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第一章 绪论1

1.1计算机图形学的研究内容1

1.2计算机图形学的确立1

1.3图形显示软件包及其标准化2

1.4计算机辅助几何设计3

1.5CAD/CAM/CAE软件4

1.6协同设计7

1.7计算机图形学的应用8

第二章 图形算法基础11

2.1画线算法11

2.1.1DDA画线算法11

2.1.2Bresenham画线算法12

2.1.3中点画线法14

2.2.1一般方法15

2.2画圆弧算法15

2.1.4并行画线算法15

2.2.2中点画圆算法16

2.2.3Bresenham生成圆弧算法18

2.3区域填充算法19

2.3.1区域填充的基本方法19

2.3.2扫描线多边形填充算法21

2.3.3边填充算法27

2.4窗视变换29

2.4.1坐标系29

2.4.2窗口和视区29

2.4.3窗视变换30

2.5图形裁剪31

2.5.1点的裁剪31

2.5.2直线的裁剪31

2.5.3多边形裁剪37

2.5.4曲线和文字的裁剪38

2.5.5三维裁剪39

第三章 用VisualC++开发图形系统41

3.1Windows程序运行机制41

3.2坐标系统42

3.3MFC的绘图类42

3.3.1MFC的GDI42

3.3.2MFC的CDC类43

3.4用VisualC++编写应用程序的方法44

3.4.1基于MFC编写应用程序44

3.4.2动态绘制直线的实现49

3.5对话框技术59

3.5.1通过控件变量实现应用程序和对话框之间的交换数据61

3.5.2直接读写控件的值78

3.6菜单技术83

3.5.3对话框技术小结83

3.7工具栏技术86

3.7.1定义资源86

3.7.2加入新菜单命令87

3.7.3修改程序88

3.7.4编写对应工具条按钮的处理函数89

3.8状态栏技术91

第四章 图形变换95

4.1二维图形几何变换95

4.1.1二维几何变换的基本原理和解析表示95

4.1.2齐次坐标与二维变换的矩阵表示98

4.1.3复合变换99

4.2三维图形几何变换100

4.2.1齐次坐标100

4.2.3局部比例变换101

4.2.2平移变换101

4.2.5错切变换102

4.2.6旋转变换102

4.2.4整体比例变换102

4.3三维投影变换104

4.3.1投影分类104

4.3.2正投影105

4.3.3透视投影变换108

4.4三维观察变换109

4.4.1三维观察坐标系109

4.4.2观察体110

4.4.3规范化观察体111

4.4.4世界坐标系到观察坐标系的变换111

4.5HUSTCAD几何变换程序113

5.1.1圆锥的曲线123

第五章 曲线与曲面123

5.1平面规则曲线123

5.1.2平摆线125

5.2三次参数样条曲线127

5.3Bezier曲线130

5.3.1二次Bezier曲线131

5.3.2三次Bezier曲线132

5.3.3三次Bezier曲线与三次参数样条曲线之间的关系135

5.4B样条曲线135

5.4.1二次B样条曲线136

5.4.2三次B样条曲线139

5.4.3三次B样条曲线的反算142

5.5.1双三次曲面代数形式144

5.5.2双三次曲面的几何形式144

5.5双三次曲面144

5.6Bezier曲面151

5.6.1Bezier曲面的数学表达式151

5.6.2双二次Bezier曲面152

5.6.3双三次Bezier曲面152

5.6.4双三次Bezier曲面与双三次Coons曲面表达式之间的关系159

5.7B样条曲面160

5.7.1双二次B样条曲面160

5.7.2双三次B样条曲面161

5.8Bezier曲线和B样条曲线之间的转换167

第六章 几何造型与HUSTCAD系统169

6.1几何造型中物体的定义及性质169

6.1.1物体的定义169

6.1.2物体的边界及其拓扑关系170

6.1.3正则物体的性质、欧拉公式及欧拉操作172

6.2几何造型的理论基础173

6.2.1线框模型174

6.2.2曲面模型175

6.2.3实体模型175

6.2.4特征模型176

6.2.5产品模型176

6.3物体的常用表示方法177

6.3.1八叉树表示法178

6.3.2曲面离散化近似表示法180

6.3.3构造的实体几何表示法（CSG树表示）184

6.3.4边界表示法（B-rep）185

6.3.5CSG与B-rep的混合表示186

6.3.6特征表示187

6.4实体表示的数据结构188

6.4.1边界表示的翼边结构188

6.4.2改进的翼边结构189

6.4.3基于B-rep、CSG和FDT的混合表示模型190

6.5几何求交中的主要算法194

