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第一章 绪论1

1.1 计算机图形学概述1

1.1.1 计算机图形学的基本概念1

1.1.2 计算机图形学的研究内容3

1.2 计算机图形学的发展过程4

1.2.1 早期发展4

1.2.2 硬件设备发展5

1.3 计算机图形系统的组成7

1.3.1 基本功能7

1.3.2 系统结构8

1.4 计算机图形学的应用及研究前沿9

1.4.1 2D领域应用9

1.4.2 3D领域应用12

1.4.3 综合应用13

1.5 发展趋势15

1.5.1 智能移动设备的图形应用15

1.5.2 计算机图形学技术的应用16

1.6 本章小结17

习题17

第二章 光栅图形学18

2.1 直线的生成算法18

2.1.1 直线DDA算法18

2.1.2 直线的Bresenham算法19

2.2 圆弧的生成算法20

2.2.1 逐点比较法生成圆弧20

2.2.2 简单DDA法生成圆弧22

2.2.3 角度DDA法生成圆弧24

2.3 区域填充算法25

2.3.1 扫描线填充算法25

2.3.2 种子填充算法27

2.4 裁剪算法29

2.4.1 点裁剪29

2.4.2 线段裁剪29

2.4.3 多边形裁剪34

2.5 本章小结40

习题40

第三章 几何造型技术41

3.1 参数曲线与曲面41

3.1.1 曲线、曲面的基础知识41

3.1.2 规则曲线46

3.1.3 自由曲线48

3.2 代数插值51

3.2.1 代数插值的定义52

3.2.2 插值多项式存在的唯一性定理52

3.2.3 Lagrange插值多项式53

3.3 Hermite插值58

3.3.1 三次Hermite插值59

3.3.2 Hermite插值余项60

3.3.3 分段低次插值61

3.3.4 分段插值的余项及其收敛性63

3.4 二次曲线拟合64

3.4.1 二次曲线的一般参数方程64

3.4.2 二次曲线的参数拟合66

3.5 Bezier曲线69

3.5.1 平面曲线理论基础69

3.5.2 Bernstein基函数的定义及性质72

3.5.3 Bezier曲线的定义及性质75

3.6 B样条曲线79

3.6.1 B样条基函数79

3.6.2 B样条曲线的定义及性质82

3.6.3 三次B样条曲线及分类83

3.6.4 三次参数曲线的比较与转换85

3.7 曲面拟合与显示86

3.7.1 Coons曲面86

3.7.2 Bezier曲面89

3.7.3 B样条曲面91

3.8 本章小结93

习题93

第四章 三维图形显示94

4.1 三维空间的几何变换94

4.1.1 平移变换95

4.1.2 缩放变换95

4.1.3 三维旋转变换96

4.1.4 对称变换97

4.1.5 错切变换97

4.1.6 三维复合变换98

4.2 坐标系统及其变换99

4.2.1 图形表示中的坐标系统100

4.2.2 世界坐标系到观察坐标系的变换101

4.2.3 规格化坐标系到设备坐标系的变换104

4.2.4 窗口视图变换104

4.3 投影106

4.3.1 透视投影107

4.3.2 平行投影108

4.4 三维裁剪111

4.4.1 三维视图的定义112

4.4.2 Cohen-Sutherland编码算法115

4.4.3 三维中点分割117

4.5 消隐算法118

4.5.1 外法线法118

4.5.2 Z-buffer算法120

4.5.3 扫描线算法121

4.5.4 画家算法122

4.5.5 BSP树算法123

4.6 本章小结124

习题125

第五章 真实感图形学126

5.1 颜色的属性与合成126

5.1.1 颜色的属性126

5.1.2 三色学说128

5.1.3 三原色混合标准128

5.1.4 常用的颜色模型130

5.2 简单光照明模型133

5.2.1 简单漫反射133

5.2.2 镜面反射134

5.2.3 环境光134

5.2.4 Phong光照明模型135

5.3 光透射模型135

5.3.1 颜色调和法135

5.3.2 Whitted光透射模型136

5.3.3 Hall透射模型136

5.4 整体光照明模型137

5.4.1 光线跟踪算法137

5.4.2 辐射度方法139

5.5 多边形的绘制144

5.5.1 Gouraud着色方法145

5.5.2 Phong着色方法146

5.6 纹理及纹理映射147

5.6.1 纹理映射148

5.6.2 几何纹理的生成148

5.7 图形反走样技术149

5.7.1 面积采样反走样150

5.7.2 增加采样点反走样150

