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第1章 概述1

1.1 计算机图形学及其相关概念1

1.2 计算机图形学的发展2

1.3 计算机图形学的主要研究内容4

1.4 计算机图形技术的应用4

1.5 计算机图形系统7

1.5.1 图形系统功能及组成7

1.5.2 图形系统的硬件组成8

1.5.3 图形软件系统23

1.6 颜色模型25

1.6.1 颜色的特征描述空间25

1.6.2 CIE色度图25

1.6.3 几种常用的颜色模型27

1.7 本章小结29

思考题30

第2章 基本图形的生成与显示31

2.1 直线的生成31

2.1.1 数值微分法31

2.1.2 中点画线法33

2.1.3 Bresenham画线法35

2.2 圆与椭圆的生成36

2.2.1 简单画圆法36

2.2.2 中点画圆算法37

2.2.3 Bresenham画圆法38

2.2.4 中点画椭圆的算法38

2.3 图元属性及走样控制40

2.3.1 线型控制41

2.3.2 线宽控制41

2.3.3 反走样技术42

2.4 平面图形区域填充44

2.4.1 区域的表示及类型44

2.4.2 多边形扫描转换法46

2.4.3 边填充算法49

2.4.4 种子填充法50

2.5 字符的生成与显示53

2.5.1 点阵字符54

2.5.2 矢量字符55

2.6 基本图形生成实例56

2.6.1 实例1 平面图形生成与填充56

2.6.2 实例2 字符的生成及显示66

2.6.3 提高与超越69

2.7 本章小结70

思考题71

第3章 二维图形裁剪73

3.1 点的裁剪73

3.2 线段裁剪算法73

3.2.1 直线求交法74

3.2.2 Cohen-Sutherland算法75

3.2.3 中点分割算法77

3.2.4 其他裁剪算法78

3.3 多边形裁剪79

3.3.1 Sutherland-Hodgman算法80

3.3.2 Weiler-Atherton裁剪算法81

3.4 字符裁剪82

3.5 二维图形裁剪应用实例83

3.5.1 实例1 线段的裁剪84

3.5.2 实例2 多边形的裁剪89

3.5.3 提高与超越95

3.6 本章小结96

思考题97

第4章 二维图形变换98

4.1 图形变换基础98

4.1.1 坐标系基本概念98

4.1.2 窗口到视区的转换99

4.1.3 齐次坐标101

4.1.4 几何变换与二维仿射变换102

4.2 二维基本几何变换102

4.2.1 恒等变换103

4.2.2 平移变换103

4.2.3 比例变换103

4.2.4 旋转变换104

4.2.5 对称变换105

4.2.6 错切变换106

4.3 二维复合变换106

4.4 二维图形几何变换的计算108

4.5 二维变换应用实例110

4.5.1 预备知识111

4.5.2 实例1 在用户坐标系中显示图形111

4.5.3 实例2 点阵字符图形变换演示115

4.5.4 提高与超越118

4.6 本章小结118

思考题119

第5章 交互技术及二维图形综合应用120

5.1 交互技术基础120

5.1.1 定位技术120

5.1.2 橡皮筋技术120

5.1.3 拖曳技术121

5.1.4 定值技术121

5.1.5 拾取技术121

5.1.6 网格与吸附技术122

5.2 交互技术的实现（鼠标绘图）122

5.3 二维图形技术综合应用125

5.3.1 实例1 平面图形综合设计125

5.3.2 实例2 平面曲线图案设计134

5.3.3 提高与超越137

5.4 本章小结138

思考题138

第6章 三维图形变换139

6.1 三维变换概述139

6.1.1 几何变换的分类139

6.1.2 三维变换基础140

6.2 三维基本几何变换及其复合变换141

6.2.1 三维基本几何变换141

6.2.2 三维复合变换145

6.3 投影变换概述148

6.4 平行投影149

6.4.1 正投影149

6.4.2 轴测投影151

6.5 透视投影153

6.5.1 透视投影基本原理153

6.5.2 一点透视154

6.5.3 二点透视155

6.5.4 三点透视155

