第1章 緒論 1 1.1 計算機圖形學的概念 1 1.2 計算機圖形學的研究內容 1 1.3 計算機圖形系統的組成 6 1.4 點陣圖形顯示器簡介 7 1.5 計算機圖形學的應用 8 習題1 12 第2章 圖形處理中的幾何問題 13 2.1 圖形坐標系 13 2.1.1 世界坐標系 14 2.1.2 局部坐標系 14 2.1.3 觀察坐標系 15 2.1.4 設備坐標系 15 2.1.5 規范化設備坐標系 16 2.2 幾何元素的定義及特點 17 2.3 平面圖形的幾何性質 18 2.4 幾何元素之間的位置判斷 20 2.5 幾何元素之間的求交計算 23 2.6 多邊形及其凸凹性 28 2.6.1 基本概念 28 2.6.2 多邊形凸凹性的判斷 30 2.7 多邊形的分解與網格劃分 31 2.7.1 凸多邊形的三角分解 31 2.7.2 凹多邊形的分解 31 2.7.3 帶內環多邊形的分解與基于單調鏈的凸分解 32 2.7.4 Delaunay三角剖分 35 2.7.5 用于三角剖分的前沿推進法 36 習題2 39 第3章 圖形軟件設計技術 40 3.1 軟件的模塊化設計 40 3.2 交互任務 41 3.3 交互技術 44 3.4 用戶接口 49 3.4.1 用戶接口的設計目標 49 3.4.2 用戶接口的設計步驟 50 3.4.3 用戶接口的風格 50 3.4.4 用戶接口的設計原則 52 3.5 交互式圖形軟件的界面構成及界面元素 54 3.5.1 圖形軟件主界面 54 3.5.2 圖形軟件子界面及其主要組成元素 56 3.6 圖形軟件標準 57 3.6.1 GKS系統和GKS3D系統 58 3.6.2 PHIGS系統 60 3.7 OpenGL系統及其應用開發 61 3.7.1 OpenGL的功能 61 3.7.2 OpenGL開發庫的組成 62 3.7.3 OpenGL繪圖的基本步驟 67 3.7.4 VC環境下進行OpenGL編程的步驟 69 3.7.5 OpenGL 編程示例 70 習題3 84 第4章 圖形變換與裁剪 85 4.1 二維圖形的幾何變換 86 4.1.1 點的變換與仿射變換 86 4.1.2 基本變換 86 4.1.3 齊次坐標 90 4.1.4 組合變換 92 4.2 窗口到視區的坐標變換 95 4.3 二維圖形的裁剪問題 96 4.4 二維圖形裁剪的經典算法 99 4.4.1 直線段裁剪與CohenSutherland算法 99 4.4.2 多邊形裁剪與SutherlandHodgman算法 101 4.4.3 WeilerAtherton算法 104 4.5 三維圖形的處理流程 106 4.6 三維圖形幾何變換之模型變換 107 4.6.1 三維基本變換 107 4.6.2 三維組合變換 115 4.7 正平行投影變換 117 4.8 透視投影變換 120 4.8.1 滅點與透視投影特性 120 4.8.2 點的透視變換 121 4.8.3 物體的透視變換與透視圖 123 4.9 局部坐標系與世界坐標系之間的坐標變換 125 4.10 三維裁剪 132 習題4 135 第5章 曲線與曲面 137 5.1 曲線、曲面基礎 137 5.2 插值曲線 143 5.2.1 Hermite曲線 143 5.2.2 Cardinal樣條曲線 146 5.2.3 三次參數樣條曲線 148 5.3 逼近曲線 151 5.3.1 Bézier曲線 151 5.3.2 均勻B樣條曲線 157 5.3.3 *小二乘法擬合曲線 163 5.4 擬合曲面 165 5.4.1 張量積曲面的概念 165 5.4.2 Bézier曲面 167 5.4.3 均勻B樣條曲面 171 5.4.4 Coons曲面 174 5.5 一般B樣條與NURBS樣條 178 5.5.1 一般B樣條曲線 178 5.5.2 一般B樣條曲面 185 5.5.3 NURBS曲線 186 5.5.4 NURBS曲面 191 習題５ 193 第6章 幾何造型 196 6.1 幾何造型基礎 197 6.1.1 物體的幾何信息和拓撲信息 197 6.1.2 三維形體的表示形式 199 6.1.3 正則形體與歐拉公式 201 6.1.4 實體造型中的體素 202 6.1.5 布爾運算與正則布爾運算 203 6.1.6 實體模型的表示與造型方法 205 6.1.7 局部造型與歐拉操作 210 6.2 實體造型中的數據結構 212 6.3 三維布爾運算的實現 216 6.3.1 三維布爾運算算法 216 6.3.2 二維布爾運算算法 220 習題6 222 第7章 消隱處理 224 7.1 概述 224 7.2 單個凸多面體的消隱算法 226 7.3 一般平面立體的消隱算法 227 7.4 深度存儲算法 232 7.5 掃描線算法 233 習題7 235 第8章 真實感圖形的生成 236 8.1 概述 236 8.2 顏色模型 237 8.3 光照明模型與基本光照明模型 243 8.3.1 光照明模型的概念 243 8.3.2 基本光照明模型 244 8.4 多邊形表面的明暗處理 248 8.5 透明處理 251 8.6 陰影處理 253 8.7 整體光照明模型 255 8.8 紋理及其映射技術 260 8.8.1 紋理與光照明模型的關系 260 8.8.2 顏色紋理定義及其映射 261 8.8.3 幾何紋理及其實現 264 習題8 266 第9章 圖形學研究專題 267 9.1 彩色云圖技術 267 9.2 分形幾何 273 9.2.1 分形幾何基礎 274 9.2.2 分形布朗運動模型 277 9.2.3 L系統 280 9.2.4 迭代函數系統 283 9.2.5 粒子系統 284 9.3 計算機動畫 285 9.3.1 計算機動畫的應用與發展 287 9.3.2 計算機動畫的實現方式 289 9.3.3 計算機動畫系統的類型 290 9.3.4 畫面生成與動畫建模技術 291 習題9 297 附錄 298 附錄A 課程大作業 298 附錄B 基于課程思政的“計算機圖形學”課程教學效果考核方法 300 參考文獻 304