6.5.1点与各几何元素的位置关系和判断194

6.5.2直线与各几何元素的位置判断法197

6.5.3面与面的位置判断关系198

6.6拼合运算199

6.6.1拼合运算的描述200

6.6.2法矢投影法201

6.6.3多面体HUSTCAD系统的拼合运算实现205

6.6.4HUSTCAD造型系统特点211

6.7基于参数化设计的特征造型211

6.7.1特征定义、分类213

6.7.2基于特征的参数化产品实体模型215

6.7.3特征生成215

6.7.4变量命名机制217

6.7.5约束关系求解219

6.7.6特征编辑219

6.7.7面向装配的特征编辑225

第七章 图形消隐处理228

7.1Roberts消隐方法229

7.1.1后向面判别229

7.1.2Roberts方法230

7.1.3消隐算法的加速231

7.2一般多面体的消隐处理231

7.2.1一般多面体模型的数据结构231

7.2.2一般平面立体的消隐过程232

7.3深度缓存算法234

7.4扫描线算法235

7.4.1扫描线Z缓存算法235

7.5列表优先算法237

7.4.2扫描线间隔连贯性算法237

7.6基于CSG+Brep模式的高效可靠隐藏线消除算法239

7.6.1基于CSG+Brep模式的隐藏线消除算法239

7.6.2子线段中点可见性判断240

7.6.3隐藏线消除算法的时间复杂度241

7.7HUSTCAD消隐程序241

第八章 光照模型与真实感显示252

8.1简单光反射模型252

8.1.1基本光学原理252

8.1.2漫反射253

8.1.3光的镜面反射、Phong模型的导出与实现254

8.2增量式光反射模型255

8.2.1双线性光强插值法256

8.2.2双线性法向插值法257

8.2.3加速算法258

8.3简单光透射模型259

8.3.1透明效果的简单模拟259

8.3.2Whitted光透射模型260

8.3.3Hall光透射模型261

8.4光线跟踪显示技术262

8.4.1基本光线跟踪算法263

8.4.2光线与物体求交264

8.4.3光线跟踪中的简单阴影268

8.5阴影生成技术269

8.5.1阴影多边形算法269

8.5.2阴影扫描线算法270

8.5.3阴影深度缓存算法270

8.6HUSTCAD系统中真实感图形绘制的研究与实现271

8.6.1光照模型271

8.6.2扫描线数据结构与算法272

8.7HUSTCAD真实感显示程序274

第九章 OpenGL图形编程基础296

9.1OpenGL简介296

9.1.1OpenGL的基本功能296

9.1.2OpenGL相关的函数库297

9.1.3OpenGL函数名的命名规律297

9.2在Win32环境下编写OpenGL程序298

9.2.1用C语言编写OpenGL程序298

9.2.2用C++语言编写基于MFC的OpenGL程序301

9.3基本的几何对象绘制306

9.3.1绘图开始与结束命令306

9.4.1视点变换307

9.4坐标变换307

9.3.4多边形（Polygon）307

9.3.3线（Line）307

9.3.2点（Point）307

9.4.2模型变换308

9.4.3投影变换308

9.4.4视区变换308

9.4.5通用矩阵操作命令308

9.4.6三维图形显示流程309

9.5颜色310

9.5.1颜色生成原理311

9.5.2RGBA模式（RGBAMode）311

9.5.3索引模式（Color_IndexMode）311

9.5.4两种模式应用场合311

9.6OpenGL光照处理311

9.7明暗处理312

9.6.3启动光照312

9.6.1OpenGL光组成312

9.6.2创建光源（LightSource）312

9.8材质314

9.8.1材质颜色314

9.8.2材质定义314

9.8.3材质RGB值和光源RGB值的关系317

9.8.4材质变化317

9.9纹理映射317

9.9.1基本步骤317

9.9.2纹理定义320

9.9.3纹理控制320

9.9.4映射方式321

9.9.5纹理坐标321

9.10.2近视点与无穷远视点322

9.10.3光源位置与衰减322

9.10.1全局环境光322

9.10光照处理322

9.10.4光源位置与方向的控制323

9.11OpenGL效果处理324

9.11.1融合325

9.11.2反走样327

9.12雾329

9.13用OpenGL生成字符332

9.14颜色缓冲区332

9.15深度缓冲区333

9.16反变换334

9.17用OpenGL生成NURBS曲线、曲面和裁减NURBS曲面335

9.18OpenGL实现系列二次曲面344

9.19OpenGL小动画346

参考文献353