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第1章　概述1

1.1　计算机图形学的概念与研究内容1

1.1.1　什么是计算机图形学1

1.1.2　图像处理、模式识别与计算机图形学2

1.1.3　计算机绘图与CAD/CAM技术的关系4

1.1.4　计算机图形学研究的内容及当前的热点课题5

1.2　计算机图形学发展概况6

1.3　计算机图形学特点和应用7

1.3.1　计算机图形学的特点7

1.3.2　计算机图形学的应用领域8

1.4　计算机图形生成和输出的流水线10

1.4.1　图形生成和输出的流水线概述10

1.4.2　基本图形的点阵转换11

1.4.3　区域填充11

1.4.4　图形变换11

1.4.5　图形裁剪12

1.4.6　三维图形生成和输出的流水线（真实感图像的绘制）12

习题12

第2章　计算机图形系统13

2.1　计算机图形系统的组成13

2.1.1　图形系统的结构13

2.1.2　图形系统的基本功能及其硬件性能要求14

2.1.3　图形系统分类及硬件工作平台15

2.2　计算机图形显示器17

2.2.1　CRT显示器17

2.2.2　液晶显示器26

2.2.3　等离子显示器29

2.2.4　其他类型的显示器30

2.3　计算机图形输入／输出设备31

2.3.1　计算机图形输入设备31

2.3.2　计算机图形输出设备35

2.4　图形核心系统简介39

2.4.1 GKS的功能40

2.4.2　GKS的基本概念41

2.4.3　GKS图形输出原语42

2.4.4　图段43

2.4.5　GKS图形输入设备44

2.4.6　GKS-3D简介46

2.5　通用图形软件简介46

2.5.1　通用图形软件的分类46

2.5.2　典型图形软件及图形库一览47

2.5.3　主流图形接口及软件简介48

习题50

第3章　C语言图形程序设计基础51

3.1　屏幕设置51

3.1.1　屏幕显示模式与坐标系51

3.1.2　图形驱动程序与图形模式52

3.1.3 图形系统初始化和模式控制53

3.1.4　图形坐标的设置56

3.1.5　屏幕窗口操作57

3.2　图形颜色设置59

3.2.1　颜色的设置59

3.2.2　调色板61

3.2.3　获取颜色信息63

3.3　线的特性设定和填充64

3.3.1　线的特性设定64

3.3.2　填充65

3.4　图形模式下文本处理67

3.4.1　文本输出函数67

3.4.2　输出文本的设置68

3.5　图形存取处理71

3.5.1　检测所需内存71

3.5.2　把图形存入内存71

3.5.3　从内存复制图形到屏幕72

3.6　常用画图函数简介73

3.6.1　直线类函数73

3.6.2　多边形类函数73

3.6.3　圆弧类函数73

3.6.4　填充类函数74

3.7　绘图程序实例74

3.8　C＋＋语言环境下绘图82

3.8.1 Borland C＋＋开发图形程序环境设置82

3.8.2　在VC＋＋6.0中使用Borland的图形程序包82

习题82

第4章　二维图形生成和变换技术83

4.1　基本绘图元素83

4.1.1　点84

4.1.2　直线84

4.1.3　曲线85

4.1.4　区域填充85

4.2　直线段的生成86

4.2.1　逐点比较法86

4.2.2　数值微分法89

4.2.3　Bresenham法90

4.3　曲线的生成92

4.3.1　圆弧的生成92

4.3.2　椭圆的生成99

4.3.3　规则曲线的生成101

4.3.4 自由曲线的生成105

4.4　区域填充121

4.4.1　多边形区域填充121

4.4.2　边填充123

4.4.3　种子填充124

4.5　二维图形变换126

4.5.1　二维图形几何变换的基本原理126

4.5.2　几何变换的矩阵表示形式130

4.5.3 二维图形齐次坐标矩阵变换134

4.5.4　组合变换137

4.5.5 二维图形变换程序设计141

4.6　二维图像裁剪146

4.6.1　窗口区和视图区146

4.6.2　直线段裁剪148

4.6.3　多边形裁剪153

4.6.4　其他类型图形裁剪156

4.6.5　二维图形裁剪程序设计156

4.7　反走样技术159

4.7.1　走样和反走样的定义159

4.7.2　超采样159

4.7.3 区域采样160

习题161

第5章　三维图形生成和变换技术163

5.1　三维图形的概念163

5.2 自由曲面的生成163

5.2.1　空间曲面的参数表示164

5.2.2　Bezier（贝塞尔）曲面165