6.6 三维变换应用实例156

6.6.1 实例1 平行投影156

6.6.2 实例2 透视投影162

6.6.3 提高与超越164

6.7 本章小结165

思考题166

第7章 曲线和曲面167

7.1 曲线和曲面基础167

7.1.1 曲线和曲面数学描述的发展167

7.1.2 曲线和曲面的拟合168

7.1.3 曲线和曲面的表示要求169

7.1.4 参数化表示169

7.1.5 连续性条件170

7.2 三次Hermite样条曲线171

7.3 Bezier曲线173

7.3.1 Bezier曲线的定义173

7.3.2 Bezier曲线的性质173

7.3.3 常用Bezier曲线的矩阵表示175

7.3.4 Bezier曲线的拼接176

7.3.5 Bezier曲线的正算与反求177

7.3.6 Bezier曲面178

7.4 B样条曲线179

7.4.1 B样条曲线的定义179

7.4.2 B样条曲线的性质180

7.4.3 B样条曲线分类181

7.4.4 NURBS曲线183

7.5 曲线曲面应用实例183

7.5.1 实例1 绘制三次Bezier曲线183

7.5.2 实例2 三次均匀B样条曲线185

7.5.3 提高与超越190

7.6 本章小结191

思考题191

第8章 消隐192

8.1 消隐的基本概念192

8.1.1 什么是消隐192

8.1.2 消隐的分类192

8.2 线消隐193

8.3 面消隐194

8.3.1 深度缓冲区（Z-buffer）算法194

8.3.2 深度排序算法（画家算法）196

8.3.3 扫描线算法197

8.3.4 区域细分算法198

8.3.5 其他常用算法199

8.4 消隐算法实现实例200

8.4.1 实例1 凸多面体的绘制200

8.4.2 实例2 圆环的绘制207

8.4.3 提高与超越211

8.5 本章小结212

思考题212

第9章 真实感图形绘制213

9.1 三维形体的表示213

9.1.1 三维模型基础214

9.1.2 传统几何造型方法214

9.1.3 非传统造型技术217

9.2 光照模型220

9.2.1 光源特性与物体表面特性220

9.2.2 光照模型简介221

9.2.3 阴影生成224

9.2.4 光线跟踪算法简介224

9.3 物体的纹理显示225

9.3.1 表面图案225

9.3.2 凹凸纹理226

9.4 真实感图形绘制综合应用实例226

9.4.1 实例1 基于OpenGL的几何造型设计226

9.4.2　实例2 基于OpenGL的三维动画设计235

9.4.3 提高与超越239

9.5 本章小结241

思考题241

第10章 计算机图形学应用242

10.1 计算机动画242

10.1.1 计算机动画的起源与发展242

10.1.2 计算机动画的过程与分类242

10.1.3 双缓存实现帧动画244

10.1.4 计算机电影动画244

10.2 计算机辅助设计与制造245

10.2.1 CAD/CAM系统的组成245

10.2.2 CAD/CAM研究热点245

10.2.3 国内外CAD/CAM软件246

10.3 虚拟现实与计算机仿真248

10.4 科学计算可视化251

10.4.1 可视化的含义252

10.4.2 可视化的研究内容253

10.4.3 应用领域253

10.5 二维简单游戏设计255

10.6 本章小结262

思考题262

附录263

附录A 实验环境简介263

A.1 程序绘图语言选择263

A.2 上机环境的选择263

A.3 用Visual C＋＋环境进行程序设计263

A.4 OpenGL编程简介269

A.5 C程序绘图简介273

附录B 实验项目277

B.1 实验1 直线、圆、椭圆的生成算法277

B.2 实验2 多边形的扫描转换与区域填充278

B.3 实验3 二维裁剪278

B.4 实验4 平面图形综合设计279

B.5 实验5 三维图形变换279

B.6 实验6 常用曲线的生成280

B.7 实验7 消隐280

B.8 实验8 真实感图形绘制281

附录C 图形学所涉及的数学基础282

C.1 矢量及其运算282

C.2 矩阵方法283

C.3 行列式284

参考文献286