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第一章 绪论1

1.1 图形无所不在1

1.2 景物的几何建模4

1.3 场景绘制8

1.4 人机交互界面10

1.5 计算机动画11

习题12

第二章 计算机图形系统及其设备13

2.1 计算机图形显示原理13

2.1.1 CRT显示器13

2.1.2 光栅扫描图形显示原理16

2.1.3 液晶显示器17

2.1.4 显示适配器18

2.2.1 微型计算机图形系统23

2.2 计算机图形系统概述23

2.2.2 图形工作站25

2.2.3 虚拟现实系统25

2.3 图形输入设备26

2.3.1 光笔26

2.3.2 图形输入板27

2.3.3 触摸板27

2.3.4 图形扫描仪28

2.3.5 语音系统29

2.3.6 数据手套29

2.4 计算机绘图设备29

2.4.1 滚筒式绘图机29

2.4.2 平板式绘图机30

2.4.3 喷墨式彩色绘图机与静电式绘图机31

习题32

3.1 生成直线的DDA方法33

第三章 生成直线和圆弧的算法33

3.2 生成直线的Bresenham算法34

3.3 生成直线算法的进一步改进36

3.4 Bresenham生成圆弧的算法38

3.5 绘圆弧的正负法40

3.6 圆的多边形迫近法42

习题46

第四章 变换48

4.1 一个简单的图形软件包48

4.2 三维图形的显示流程50

4.3 三维几何变换51

4.4 投影57

4.4.1 透视57

4.4.3 投影平面是任意平面的情况59

4.4.2 平行投影59

4.5 裁剪62

4.5.1 Sutherland-Cohen算法63

4.5.2 中点分割算法65

4.5.3 梁友栋-Barsky算法65

4.5.4 快速算法67

4.5.5 其它图形的裁剪69

4.5.6 三维图形的裁剪71

4.6 窗口到视区的变换72

4.7 图形显示流程的进一步说明74

习题82

第五章 层次结构83

5.1 几何模型及其层次结构83

5.2 层次结构的实现84

5.3 用结构方法实现层次结构86

5.4 块和嵌入90

5.5 层91

习题92

第六章 交互技术93

6.1 交互的硬件设备93

6.2 基本交互任务94

6.3 进一步的交互技术98

6.4 输入过程基本处理模式105

6.5 设计人机交互的一般风格及原则107

6.6 图形标准及图形程序库OpenGL109

习题111

第七章 光栅图形的扫描转换与区域填充112

7.1 多边形的扫描转换112

7.1.1 什么是多边形的扫描转换112

7.1.3 扫描线算法113

7.1.2 逐点判断算法113

7.1.4 边缘填充算法119

7.1.5 边界标志算法121

7.2 区域填充123

7.2.1 区域的表示和类型123

7.2.2 递归算法125

7.2.3 扫描线算法126

7.3 多边形的扫描转换与区域填充的比较129

7.4 光栅图形的反走样算法130

7.4.1 光栅图形的走样现象130

7.4.2 反走样线段131

7.4.3 反走样多边形132

7.4.4 提高分辨率的反走样方法133

习题133

第八章 隐藏面和隐藏线的消除134

8.1 多面体的隐藏线消除135

8.2 曲面的隐藏线消除140

8.3 区域子分算法143

8.4 z缓冲器算法和扫描线算法145

8.5 区间扫描线算法149

8.6 曲面的扫描线消隐算法151

8.7 优先级表算法152

习题154

第九章 曲线曲面的表示155

9.1 Bézier曲线曲面155

9.1.1 Bézier曲线155

9.1.2 Bézier曲线的拼接157

9.1.3 Bézier曲线的离散生成159

9.1.4 Bézier曲面162

9.2.1 B样条基函数165

9.2 B样条曲线曲面165

9.2.2 B样条曲线166

9.2.3 deBoor算法和B样条曲线的离散生成168

9.2.4 B样条曲面171

9.3 孔斯曲面172

9.3.1 双三次孔斯曲面172

9.3.2 双三次孔斯曲面与双三次Bèzier曲面的互化173

9.4 有理形式的曲线曲面175

9.4.1 有理Bézier曲线175

9.4.2 二次有理Bézier曲线176

9.4.3 有理Bézier曲面177

9.4.4 有理B样条曲线178

9.4.5 有理B样条曲面179

9.4.6 有理形式的孔斯曲面179

习题180

10.1 概述181

第十章 三维实体造型181

10.2 体素构造表示(CSG树表示)182

10.2.1 三维物体的点集模型182

10.2.2 物体间的正则集合运算183

10.2.3 物体的CSG树表示184

10.2.4 CSG树表示的分治算法185

10.2.5 光线投射算法186

10.3 边界表示法187

10.3.1 三维物体的曲面模型187

10.3.2 物体的边界表示187