5.2.3　B样条曲面169

5.2.4 Coons（孔斯）曲面172

5.2.5 NURBS（非均匀有理B样条）曲面175

5.3 三维图形变换175

5.3.1 三维图形几何变换176

5.3.2 三维图形平行投影变换184

5.3.3 三维图形透视投影变换195

5.4 三维图形裁剪和消隐技术200

5.4.1 三维图形的裁剪200

5.4.2 三维图形消隐202

习题208

第6章 真实感图形生成技术209

6.1 概述209

6.2 简单光照模型210

6.2.1 环境反射光211

6.2.2 漫反射光211

6.2.3 镜面反射光211

6.2.4 Phong光照模型212

6.3 明暗处理方法213

6.3.1 哥罗德（Gouraud）强度插值法213

6.3.2 Phong（冯）法向插值方法214

6.4 阴影生成方法215

6.4.1 自身阴影生成方法215

6.4.2　投射阴影生成方法216

6.5　整体光照模型217

6.5.1　透明性的简单模型217

6.5.2　整体光照模型218

6.5.3　光线跟踪算法218

6.5.4　辐射度算法219

6.6　纹理处理方法220

6.6.1　纹理映射221

6.6.2　扰动映射222

6.7　图形颜色和颜色模型223

6.7.1　颜色的性质223

6.7.2　CIE色度图225

6.7.3　颜色模型228

习题230

第7章　几何造型简介231

7.1　概述231

7.2　几何造型系统的三种模型232

7.2.1　线框模型232

7.2.2　表面模型233

7.2.3　实体模型234

7.3　实体模型的构造234

7.3.1　概述234

7.3.2　边界表示法236

7.3.3　构造实体几何法238

7.3.4　扫描法241

7.3.5　分解表示法241

习题244

第8章　计算机动画技术245

8.1　计算机动画概述245

8.1.1　计算机动画历史与现状245

8.1.2　传统动画和计算机动画246

8.1.3　计算机动画的研究内容247

8.1.4　计算机动画的应用247

8.2　计算机动画的分类和原理249

8.2.1　计算机动画的分类249

8.2.2　计算机动画原理252

8.3　计算机动画的关键技术254

8.3.1　旋转的四元数表示254

8.3.2　碰撞检测技术256

8.3.3　运动捕捉技术260

习题266

第9章　计算机动画实践267

9.1　计算机动画编程267

9.1.1　Turbo C动画编程267

9.1.2　基于OpenGL的Visual C＋＋动画编程270

9.1.3　基于OGRE的Visual C＋＋动画编程273

9.2　计算机动画软件276

9.2.1　二维动画软件277

9.2.2　三维动画软件278

9.3　3ds Max动画制作279

9.3.1　软件环境简介279

9.3.2　刚体动画实例283

9.3.3　软体动画实例285

9.3.4　骨骼动画实例288

习题291

第10章　虚拟现实技术及VRML语言292

10.1　虚拟现实技术概述292

10.1.1　虚拟现实技术的基本概念292

10.1.2　虚拟现实技术的特征与分类292

10.1.3　虚拟现实技术的发展294

10.1.4　几个典型的虚拟现实应用294

10.2　虚拟现实系统工具295

10.2.1　虚拟现实设备295

10.2.2　主流的虚拟现实引擎296

10.2.3　虚拟现实的软件开发工具296

10.3　虚拟现实建模及语言298

10.3.1　虚拟现实建模技术298

10.3.2　虚拟现实建模语言299

10.3.3　分布式虚拟现实系统319

10.4　基于VRML语言的虚拟现实场景实例321

10.4.1　南京邮电大学校园导游系统321

10.4.2　分布式虚拟坦克战场327

习题335

附录A　实验336

实验1　编程实现“自行车行驶动画”336

实验2 自由设计“美术图案”336

实验3　编程生成“三次贝塞尔曲线”337

实验4　编程实现“多边形扫描线种子填充算法”337

实验5　编程生成“双三次Bezier曲面”338

实验6　编程实现“三维图形的几何变换”338

实验7　编程实现“三维图形的消隐”339

实验8　编程实现“光线跟踪算法”339

实验9　编程实现“基于OpenGL图形库的三维动画”340

实验10　制作基于3ds Max的三维动画341

实验11　实现“颜色随机变换的旋转十字架”虚拟现实场景341

实验12　设计与实现“校园导航系统”342

附录B　标准显示模式及扩充VGA显示模式343

参考文献345