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序1

前言1

第1章　绪论1

1.1 计算机图形学的研究内容1

目录1

1.2　计算机图形学与图像处理2

1.3　计算机图形学的发展3

1.4　计算机图形学的应用领域4

习题一5

2.1.1 图形系统的功能6

第2章　图形系统6

2.1 图形系统的组成6

2.1.2　图形系统的分类7

2.2　图形硬件设备8

2.2.1 图形显示设备8

2.2.2　图形绘制设备18

2.2.3　图形输入设备23

2.3　图形软件系统27

2.3.1 图形软件的层次27

2.3.2　图形软件标准28

2.3.3　OpenGL简介30

习题二36

第3章　基本图形生成算法38

3.1 生成直线的常用算法38

3.1.1　DDA画线算法39

3.1.2　中点画线算法40

3.1.3　Bresenham画线算法42

3.1.4　直线属性46

3.2　生成圆弧的常用算法47

3.2.2　中点画圆算法48

3.2.1 圆的特性48

3.2.3　Bresenham画圆算法50

3.3 区域填充52

3.3.1 区域的表示和类型52

3.3.2　扫描线多边形填充算法54

3.3.3　边填充算法61

3.3.4　种子填充算法63

3.3.5　圆域的填充66

3.3.6　区域填充属性66

3.4　字符66

3.4.1　字符存储与显示67

3.4.2　字符属性69

3.5　裁剪70

3.5.1 点的裁剪71

3.5.2　直线裁剪71

3.5.3　多边形裁剪78

3.5.4 曲线裁剪83

3.5.5　字符裁剪83

3.5.6　三维图形的裁剪84

3.6　反走样85

3.6.1　光栅图形的走样现象85

3.6.2　常用反走样技术86

习题三89

第4章　图形变换90

4.1　二维图形几何变换90

4.1.1 齐次坐标90

4.1.2　二维图形的基本变换91

4.1.3　复合变换97

4.2　三维图形几何变换103

4.2.1　三维图形的基本变换104

4.2.2　复合变换111

4.3.1　投影变换的基本概念113

4.3　投影变换113

4.3.2　平行投影114

4.3.3　透视投影119

4.4　坐标系统及其变换122

4.4.1　坐标系统122

4.4.2　模型变换123

4.4.3　观察变换123

4.4.4　窗口-视区变换126

习题四128

5.1.1 曲线和曲面的表不方法130

5.1 参数表示曲线和曲面的基础知识130

第5章 曲线和曲面130

5.1.2　位置矢量、切矢量、法矢量、曲率与挠率131

5.1.3　样条表示133

5.2　Hermite曲线134

5.2.1　n次参数多项式曲线134

5.2.2　三次Hermite曲线的定义135

5.2.3　三次Hermite曲线的矩阵表示136

5.2.4　三次Hermite曲线的算法138

5.3　Bezier曲线138

5.3.1　Bezier曲线的定义139

5.3.2　Bernstein基函数的性质140

5.3.3　Bezier曲线的性质142

5.3.4　Bezier曲线的生成144

5.4　B样条曲线151

5.4.1　B样条曲线的定义151

5.4.2　B样条曲线的表示及性质152

5.4.3　B样条曲线的生成156

5.5　Coons曲面159

5.5.1　参数曲面的基本概念160

5.5.2　Coons曲面的定义160

5.5.3　Coons曲面的拼合161

5.6　Bezier曲面162

5.6.1　Bezier曲面的定义及性质162

5.6.2　Bezier曲面的生成163

5.7　B样条曲面168

5.7.1　B样条曲面的定义168

5.7.2　B样条曲面的生成169

习题五174

第6章　几何造型175

6.1　简单几何形体175

6.1.1　几何元素的定义175

6.1.2　平面立体的拓扑关系176

6.2　形体的常用模型177

6.2.1　线框模型177

6.2.2　表面模型177

6.2.3　实体模型177

6.3　形体的常用表示方法178

6.3.1　分解表示178

6.3.2　构造表示179

6.3.3　边界表示180

习题六184

7.1.1　消隐的定义185

7.1　基本概念185

第7章　消隐185

7.1.2　消隐的分类186

7.1.3　消隐算法的基本原则187

7.2　画家算法188

7.2.1　算法的基本思想188

7.2.2　深度优先级表的建立188

7.3　Z缓冲区（Z-Buffer）算法189

7.3.1　算法的基本思想189

7.3.2　算法的描述190

7.4.1　算法的基本思想191

7.3.3　算法的改进191

7.4　扫描线Z缓冲区算法191

7.4.2　算法的描述192

7.5　光线追踪算法193

7.5.1　算法的基本思想193

7.5.2　算法的描述194

习题七194

第8章　真实图形195

8.1　光照模型195

8.1.1　基本光学原理195

8.1.3　漫反射光196

8.1.2　环境光196

8.1.4　镜面反射光和冯（Phong）反射模型197

8.2　明暗处理198

8.2.1　双线性光强插值（Gouraud明暗处理）199

8.2.2　双线性法向插值（Phong明暗处理）200

8.3　纹理201

8.3.1　概述201

8.3.2　二维纹理域的映射202

8.3.3　三维纹理域的映射203

8.4　光线跟踪204

8.3.4　几何纹理204

8.4.1　基本光线跟踪算法205

8.4.2　光线与物体的求交207

8.4.3　光线跟踪算法的加速210

习题八211

附录212

附录A　图形变换的数学基础212

一、矢量的定义及运算212

二、矩阵的定义及运算213

模拟试题一215

附录B　模拟试题215

三、线性方程组的求解215

模拟试题二219

模拟试题三222

模拟试题一参考答案225

模拟试题二参考答案228

模拟试题三参考答案231

附录C　课程实验指导234

一、课程实验方案234

二、课程实验解决方案238

参考文献261