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第1章 计算机图形学简介1

1.1 计算机图形学的几种用途1

1.2 计算机图形学的简单回顾4

1.2.1 输出技术5

1.2.2 输入技术8

1.2.3 软件的可移植性与图形标准8

1.3 交互式图形学的优点9

1.4 交互式图形学的概念框架10

1.4.1 应用建模10

1.4.2 模型的显示11

1.4.3 交互处理11

小结12

习题13

第2章 简单光栅图形软件包（SRGP）的编程15

2.1 用SRGP画图15

2.1.1 图形图元的规格15

2.1.2 属性19

2.1.3 填充图元及其属性20

2.1.4 存储和恢复属性23

2.1.5 文本23

2.2 基本交互处理24

2.2.1 人的因素24

2.2.2 逻辑输入设备25

2.2.3 采样与事件驱动处理26

2.2.4 采样模式27

2.2.5 事件模式28

2.2.6 交互处理中的关联拾取32

2.2.7 设置设备度量和属性33

2.3 光栅图形特性34

2.3.1 画布34

2.3.2 矩形框的裁剪36

2.3.3 SRGP_copyPixel操作36

2.3.4 写模式或RasterOp38

2.4 SRGP的局限性41

2.4.1 应用程序坐标系统41

2.4.2 为了重新定义存储图元41

小结42

习题43

程序设计项目44

第3章 二维图元的基本光栅图形学算法45

3.1 概述45

3.1.1 显示系统体系结构的含义45

3.1.2 软件中的输出流水线48

3.2 直线的扫描转换48

3.2.1 基本增量算法49

3.2.2 中点线算法50

3.2.3 补充要点54

3.3 圆的扫描转换56

3.3.1 八方向对称性56

3.3.2 中点圆算法57

3.4 填充矩形59

3.5 填充多边形60

3.5.1 水平边62

3.5.2 狭长条62

3.5.3 边相关性和扫描线算法63

3.6 图案填充65

3.6.1 使用扫描转换的图案填充65

3.6.2 不用重复扫描转换的图案填充66

3.7 宽图元68

3.7.1 复制像素68

3.7.2 移动画笔69

3.8 光栅空间的裁剪操作70

3.9 线段裁剪70

3.9.1 裁剪端点71

3.9.2 利用求解联立方程组的线段裁剪71

3.9.3 Cohen-Sutherland线裁剪算法72

3.9.4 参数化的线裁剪算法75

3.10 圆的裁剪78

3.11 多边形裁剪78

3.12 生成字符81

3.12.1 定义和裁剪字符81

3.12.2 一种文本输出图元的实现83

3.13 SRGP_copyPixel84

3.14 反走样84

3.14.1 增加分辨率84

3.14.2 未加权的区域采样85

3.14.3 加权区域采样86

3.15 高级主题88

小结89

习题89

第4章 图形硬件91

4.1 硬拷贝技术92

4.2 显示技术94

4.3 光栅扫描显示系统98

4.3.1 简单的光栅显示系统99

4.3.2 具有外围显示处理器的光栅显示系统101

4.3.3 显示处理器的附加功能103

4.3.4 具有集成显示处理器的光栅显示系统104

4.4 视频控制器105

4.5 用于操作者交互的输入设备106

4.5.1 定位设备106

4.5.2 键盘设备108

4.5.3 定值设备108

4.5.4 选择设备108

4.6 图像扫描仪109

习题109

第5章 几何变换111

5.1 数学基础111

5.1.1 向量及其性质111

5.1.2 向量点积112

5.1.3 点积的性质113

5.1.4 矩阵113

5.1.5 矩阵乘法114

5.1.6 行列式114

5.1.7 矩阵的转置115

5.1.8 矩阵的逆115

5.2 二维变换116

5.3 齐次坐标和二维变换的矩阵表示118

5.4 二维变换的合成121

5.5 窗口到视口的变换122

5.6 效率124

5.7 三维变换的矩阵表示125

5.8 三维变换的合成127

5.9 坐标系的变换131

习题133

第6章 三维空间的观察135

6.1 人造照相机及三维观察步骤135

6.2 投影136

6.2.1 透视投影137

6.2.2 平行投影138

