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第1章 绪论1

1.1 计算机图形学的研究内容及其与相关学科的关系1

1.1.1 什么是计算机图形学1

1.1.2 计算机图形学的研究内容2

1.1.3 计算机图形学与其他相关学科的关系2

1.2 计算机图形学的发展与应用3

1.2.1 计算机图形学的发展简史和发展方向3

1.2.2 计算机图形学的应用领域5

1.3 本章小结8

习题18

第2章 交互式计算机图形处理系统9

2.1 交互式计算机图形系统的组成9

2.2 图形输入设备10

2.2.1 一般输入设备10

2.2.2 图形输入设备13

2.3 视频显示设备16

2.3.1 光栅扫描显示器16

2.3.2 平板显示器28

2.3.3 未来的显示器31

2.4 图形绘制设备32

2.4.1 绘图仪32

2.4.2 打印机33

2.5 虚拟现实应用中的动态交互感知设备34

2.6 OpenGL图形标准36

2.6.1 OpenGL简介36

2.6.2 OpenGL的主要特点和功能36

2.6.3 OpenGL的工作流程37

2.6.4 OpenGL开发库的基本组成37

2.6.5 如何在Visual C＋＋环境中使用OpenGL库函数38

2.7 本章小结38

习题239

第3章 基本图形生成算法40

3.1 直线的扫描转换40

3.1.1 光栅图形中点的表示40

3.1.2 绘制直线的要求40

3.1.3 数值微分画线法41

3.1.4 中点画线法43

3.1.5 Bresenham画线算法44

3.2 圆和圆弧的扫描转换46

3.2.1 圆的特性46

3.2.2 数值微分画圆法46

3.2.3 中点画圆法48

3.2.4 Bresenham画圆算法49

3.2.5 多边形逼近画圆法52

3.3 线宽与线型的处理53

3.3.1 线宽的处理54

3.3.2 线型的处理55

3.4 实区域填充算法56

3.4.1 实区域填充算法的基本思路56

3.4.2 一般多边形的填充过程及其存在的问题56

3.4.3 有序边表算法59

3.4.4 边填充算法62

3.4.5 简单的种子填充算法64

3.4.6 扫描线种子填充算法66

3.5 图形反走样技术68

3.5.1 光栅图形的走样现象及其原因68

3.5.2 常用反走样技术69

3.5.3 Bresenham区域反走样算法71

3.6 本章小结73

习题373

第4章 自由曲线和曲面74

4.1 计算机辅助几何设计概述74

4.1.1 CAGD的研究内容74

4.1.2 对形状数学描述的要求75

4.1.3 自由型曲线和曲面的一般设计过程和数学表示77

4.1.4 自由曲线曲面的发展历程79

4.2 参数样条曲线80

4.2.1 线性插值与抛物线插值80

4.2.2 参数样条曲线与样条插值81

4.3 Bézier曲线87

4.3.1 Bézier曲线的数学表示87

4.3.2 Bézier曲线的性质88

4.3.3 常用的Bézier曲线90

4.3.4 Bézier曲线的拼接92

4.3.5 de Casteljau递推算法93

4.3.6 反求Bézier曲线控制点94

4.3.7 有理Bézier曲线95

4.4 B样条曲线95

4.4.1 问题的提出95

4.4.2 B样条曲线的数学表示96

4.4.3 二次B样条曲线&.97

4.4.4 三次B样条曲线98

4.4.5 B样条曲线的几种特殊情况99

4.4.6 反求B样条曲线控制顶点101

4.4.7 均匀B样条、准均匀B样条与非均匀B样条106

4.4.8 B样条曲线的离散生成——deBoor分割算法109

4.4.9 非均匀有理B样条（NURBS）曲线110

4.5 自由曲面111

4.5.1 参数多项式曲面112

4.5.2 Coons曲面113

4.5.3 Bézier曲面114

4.5.4 B样条曲面116

4.6 本章小结117

习题4118

第5章 图形变换与裁剪119

5.1 窗口视图变换119

5.2 二维图形几何变换120

5.2.1 二维图形几何变换原理120

5.2.2 齐次坐标技术121

5.2.3 二维组合变换122

5.3 三维图形几何变换126

5.3.1 三维空间坐标系126

5.3.2 三维图形几何变换127

5.3.3 三维图形的组合变换132

5.4 投影变换133