10.3.3 Sweep运算190

10.3.4 欧拉运算191

10.3.5 集合运算194

10.3.6 局部运算196

10.4 八叉树表示198

10.5 基于参数化、特征的实体造型201

10.5.1 参数化设计201

10.5.2 基于特征的实体造型206

习题209

第十一章 真实感图形的基本理论与算法211

11.1 引言211

11.2 简单光照明模型212

11.3 多边形表示物体的光滑明暗处理217

11.4 阴影生成220

11.4.1 影域多边形方法221

11.4.2 曲面细节多边形方法222

11.4.3 π缓冲器方法223

11.4.4 光线跟踪方法223

11.5.1 透射光亮度的简单模拟224

11.5 整体光照明模型224

11.5.2 Whitted光照明模型225

11.6 光线跟踪技术的基本原理226

11.7 加速光线跟踪算法229

11.8 物体表面细节的模拟236

11.8.1 二维纹理映射原理236

11.8.2 Catmull纹理映射算法240

11.8.3 纹理映射中的快速反走样技术242

11.8.4 环境映照技术248

11.8.5 三维纹理映射技术249

11.8.6 几何纹理映射技术249

11.10.1 理想漫射环境的辐射度方程250

11.9 图形反走样技术251

11.9.1 A缓冲器方法252

11.9.2 复杂阴影生成的反走样技术254

11.9.3 光线跟踪的图形反走样技术257

11.10 辐射度方法258

11.10.2 形状因子262

11.10.3 半立方体(hemi-cube)算法263

11.10.4 辐射度方程的求解技术268

11.10.5 辐射度方法的前后置处理272

11.10.6 子结构技术275

习题277

第十二章 计算机动画278

12.1 计算机动画的发展历史和应用279

12.2 商业动画软件简介282

12.2.1 Alias|Wavefront动画软件283

12.2.2 Maya动画软件285

12.2.3 Softimage动画软件286

12.3 低层运动控制方法287

12.3.2 样条驱动动画技术288

12.3.1 参数关键帧技术288

12.3.3 物体朝向的欧拉角表示和插值技术289

12.3.4 物体朝向的四元数表示和插值技术289

12.4 Morphing和空间变形动画技术292

12.4.1 二维多边形形状渐变292

12.4.2 二维图象morphing技术293

12.4.3 三维morphing技术298

12.4.4 整体和局部变形方法300

12.4.5 自由变形方法FFD及其变种300

12.4.6 其它变形方法303

12.4.7 元球的造型和动画技术304

12.5 过程动画技术305

12.5.1 粒子系统305

12.5.3 布料动画307

12.5.2 群体动画307

12.5.4 水波动画308

12.6 关节动画与脸部表情动画技术308

12.6.1 关节链结构的基本概念309

12.6.2 关节链结构表示309

12.6.3 关节链结构的运动求解技术310

12.6.4 复杂骨架的层次构造及其运动控制310

12.6.5 两足行走模型312

12.6.6 骨架驱动的肌肉模型313

12.6.7 脸部表情动画315

12.7 基于物理的动画技术316

12.7.1 刚体运动模拟317

12.7.2 塑性物体变形运动318

12.7.4 其它动力学模型319

习题319

12.7.3 流体运动模拟319

第十三章 科学计算可视化321

13.1 引言321

13.1.1 科学计算可视化出现的背景、意义及与计算机图形学的关系321

13.1.2 科学计算可视化的基本步骤322

13.1.3 科学计算可视化的应用322

13.2 可视化数据的基本表示324

13.2.1 可视化数据的基本特征324

13.2.2 可视化数据表示的设计策略324

13.2.3 数据集的类型325

13.3 面绘制方法329

13.3.1 基于等值线的生成方法329

13.3.2 基于体素(voxel)的生成方法332

13.4.2 体光照模型335

13.4.1 体绘制方法出现的背景335

13.4 体绘制方法335

13.3.3 基于能量函数的封闭等值面生成方法335

13.4.3 以图像空间为序的体绘制方法336

13.4.4 以物体空间为序的体绘制方法337

13.4.5 其它的体绘制方法340

13.4.6 面绘制和体绘制相结合的方法341

13.5 矢量场和张量场的可视化341

13.5.1 三维矢量场可视化的研究内容及难点341

13.5.2 基于几何形状的矢量场映射方法341

13.5.3 基于颜色、光学系统的矢量场映射方法344

13.5.4 基于纹理的矢量场映射方法346

13.5.5 特征可视化348

13.5.6 张量场的可视化350

13.6 免费可视化软件VTK简介352

习题352

参考文献353