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绪论1

0.1 交互式计算机图形学研究内容1

0.2 交互式计算机图形学的应用发展2

0.2.1 虚拟制造2

0.2.2 可视化3

0.2.3 计算机辅助外科学3

0.2.4 计算机美术3

0.2.5 图像处理4

0.2.6 其他应用4

0.3 交互式计算机图形学的学习5

第1章 交互式计算机图形系统6

1.1 交互式计算机图形系统配置及其性能要求6

1.2 计算机6

1.3 输入设备7

1.3.1 键盘8

1.3.2 鼠标器8

1.3.3 操纵杆和轨迹球8

1.3.4 数据手套8

1.3.5 数字化仪8

1.3.6 声音输入9

1.3.7 扫描仪和触摸屏9

1.4 图形显示设备9

1.4.1 显示技术9

1.4.2 显示器11

1.5 硬拷贝设备14

1.5.1 绘图机14

1.5.2 打印机15

1.6 交互式计算机图形系统的软件平台15

1.6.1 操作系统平台15

1.6.2 数据库系统16

1.6.3 图形软件17

1.6.4 计算机图形标准18

练习题22

第2章 图形程序算法及图形原语23

2.1 图形程序算法23

2.1.1 几何元素及其方向性定义23

2.1.2 几何交切计算常用数学方法25

2.1.3 几何元素程序算法应用举例25

2.2 Turbo C图形原语30

2.2.1 图形系统管理函数30

2.2.2 屏幕管理函数32

2.2.3 图形属性函数32

2.2.4 绘图函数34

2.2.5 文本处理函数34

2.2.6 位图处理函数35

2.2.7 错误处理函数35

2.3 OpenGL图形库函数36

2.3.1 OpenGL程序的基本结构36

2.3.2 OpenGL辅助库37

2.3.3 OpenGL命令格式及状态机制38

2.3.4 OpenGL图元绘制函数40

2.3.5 OpenGL变换操作函数42

2.3.6 OpenGL颜色设置函数44

2.3.7 OpenGL光照模型函数44

2.4 图形程序算法应用举例49

练习题50

第3章 光栅图形生成算法51

3.1 直线生成算法51

3.1.1 数值微分法51

3.1.2 中点画线法52

3.1.3 Bresenham画线算法54

3.2 圆生成算法56

3.2.1 中点画圆算法56

3.2.2 Bresenham画圆算法58

3.3 椭圆生成算法59

3.4 区域填充60

3.4.1 扫描线多边形填充算法61

3.4.2 种子填充算法64

3.4.3 区域填充属性65

3.5 字符的生成66

3.5.1 矢量字符66

3.5.2 点阵字符66

3.5.3 字符的显示67

3.6 反走样技术67

3.6.1 过取样法67

3.6.2 区域取样法68

练习题69

第4章 2维几何变换及裁剪70

4.1 2维基本几何变换70

4.1.1 2维基本几何变换的一般表示70

4.1.2 2维基本几何变换的齐次坐标表示73

4.2 2维观察76

4.2.1 坐标系76

4.2.2 2维观察控制流程77

4.2.3 世界坐标系（WC）到观察坐标系（VC）的变换78

4.2.4 窗口视区变换79

4.2.5 规范化坐标系到设备坐标系的变换80

4.3 2维图形裁剪81

4.3.1 点的裁剪81

4.3.2 直线段裁剪81

4.3.3 凹多边形窗口裁剪算法86

4.3.4 多边形裁剪90

4.3.5 字符裁剪92

练习题93

第5章 几何模型构造95

5.1 几何模型元素95

5.2 自由曲线的数学描述98

5.2.1 三次样条曲线98

5.2.2 Bezier（贝齐尔）曲线104

5.2.3 B样条曲线108

5.2.4 NURBS曲线114

5.2.5 自由曲线数学描述的等价转换116

5.3 自由曲面的数学描述117

5.3.1 双三次Coons曲面117

5.3.2 双三次Bezier曲面119

5.3.3 双三次B样条曲面121

5.3.4 NURBS曲面122

5.4 基本体描述123

5.4.1 多边形表面描述123

5.4.2 布尔运算基础123

5.4.3 半空间124

5.4.4 扫描法125

5.4.5 体素125

5.5 几何模型的计算机内部表示126

5.5.1 数据结构基本概念126

5.5.2 几何模型数据结构128

5.5.3 线框模型131

5.5.4 面模型131

5.5.5 实体模型132

5.6 几何模型构造137

5.6.1 几何算法137

5.6.2 集合运算138

5.6.3 欧拉操作143

5.6.4 实体模型构造模块简介144

5.7 分数维几何模型145

5.8 小结148

5.8.1 基于工程特征的模型148

5.8.2 基于物理的模型150

练习题151

第6章 3维几何变换及观察控制152

6.1 3维基本几何变换152

6.2 模型变换和坐标系变换157

6.2.1 连续旋转变换157

6.2.2 坐标系变换158

6.3 3维观察控制流程定义158

6.4 观察坐标系及其变换159

6.4.1 观察坐标系定义159

6.4.2 WC到VC的变换160

6.5 投影变换162

6.5.1 投影分类163

6.5.2 平行投影163

6.5.3 透视投影168

6.5.4 体视投影171

6.6 观察体173

6.6.1 观察空间与观察体173

6.6.2 规范化观察体174

6.6.3 观察体的规范化175

6.7 3维裁剪178

练习题179

第7章 图形的真实感处理181

7.1 消隐算法181

7.1.1 消隐算法分类181

7.1.2 消隐基本算法182

7.1.3 消隐线算法188

7.1.4 消隐面算法200

7.2 局部光照模型203

7.2.1 光亮度计算204

7.2.2 Phone光照模型205

7.2.3 多边形的明暗处理208

7.3 整体光照模型210

7.3.1 光线跟踪算法210

7.3.2 Whitted模型212

7.4 纹理模型212

7.4.1 颜色纹理模型213

7.4.2 几何纹理模型214

7.4.3 过程纹理模型215

7.5 阴影效应216

练习题216

第8章 交互式用户界面218

8.1 图形用户界面219

8.1.1 X-Window220

8.1.2 Motif221

8.1.3 用户界面设计222

8.2 用户窗口224

8.2.1 菜单224

8.2.2 对话框228

8.3 交互任务及信息反馈229

8.4 交互技术231

8.4.1 交互设备231

8.4.2 实时输入处理231

8.4.3 图形交互处理234

8.5 网络用户界面235

8.5.1 多媒体237

8.5.2 Web浏览器238

8.6 虚拟现实环境239

8.7 结束语240

练习题240

参考文献241