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第0章　计算机图形学导论1

0.1　计算机图形学的发展简史1

0.2　处理计算机图形信息的三门学科1

0.3　计算机图形学的主要研究内容3

上篇　二维图形学基础14

第1章　线段图形的生成14

1.1　直线的生成15

1.1.1　直线的简单微分（Digital Differential Analyzer，记为DDA）算法15

1.1.2　直线的整数算法16

1.2　圆的生成18

1.2.1　圆的角度微分法18

1.2.2　圆的整数算法20

1.3　椭圆的生成22

1.3.1　椭圆的角度微分法22

1.3.2　椭圆的整数算法23

1.4　自由曲线的生成26

1.4.1　三次样条曲线26

1.4.2　三次参数样条曲线31

1.4.3　贝齐埃曲线34

1.4.4　B样条曲线37

1.4.4.1　均匀B样条曲线38

1.4.4.2　准均匀B样条曲线41

1.4.4.3　非均匀有理B样条曲线（Nonuniform Rational B-Splines，记为NURBS）43

1.5　矢量字符的生成45

本章小结：直线与曲线的描述、建模与生成46

习题147

第2章　实面积图形的生成50

2.1　多边形的填充50

2.1.1　多边形的定义与性质50

2.1.2　多边形的填充原理51

2.1.3　多边形的（YX）填充算法52

2.1.4　多边形的Y-X填充算法53

2.1.5　多边形的优先级填充算法58

2.2 直线与多边形的反走样显示处理技术59

2.2.1　反走样直线的面积采样生成算法60

2.2.2　反走样直线的加权面积采样生成算法61

2.2.3　实面积多边形的反走样处理62

本章小结：多边形的描述、建模、生成与直线的反走样技术64

习题265

第3章　图形的基本运算67

3.1　图形的几何变换67

3.1.1　几何变换常用的齐次坐标变换矩阵68

3.1.2　二维图形的几何变换69

3.2　图形的集合运算73

3.2.1　正则集合运算公式73

3.2.2　A,B多边形之间的相互关系对生成新多边形的影响75

3.2.3　二维图形（多边形）的集合运算的实现原理76

3.2.4　集合运算所需的数据结构与实例83

本章小结：图形建模方法的提升84

习题385

第4章　图形的观察运算86

4.1　图形的开窗86

4.1.1　图形学中常用的坐标系86

4.1.2　窗口、视区及窗视坐标变换87

4.2　图形的裁剪90

4.2.1　点与字符的裁剪90

4.2.2　直线的裁剪90

4.2.3　曲线的裁剪92

4.2.4　实面积多边形的裁剪93

本章小结：图形数据输出处理的第一步96

习题496

第5章　图形的数据输入97

5.1　图形数据输入常用的编程处理方法98

5.1.1　利用高级图形专用语言编程输入图形数据98

5.1.2　利用图形输入设备交互输入图形数据100

5.1.3　图形标准为图形数据输入提供的交互处理方法104

5.2　光栅扫描图形显示器常用的交互输入处理技术106

5.2.1　光栅扫描图形显示器的工作原理与软件功能106

5.2.2　图形的定位、拾取、命令选择等交互输入处理技术110

5.3　图形系统交互设计的基本方法113

5.3.1 图形系统交互设计的重要性与发展113

5.3.2　图形系统的交互模型与交互设计的基本原则115

5.3.3　图形系统交互设计的基本方法116

本章小结：提高向计算机输入数据的效率是人们追求的目标120

习题5121

第6章　图形的数据结构122

6.1　复合图形元素122

6.1.1　图形组123

6.1.2　重复图125

6.2　图形的基本编辑功能126

6.3　图形系统的数据结构与数据处理流程129

本章小结：图形系统的构建原理136

习题6137

下篇 三维图形学基础140

第7章　摄像机模型的建立——三维图形的显示基础140

7.1　三维图形的几何变换140

7.2　三维图形的投影148

7.2.1 三维图形常用的坐标系148

7.2.2　平行投影的基本原理149

7.2.3　正透视投影151

7.3　三维图形的正透视裁剪156

7.3.1　二维齐次屏幕坐标系与观察空间裁剪范围157

7.3.2　三维齐次屏幕坐标系与观察空间裁剪算法原理158

7.3.3　裁剪坐标系中的直线裁剪算法161

7.4　三维图形的规格化投影变换与裁剪167

7.4.1　平行投影观察空间的规格化变换与规格化裁剪169

7.4.2　透视投影观察空间的规格化变换与规格化裁剪175

本章小结：摄像机显示三维图形的原理180

习题7181

第8章　平面物体的几何构造与显示182

8.1　平面物体的描述与数据结构182

8.1.1　平面物体常用的表示模型182

