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第1章 绪论 1

1．1计算机图形学研究领域 1

1．1．1图形概念 1

1．1．2计算机图形学研究内容 4

1．1．3计算机图形学与相关学科的关系 5

1．2计算机图形学应用领域 6

1．2．1计算机辅助设计与制造（CAD／CAM） 6

1．2．2计算机仿真和模拟 7

1．2．3娱乐动画 8

1．2．4地理信息系统 9

1．3计算机图形学的发展 11

1．3．1计算机图形学的诞生（1950～1960） 11

1．3．2线框图形学（1960～1970） 11

1．3．3光栅图形学（1970～1980） 11

1．3．4真实感图形学（1980～1990） 12

1．3．5实时图形学（1990～至今） 12

1．4习题 13

第2章 图形系统 14

2．1图形系统概述 14

2．1．1图形系统组成结构 14

2．1．2图形系统分类 19

2．2图形硬件显示原理 20

2．2．1图形显示设备及工作原理 20

2．2．2图形显示方式 25

2．2．3光栅扫描图形显示系统 27

2．3图形系统的体系结构 29

2．3．1概述 29

2．3．2应用程序阶段 30

2．3．3几何处理阶段 30

2．3．4光栅阶段 31

2．4图形支撑软件 32

2．4．1 OpenGL 32

2．4．2 DirectX 33

2．4．3 Java2D和3D 34

2．5习题 34

第3章 基本图形光栅化 35

3．1直线光栅化 35

3．1．1 DDA画线算法 36

3．1．2中点画线算法 37

3．1．3 Bresenham画线算法 38

3．2圆的光栅化 41

3．2．1圆的八对称性 41

3．2．2中点画圆算法 41

3．2．3 Bresenham画圆算法 42

3．3区域填充 44

3．3．1多边形填充算法 44

3．3．2边填充算法 49

3．3．3种子填充算法 50

3．4字符表示 53

3．4．1点阵字符 53

3．4．2矢量字符 54

3．5反走样 55

3．5．1光栅图形走样 55

3．5．2常用反走样技术 56

3．6习题 57

第4章 实体造型与曲线曲面 58

4．1三维实体表示基础 58

4．1．1基本几何元素 58

4．1．2几何信息与拓扑信息 59

4．1．3实体定义 59

4．2三维实体表示方法 60

4．2．1边界表示 60

4．2．2扫描表示 62

4．2．3构造实体几何表示 63

4．2．4空间细分表示 64

4．3三次参数曲线 66

4．3．1基本知识 66

4．3．2 Hermite曲线 67

4．3．3 Bezier曲线 72

4．3．4 B样条曲线 77

4．4双三次参数曲面 84

4．4．1 Coons曲面 84

4．4．2 Bezier曲面 86

4．4．3 B样条曲面 87

4．4．4双三次参数曲面片的绘制 89

4．5习题 89

第5章 图形变换与观察 91

5．1二维几何变换 91

5．1．1基本几何变换 91

5．1．2齐次坐标 94

5．1．3变换矩阵功能分区 95

5．1．4复合变换 96

5．2三维几何变换 97

5．2．1基本几何变换 98

5．2．2复合变换 100

5．3投影变换 102

5．3．1基本概念 102

5．3．2平行投影 103

5．3．3透视投影 106

5．4三维观察流程 108

5．4．1坐标系统 109

5．4．2建模变换 110

5．4．3观察变换 110

5．4．4投影变换 110

5．4．5窗口—视区变换 110

5．5裁剪 112

5．5．1点的裁剪 112

5．5．2直线裁剪 113

5．5．3多边形裁剪 118

5．5．4其他裁剪 122

5．6 OpenGL中的图形变换 124

5．6．1视点变换与模型变换 124

5．6．2投影变换与视口变换 125

5．7习题 127

第6章 交互技术 128

6．1基本交互技术 128

6．1．1定位 128

6．1．2选择 128

6．1．3数值输入和文字输入 131

6．2高级交互技术 131

6．2．1分组与图层 131

6．2．2几何约束 132

6．2．3拖动、旋转、缩放与形变 132

6．2．4橡皮筋 132

6．2．5双缓存 133

6．2．6全图的漫游、缩放 133

6．2．7三维交互 134

6．3习题 134

第7章 消隐 135

7．1概述 135

7．1．1消隐的定义 135

7．1．2消隐算法的分类 136

7．1．3消隐的基本原则 138

7．2多面体的消隐算法 139

7．2．1凸多面体消隐 139

7．2．2任意多面体的消隐 141

7．3深度缓冲器算法 144

7．3．1算法基本思想 144

7．3．2算法描述 144

7．3．3深度值的计算 145

7．3．4深度缓冲器算法特点 146

7．4扫描线深度缓存算法 146

7．4．1算法基本思想 147

7．4．2算法描述 147

7．4．3扫描线与多边形面片求交算法的实现 148

7．4．4扫描线消隐算法特点 150

7．5画家算法 150

7．5．1画家算法的基本思想 150

7．5．2深度优先级表的建立 150

7．5．3深度优先级冲突解决的排序算法 151

7．5．4画家算法的特点 152

7．6光线追踪算法（Ray Casting） 153

7．6．1算法基本思想 153

7．6．2算法描述 153

7．7习题 154

第8章 真实感图形绘制 156

8．1简单光照明模型 156

8．1．1基本光学原理 157

8．1．2环境光 157

8．1．3漫反射光 158

8．1．4镜面反射光 158

8．1．5 Phong光照明模型 160

8．2多边形绘制 161

8．2．1恒定光强的多边形绘制 161

8．2．2双线性光强明暗处理 162

8．2．3双线性法向明暗处理 164

8．3透明与阴影 165

8．3．1透明处理 165

8．3．2阴影 165

8．4纹理与纹理映射 167

8．4．1纹理概述 167

8．4．2常见纹理映射技术 168

8．5整体光照模型和光线跟踪 173

8．5．1整体光照模型 173

8．5．2 Whitted光照模型 174

8．5．3光线跟踪算法 175

8．6实时真实感图形学技术 182

8．6．1层次细节显示和简化 183

8．6．2基于图像的绘制技术 185

8．7 OpenGL光照 187

8．7．1 OpenGL颜色模型 187

8．7．2光源 188

8．7．3光照模型 190

8．7．4材质和纹理 191

8．8习题 192

附录 194

附录A 线性代数基础知识 194

A．1矢量及其运算 194

A．2矩阵及其运算 195

附录B 课程实验指导 197

B．1实验总体方案 197

B．2实验具体方案 197

附录C 模拟试题及参考答案 223

模拟试题A 223

模拟试题B 227

模拟试题A参考答案 231

模拟试题B参考答案 233

参考文献 236