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第1章 绪论 1

1.1 计算机图形学的研究内容 1

1.2 计算机图形学发展的历史回顾 1

1.3 计算机图形学的应用及研究前沿 3

1.3.1 计算机辅助设计与制造 3

1.3.2 可视化 4

1.3.3 真实感图形实时绘制与自然景物仿真 5

1.3.4 计算机动画 6

1.3.5 用户接口 7

1.3.6 计算机艺术 7

1.4 图形设备 8

1.4.1 图形显示设备 8

1.4.2 图形处理器 12

1.4.3 图形输入设备 13

1.5 最新研究成果 15

1.5.1 绘制 15

1.5.2 几何 16

1.5.3 视频 17

习题1 18

第2章 光栅图形学 19

2.1 直线段的扫描转换算法 19

2.1.1 数值微分法 19

2.1.2 中点画线法 20

2.1.3 Bresenham算法 22

2.2 圆弧的扫描转换算法 23

2.2.1 圆的特征 23

2.2.2 中点画圆法 24

2.3 多边形的扫描转换与区域填充 24

2.3.1 多边形的扫描转换 25

2.3.2 区域填充算法 28

2.4 字符 31

2.4.1 点阵字符 32

2.4.2 矢量字符 32

2.4.3 字符属性 32

2.5 裁剪 33

2.5.1 直线段裁剪 33

2.5.2 多边形裁剪 37

2.5.3 字符裁剪 40

2.6 反走样 40

2.6.1 提高分辨率 40

2.6.2 区域采样 41

2.6.3 加权区域采样 42

2.7 消隐 42

2.7.1 消隐的分类 43

2.7.2 消除隐藏线 43

2.7.3 消除隐藏面 45

习题2 56

第3章 几何造型技术 57

3.1 参数曲线和曲面 57

3.1.1 曲线曲面的表示 57

3.1.2 曲线的基本概念 58

3.1.3 插值、拟合和光顺 61

3.1.4 参数化 62

3.1.5 参数曲线的代数和几何形式 63

3.1.6 连续性 64

3.1.7 参数曲面的基本概念 65

3.2 Bézier曲线与曲面 66

3.2.1 Bézier曲线的定义和性质 66

3.2.2 Bézier曲线的递推算法 69

3.2.3 Bézier曲线的拼接 70

3.2.4 Bézier曲线的升阶与降阶 71

3.2.5 Bézier曲面 72

3.2.6 三边Bézier曲面片 74

3.3 B样条曲线与曲面 78

3.3.1 B样条的递推定义和性质 78

3.3.2 B样条曲线的性质 79

3.3.3 de Boor算法 80

3.3.4 节点插入算法 83

3.3.5 B样条曲面 84

3.4 NURBS曲线与曲面 84

3.4.1 NURBS曲线的定义 85

3.4.2 齐次坐标表示 86

3.4.3 权因子的几何意义 86

3.4.4 圆锥曲线的NURBS表示 87

3.4.5 NURBS曲线的修改 87

3.4.6 非均匀有理B样条（NURBS）曲面 89

3.5 Coons曲面 89

3.5.1 基本概念 89

3.5.2 双线性Coons曲面 90

3.5.3 双三次Coons曲面 91

3.6 形体在计算机内的表示 92

3.6.1 引言 93

3.6.2 形体表示模型 94

3.6.3 形体的边界表示模型 99

3.7 求交分类 104

3.7.1 求交分类简介 104

3.7.2 求交分类策略 105

3.7.3 基本的求交算法 106

3.8 实体造型系统简介 109

3.8.1 Parasolid系统 110

3.8.2 ACIS系统 112

3.9 三角网格 114

3.9.1 三角网格的概念 114

3.9.2 三角网格的半边表示 115

3.9.3 网格处理概述 116

3.9.4 网格简化 117

3.9.5 网格细分 119

3.9.6 特征敏感网格重剖 120

习题3 122

第4章 真实感图形学 124

4.1 真实图像的生成 124

4.2 颜色视觉 125

4.2.1 基本概念 126

4.2.2 三色学说 127

4.2.3 CIE色度图 127

4.2.4 常用的颜色模型 129

4.3 简单光照明模型 131

4.3.1 相关知识 132

4.3.2 Phong光照明模型 133

4.3.3 增量式光照明模型 135

4.3.4 阴影的生成 137

4.4 局部光照明模型 138

4.4.1 理论基础 138

4.4.2 局部光照明模型 140

4.5 光透射模型 141

4.5.1 透明效果的简单模拟 141

4.5.2 Whitted光透射模型 142

4.5.3 Hall光透射模型 143

4.5.4 简单光反射透射模型 144

4.6 纹理及纹理映射 145

4.6.1 纹理概述 145

4.6.2 二维纹理域的映射 146

4.6.3 三维纹理域的映射 147

4.6.4 几何纹理 147

4.7 整体光照明模型 148

4.7.1 光线跟踪算法 148

4.7.2 辐射度方法 156

4.8 实时真实感图形学技术 163

4.8.1 基于图像的绘制技术 164

4.8.2 景物模拟 165

习题4 169

第5章 图形标准 170

5.1 OpenGL概述 170

5.2 OpenGL程序结构 172

5.3 基本几何元素绘制 174

5.4 坐标变换 182

5.5 光照处理 189

5.6 显示列表 194

5.7 纹理贴图 196

习题5 201

附录A 计算机图形学的数学基础 202

A.1 矢量运算 202

A.2 矩阵运算 203

A.3 齐次坐标 204

A.4 线性方程组的求解 205

附录B 图形的几何变换 206

B.1 窗口区到视图区的坐标变换 206

B.2 二维图形的几何变换 207

B.3 三维图形几何变换 209

附录C 形体的投影变换 212

C.1 投影变换分类 212

C.2 世界坐标与观察坐标 212

C.3 正平行投影（三视图） 213

C.4 斜平行投影 214

C.5 透视投影 214

参考文献 216