１５第 12章 三維幾何造型 .........................２１６ １２暢１ 三維物體在計算機內的表示 ...................２１６ １２暢１暢１ 三維物體的表示模型 .....................２１６ １２暢１暢２ 三維物體的表示方式 .....................２１８ １２暢２ 體素構造表示（CSG樹表示） ..................２１８ １２暢２暢１ 物體間的正則集合運算 ....................２１８ １２暢２暢２ 物體的 CSG樹表示 .....................２１９ １２暢２暢３ CSG物體性質的計算 ....................２２０ １２暢２暢４ 用光線投射算法進行 CSG物體的圖形顯示 ............２２２ １２暢３ 邊界表示法 ..........................２２３ １２暢３暢１ 物體的邊界表示 ......................２２３ １２暢３暢２ 半邊數據結構 .......................２２４ １２暢３暢３ 歐拉運算 .........................２２７ １２暢３暢４ Sweep運算和局部運算 ....................２２９ １２暢３暢５ 集合運算 .........................２３０ １２暢４ 空間分割表示 .........................２３３ １２暢４暢１ 單元分解表示 .......................２３３ １２暢４暢２ 八叉樹表示 ........................２３３ １２暢５ 基于圖像的三維造型 ......................２３６ １２暢５暢１ 雙目視覺的基本原理 .....................２３６ １２暢５暢２ 雙目視覺算法的具體實現 ...................２３７ 習題 ................................２４０第 13章 真實感圖形的繪制 .......................２４２ １３暢１ 光線跟蹤技術 .........................２４２ １３暢１暢１ 簡單透明模型 .......................２４３ １３暢１暢２ Whitted光照明模型 .....................２４４ １３暢１暢３ 光線跟蹤技術 .......................２４５ １３暢１暢４ 加速光線跟蹤技術 .....................２４６ １３暢２ 基于物理的光照明模型 .....................２４９ １３暢２暢１ 基本概念及基本光照模型 ...................２４９ １３暢２暢２ 基于物理的光照明模型 ....................２５１ １３暢２暢３ Cook‐Torrance光照明模型 ..................２５２ １３暢３ 陰影 .............................２５５ １３暢３暢１ z緩沖器陰影算法 ......................２５６ １３暢３暢２ 陰影體算法 ........................２５７ １３暢３暢３ 光線跟蹤陰影技術及半影算法 .................２５８ １３暢４ 紋理 .............................２５９ １３暢４暢１ 紋理的生成 ........................２６０ １３暢４暢２ 紋理的映射 ........................２６２ １３暢４暢３ Catmull紋理映射算法 ....................２６３ １３暢４暢４ Mip‐map紋理映射技術 ....................２６５ １３暢４暢５ 凹凸紋理映射技術 .....................２６７ １３暢５ 圖形反走樣技術 ........................２６８ １３暢５暢１ A緩沖器方法 .......................２６９ １３暢５暢２ 光線跟蹤的圖形反走樣技術 ..................２７２ １３暢６ 輻射度方法 ..........................２７３ １３暢６暢１ 輻射度方程 ........................２７４ １３暢６暢２ 形狀因子的性質 ......................２７７ １３暢６暢３ 半立方體 .........................２７７ １３暢６暢４ 輻射度方程的求解 .....................２７９ １３暢７ 基于圖像的模型和繪制 .....................２８２ １３暢７暢１ 全視函數 .........................２８３ １３暢７暢２ 圖像中隱含的幾何信息 ....................２８５ １３暢７暢３ 含有深度信息的圖像 .....................２８６ 習題 ................................２８８第 14章 科學計算可視化 ........................２９０ １４暢１ 科學計算可視化的基本步驟和方法分類 ..............２９０ １４暢１暢１ 科學計算可視化的基本步驟 ..................２９０ １４暢１暢２ 科學計算可視化方法分類 ...................２９１ １４暢２ 科學計算可視化處理的數據 ...................２９２ １４暢２暢１ 數據集的組成 .......................２９２ １４暢２暢２ 數據集的格式 .......................２９２ １４暢２暢３ 數據的屬性值 .......................２９３ １４暢３ 面繪制方法 ..........................２９３ １４暢３暢１ 基于等值線的生成方法 ....................２９３ １４暢３暢２ 基于體素的生成方法 .....................２９５ １４暢３暢３ 幾何變形模型方法 .....................３００ １４暢４ 體繪制方法 ..........................３００ １４暢４暢１ 體繪制方法出現的背景 ....................３００ １４暢４暢２ 體光照模型 ........................３０１ １４暢４暢３ 以圖像空間為序的體繪制方法 .................３０３ １４暢４暢４ 以物體空間為序的體繪制方法 .................３０４ １４暢４暢５ 體繪制方法中的一些典型的加速方法 ...............３０６ １４暢４暢６ Shear‐warp體繪制方法 ....................３０６ １４暢５ 矢量場和張量場的可視化 ....................３０７ １４暢５暢１ 矢量場可視化 .......................３０７ １４暢５暢２ 張量場的可視化 ......................３０８ 習題 ................................３０８第 15章 顏色 .............................３１１ １５暢１ 顏色特性 ...........................３１１ １５暢２ 標準基色和色彩圖 .......................３１４ １５暢２暢１ XYZ顏色模型 .......................３１４ １５暢２暢２ CIE色度圖 ........................３１５ １５暢３ 顏色模型 ...........................３１７ １５暢３暢１ RGB模型 .........................３１７ １５暢３暢２ CMY模型 ........................３１８ １５暢３暢３ YIQ模型 .........................３１８ １５暢３暢４ HSV模型 .........................３１９ １５暢４ 顏色模型間的相互轉換 .....................３１９ １５暢５ 顏色的交互選擇及應用 .....................３２２ 習題 ................................３２３附錄 開放圖形庫 OpenGL ........................３２４ OpenGL簡介 ............................３２４ OpenGL中的常用函數 ........................３２５ OpenGL顯示流程 ..........................３２８