6.3 指定一个任意的三维视图140

6.4 三维观察的例子142

6.4.1 透视投影143

6.4.2 平行投影146

6.4.3 有限的视见体147

6.5 平面几何投影的数学147

6.6 实现平面几何投影150

6.6.1 平行投影151

6.6.2 透视投影155

6.6.3 用三维规范视见体进行裁剪158

6.6.4 在齐次坐标中裁剪159

6.6.5 映射到一个视口161

6.6.6 实现小结162

6.7 坐标系统163

习题164

第7章 对象的层次结构和简单的PHIGS系统167

7.1 几何造型168

7.1.1 几何模型169

7.1.2 几何模型中的层次169

7.1.3 模型、应用程序和图形系统间的关系171

7.2 保留模式图形包的特点172

7.2.1 中央结构存储库及其优点172

7.2.2 保留模式软件包的局限性173

7.3 定义和显示结构173

7.3.1 打开和关闭结构173

7.3.2 定义输出图元及其属性174

7.3.3 提交结构进行显示遍历176

7.3.4 观察177

7.3.5 通过窗口管理共享屏幕的图像应用179

7.4 模型变换180

7.5 层次式结构网络183

7.5.1 两层层次结构183

7.5.2 简单的三层层次结构184

7.5.3 自底向上构造机器人185

7.5.4 交互式造型程序187

7.6 显示遍历中的矩阵合成187

7.7 层次结构中外观属性的处理190

7.7.1 继承法则190

7.7.2 SPHIGS的属性及文字不受变换影响191

7.8 屏幕的更新和绘制模式192

7.9 用于动态效果的结构网络编辑193

7.9.1 利用索引和标记访问元素193

7.9.2 内部结构的编辑操作194

7.9.3 改进编辑方法的一些实例块195

7.9.4 如何控制屏幕图像的自动再生196

7.10 交互196

7.10.1 定位器197

7.10.2 关联拾取197

7.11 高级问题202

7.11.1 其他输出特性202

7.11.2 实现问题202

7.11.3 层次模型的优化显示203

7.11.4 PHIGS中层次模型的局限性204

7.11.5 层次建模的其他形式204

7.11.6 其他（工业）标准204

小结205

习题206

第8章 输入设备、交互技术与交互任务207

8.1 交互硬件207

8.1.1 定位设备208

8.1.2 键盘设备209

8.1.3 定值设备209

8.1.4 选择设备209

8.1.5 其他设备209

8.1.6 三维交互设备210

8.2 基本交互任务211

8.2.1 定位交互任务211

8.2.2 选择交互任务——大小可变的选项集合212

8.2.3 选择交互任务——相对固定大小的选项集合214

8.2.4 文本交互任务216

8.2.5 定量交互任务216

8.2.6 三维交互任务216

8.3 复合交互任务218

8.3.1 对话框218

8.3.2 构造技术218

8.3.3 动态操纵219

8.4 交互技术工具箱221

小结221

习题221

第9章 曲线与曲面的表示223

9.1 多边形网格224

9.1.1 多边形网格的表示224

9.1.2 平面方程226

9.2 三次参数曲线227

9.2.1 基本特性228

9.2.2 Hermite曲线230

9.2.3 Bézier曲线233

9.2.4 均匀非有理B样条曲线238

9.2.5 非均匀非有理B样条曲线241

9.2.6 非均匀有理三次多项式曲线段242

9.2.7 用数字化点来拟合曲线242

9.2.8 三次曲线的比较243

9.3 双三次参数曲面243

9.3.1 Hermite曲面244

9.3.2 Bézier曲面245

9.3.3 B样条曲面246

9.3.4 曲面的法线246

9.3.5 双三次曲面的显示247

9.4 二次曲面248

9.5 专用的造型技术249

9.5.1 分形模型249

9.5.2 基于文法的模型252

小结254

习题254

第10章 实体造型257

10.1 实体表示257

10.2 正则布尔集合运算258

10.3 基本实体举例法260

10.4 扫掠表示法261

10.5 边界表示法262

10.5.1 多面体和欧拉公式262

10.5.2 布尔集合运算264