5.7.3 Mip-Map纹理反走样151

5.8 真实感图形常用特效153

5.8.1 雾化153

5.8.2 阴影153

5.8.3 各向异性过滤155

5.8.4 粒子系统155

5.9 本章小结156

习题157

第六章 虚拟现实技术与可视化158

6.1 虚拟现实技术简介158

6.1.1 虚拟现实技术的概念158

6.1.2 虚拟现实技术的特点158

6.1.3 虚拟现实技术的实现指标159

6.1.4 虚拟现实技术的分类160

6.2 立体显示161

6.2.1 立体显示的基本概念161

6.2.2 立体视觉基本原理161

6.2.3 立体显示技术162

6.2.4 立体显示所需编码技术166

6.3 虚拟现实生成和显示技术167

6.3.1 视觉生成技术167

6.3.2 触觉与力觉生成技术169

6.3.3 虚拟现实显示技术170

6.4 动作捕捉171

6.4.1 概述171

6.4.2 动作捕捉分类172

6.4.3 常见动作捕捉系统173

6.5 虚拟现实技术的具体应用174

6.5.1 医学仿真174

6.5.2 3D图形引擎175

6.5.3 军事上的应用176

6.5.4 增强现实技术177

6.6 科学计算可视化178

6.6.1 科学计算可视化简介178

6.6.2 矢量场可视化179

6.7 本章小结180

习题181

第七章 计算机动画182

7.1 计算机动画概述182

7.2 计算机动画的光栅方法183

7.2.1 双缓存183

7.2.2 光栅操作184

7.3 动画序列的设计184

7.3.1 关键帧185

7.3.2 变形186

7.3.3 渐变188

7.3.4 基于隐式曲面的变形和渐变188

7.4 运动的描述189

7.4.1 直接运动描述189

7.4.2 目标导向系统190

7.4.3 运动学和动力学190

7.4.4 关节链形体动画190

7.5 计算机动画开发工具191

7.5.1 计算机动画语言191

7.5.2 计算机动画制作软件——Macromedia Flash195

7.6 本章小结198

习题198

第八章 图像处理199

8.1 图像的计算机表示方法199

8.2 图像基本变换方法200

8.2.1 图像变换的一般形式200

8.2.2 傅里叶变换201

8.2.3 离散余弦变换（DCT）204

8.2.4 离散沃尔什－哈达玛变换206

8.2.5 K-L变换与小波变换208

8.3 图像增强210

8.3.1 图像增强概述210

8.3.2 灰度变换211

8.3.3 灰度直方图变换213

8.3.4 基于空域滤波的增强218

8.3.5 基于频域滤波的增强223

8.3.6 彩色图像的增强225

8.4 图像压缩编码225

8.4.1 概述225

8.4.2 无失真编码228

8.4.3 有损编码231

8.4.4 图像压缩编码的国际标准233

8.4.5 基于小波变换的SPIHT算法236

8.5 图像分割240

8.5.1 概述240

8.5.2 相似性分割241

8.5.3 非连续性分割244

8.6 本章小结249

习题250

第九章 图像识别基础252

9.1 模式识别概述252

9.1.1 模式与模式识别252

9.1.2 模式识别系统252

9.1.3 模式识别的分类253

9.2 判别函数254

9.2.1 概述254

9.2.2 线性判别函数254

9.2.3 广义线性判别函数和非线性判别函数256

9.3 Bayes分类器257

9.3.1 引言257

9.3.2 最小错误率Bayes分类器258

9.3.3 其他准则下的Bayes分类器259

9.4 聚类分析263

9.4.1 概述263

9.4.2 相似性测度和聚类准则263

9.4.3 基于试探的聚类搜索算法265

9.4.4 系统聚类法269

9.4.5 基于改进粒子群算法的K均值聚类算法269

9.5 图像识别272

9.5.1 人眼识别原理272

9.5.2 计算机图像识别272

9.5.3 指纹识别技术273

9.5.4 图像特征提取274

9.6 基于BP神经网络的图像识别技术276

9.6.1 BP神经网络276

9.6.2 基于BP神经网络的图像识别278

9.7 本章小结279

习题280

附录A 计算机图形学的数学基础281

A.1 标量281

A.2 向量空间281

A.3 仿射空间282

A.4 欧几里德空间283

A.5 矩阵运算284

A.6 齐次坐标286

A.7 线性方程组的求解286

附录B 图形的几何变换287

B.1 坐标变换287

B.2 二维图形的几何变换288

参考文献293