8.1.2　平面物体常用的数据结构184

8.2　平面物体的全剖切运算187

8.2.1　全剖面的定义与平面物体的顶点分类187

8.2.2　被剖物体有效剖面的形成188

8.2.3　剖平面物体截面的形成190

8.2.4　形成新的剖面体191

8.3　平面物体的集合运算192

8.3.1　求交192

8.3.2　分类194

8.3.3　合并195

8.4　平面物体的三维重建输入介绍197

8.5　真实感平面物体的线框模型输出显示——隐藏线的消除199

8.6　真实感平面物体的表面模型输出显示——隐藏面的消除205

8.6.1　Z向深度缓存算法（Z缓冲器算法）205

8.6.2　扫描线深度缓存算法207

8.6.3　间隔扫描线算法209

8.6.4　快速显示多边形的BSP算法211

8.6.5　A缓冲器算法214

本章小结：平面物体建模与显示方法的成熟218

习题8219

第9章 曲面物体的构造基础与线框模型输出显示220

9.1　三维物体常用的描述方法220

9.1.1　八叉树表示法220

9.1.2　扫描表示法221

9.1.3　边界表示法222

9.1.4　元球表示法226

9.1.5　蒙皮表示法226

9.1.6　物体表示方法的选择227

9.2　常用曲面的数学描述函数228

9.2.1　扫描曲面229

9.2.2　孔斯（Coons）曲面231

9.2.3　贝齐埃曲面233

9.2.4　B样条曲面234

9.3　几何造型中的相交计算问题236

9.3.1　二维贝齐埃曲线之间的相互求交237

9.3.2　常用二次曲面之间的求交计算239

9.4　真实感曲面物体的线框模型输出显示241

9.4.1　代数法描述曲面物体的输出显示241

9.4.1.1　用轮廓线、边界线、交线显示曲面物体241

9.4.1.2　用等值线方法来显示曲面物体247

9.4.2　双参曲面物体的输出显示248

本章小结：曲面物体构造与显示方法任重而道远250

习题9251

第10章　灯光模型，物体表面反光、透光、着色模型的建立——光照物体的显示253

10.1　光色模型253

10.1.1　光源（灯光模型）253

10.1.2　颜色254

10.1.3　颜色模型259

10.2 物体的照明模型261

10.2.1　物体的简单光照模型（Phong模型）262

10.2.2　透明体的透明模型265

10.3　真实感曲面物体的表面模型输出显示267

10.3.1 曲面物体、透明物体表面的着色处理267

10.3.2　物体表面的纹理显示269

10.3.2.1　光滑纹理的显示269

10.3.2.2　凸凹纹理的显示277

10.3.3 物体的阴影显示279

10.3.3.1　阴影的Z缓冲器算法280

10.3.3.2　阴影的阴影体算法（影域多边形算法）281

10.4　高度真实感图形显示技术284

10.4.1　整体光照模型与光线跟踪算法284

10.4.1.1　Whitted整体光照模型285

10.4.1.2　光线跟踪算法原理285

10.4.1.3　光线跟踪算法中需要的各种计算288

10.4.2　辐射度算法293

10.4.2.1　理想漫射环境中的辐射度方程293

10.4.2.2　形状因子的计算公式与性质294

10.4.2.3　用半立方体方法累计计算形状因子295

10.4.2.4　求解辐射度时应注意的几个问题297

10.5 图形标准的绘图流水线作业过程301

本章小结：用计算机生成照片一样的真实感图形303

习题10304

第11章　OpenGL图形标准与应用306

11.1　OpenGL的基本原理与编程特点306

11.1.1　在Windows环境中OpenGL编程的两个基本特点306

11.1.2　OpenGL的工作原理307

11.1.3　OpenGL的基本功能308

11.2 OpenGL编程的环境设置与语法309

11.3 OpenGL中读写一个像素点的实现方法310

11.4 OpenGL的正平行投影矩阵的设置与常用二维图形、字符的显示313

11.5 OpenGL的正透视投影矩阵的设置与三维动画图形的显示315

11.6 OpenGL的堆栈与图形的级联几何变换317

11.7 OpenGL的显示列表与子图形319

11.8 OpenGL的交互输入与拾取320

11.9 OpenGL的材质、灯光与光照物体的显示326

11.10 OpenGL的纹理与物体的光滑纹理显示331

11.11 OpenGL的求值器与曲面物体的显示处理335

11.12 OpenGL的图像融和及反走样直线的处理方法340

11.13 OpenGL的模板及累加缓存的使用方法343

本章小结：调用图形标准，轻松实现三维图形的实时显示347

附录A　本书算法实例索引348

参考文献351