10.6 空间划分表示法264

10.6.1 单元分解法264

10.6.2 空间位置枚举法265

10.6.3 八叉树表示法265

10.6.4 二元空间划分树268

10.7 构造实体几何269

10.8 各种表示法的比较270

10.9 实体造型的用户界面271

小结272

习题272

第11章 消色差光与彩色光273

11.1 消色差光273

11.1.1 选择亮度值273

11.1.2 半色调逼近275

11.2 彩色277

11.2.1 心理物理学277

11.2.2 CIE色度图279

11.3 用于光栅图形的颜色模型281

11.3.1 RGB颜色模型282

11.3.2 CMY颜色模型282

11.3.3 YIQ颜色模型283

11.3.4 HSV颜色模型284

11.3.5 颜色的交互指定286

11.3.6 在颜色空间中进行插值287

11.4 在计算机图形学中应用颜色288

小结289

习题290

第12章 可视图像真实感的探讨291

12.1 为什么讨论真实感291

12.2 基本的困难292

12.3 线条图的绘制技术293

12.3.1 多正交视图293

12.3.2 透视投影294

12.3.3 深度提示294

12.3.4 深度裁剪294

12.3.5 纹理295

12.3.6 颜色295

12.3.7 可见线的判定295

12.4 明暗图像的绘制技术295

12.4.1 可见面的判定295

12.4.2 光照和明暗处理295

12.4.3 插值明暗处理296

12.4.4 材质属性296

12.4.5 曲面造型296

12.4.6 改进光照和明暗效果296

12.4.7 纹理296

12.4.8 阴影296

12.4.9 透明性和反射297

12.4.10 改进的相机模型297

12.5 改进的物体模型297

12.6 动力学与动画297

12.6.1 运动的价值297

12.6.2 动画298

12.7 体视学300

12.8 改进的显示技术300

12.9 与其他感官的交互300

小结301

习题301

第13章 可见面的判定303

13.1 有效可见面判定算法的技术304

13.1.1 相关性304

13.1.2 透视变换305

13.1.3 范围与包围体306

13.1.4 背面消除307

13.1.5 空间划分308

13.1.6 层次结构308

13.2 z缓存算法309

13.3 扫描线算法311

13.4 可见面光线跟踪314

13.4.1 相交计算315

13.4.2 可见面光线跟踪算法的效率316

13.5 其他方法317

13.5.1 列表优先级算法317

13.5.2 区域细分算法320

13.5.3 曲面算法322

小结322

习题323

第14章 光照和明暗处理325

14.1 光照模型325

14.1.1 环境光325

14.1.2 漫反射326

14.1.3 大气衰减329

14.1.4 镜面反射329

14.1.5 点光源模型的改进331

14.1.6 多光源333

14.1.7 基于物理的光照模型333

14.2 多边形的明暗处理模型335

14.2.1 恒定明暗处理335

14.2.2 插值明暗处理335

14.2.3 多边形网格的明暗处理335

14.2.4 Gouraud明暗处理技术336

14.2.5 Phong明暗处理技术337

14.2.6 插值明暗处理中的问题338

14.3 曲面细节339

14.3.1 曲面细节多边形339

14.3.2 纹理映射339

14.3.3 凹凸映射340

14.3.4 其他方法341

14.4 阴影341

14.4.1 扫描线生成阴影算法341

14.4.2 阴影体342

14.5 透明性343

14.5.1 无折射的透明性343

14.5.2 折射透明性345

14.6 全局光照算法346

14.7 递归光线跟踪347

14.8 辐射度方法350

14.8.1 辐射度方程350

14.8.2 计算形状因子352

14.8.3 逐步求精算法353

14.9 绘制流水线354

14.9.1 局部光照绘制流水线354

14.9.2 全局光照绘制流水线355

14.9.3 逐步求精方法356

小结356

习题357

参考文献359

索引377