5.4.1 投影变换的分类133

5.4.2 平行投影134

5.4.3 透视投影139

5.5 二维线段裁剪141

5.5.1 矩形窗口裁剪算法142

5.5.2 圆形窗口裁剪算法147

5.5.3 多边形窗口裁剪算法149

5.6 多边形的裁剪152

5.6.1 Sutherland-Hodgman算法152

5.6.2 Weiler-Atherton算法154

5.7 三维线段裁剪156

5.7.1 平行投影中的三维裁剪156

5.7.2 透视投影中的三维裁剪157

5.8 本章小结159

习题5159

第6章 实体几何造型基础160

6.1 多面体模型和曲面模型160

6.1.1 多面体模型160

6.1.2 曲面模型162

6.2 线框模型、表面模型和实体模型164

6.3 实体几何造型系统的发展166

6.4 实体的定义与运算166

6.4.1 实体的定义166

6.4.2 欧拉公式与欧拉运算169

6.4.3 实体的正则集合运算171

6.5 实体的表示方法173

6.5.1 实体的边界表示173

6.5.2 实体的分解表示175

6.5.3 实体的构造实体几何表示177

6.5.4 实体的扫描表示178

6.5.5 实体的元球表示180

6.6 本章小结180

习题6180

第7章 自然景物模拟与分形艺术181

7.1 分形几何的基础知识181

7.1.1 分形几何学的产生181

7.1.2 分形维数与分形几何183

7.1.3 什么是分形185

7.2 分形图形的生成方法186

7.2.1 随机插值模型186

7.2.2 迭代函数系统187

7.2.3 L系统192

7.2.4 粒子系统196

7.3 Julia集与Mandelbrot集197

7.3.1 概述197

7.3.2 Julia集与Mandelbrot集197

7.3.3 广义Julia集与Mandelbrot集201

7.4 复平面域的Newton-Raphson方法201

7.4.1 概述201

7.4.2 改进的Newton-Raphson方法生成分形艺术图形203

7.5 自然景物模拟实例205

7.5.1 分形山模拟实例206

7.5.2 植物形态模拟实例212

7.5.3 雨雪现象的模拟实例215

7.5.4 液态流体模拟实例218

7.5.5 气态流体模拟实例222

7.6 本章小结225

习题7225

第8章 真实感图形显示226

8.1 三维图形显示的基本流程226

8.2 取景变换226

8.3 隐藏面的消除229

8.3.1 背面剔除算法230

8.3.2 画家算法231

8.3.3 Weiler-Atherton算法232

8.3.4 BSP树算法233

8.3.5 深度缓冲器算法234

8.3.6 扫描线Z缓冲器算法236

8.3.7 区间扫描线算法238

8.3.8 Warnock算法239

8.3.9 光线投射算法240

8.4 阴影生成241

8.5 基本光照模型242

8.5.1 环境光模型243

8.5.2 Lambert漫反射模型244

8.5.3 镜面反射和Phong模型245

8.5.4 简单的透明模型247

8.6 整体光照模型248

8.7 多边形表示的明暗处理249

8.7.1 Gouraud明暗处理249

8.7.2 Phong明暗处理251

8.8 半色调技术252

8.8.1 模式单元法252

8.8.2 抖动技术253

8.9 光线跟踪技术256

8.9.1 光线跟踪的基本原理256

8.9.2 光线跟踪的求交计算257

8.10 纹理细节模拟258

8.10.1 纹理分类258

8.10.2 颜色纹理258

8.10.3 几何纹理261

8.10.4 过程纹理262

8.11 本章小结262

习题8262

第9章 颜色科学基础及其应用263

9.1 颜色的基本知识263

9.1.1 颜色的基本概念263

9.1.2 视觉现象264

9.1.3 颜色视觉的机理266

9.2 常用的颜色空间268

9.2.1 与图形处理相关的颜色空间268

9.2.2 与设备无关的颜色空间272

9.2.3 电视系统颜色空间276

9.3 色彩设计279

9.3.1 色彩的情感279

9.3.2 面向色彩设计的HSV颜色模型280

9.3.3 HSV与RGB的相互转换及其应用281

9.3.4 数字图像颜色类型284

9.4 颜色再现与色彩管理285

9.4.1 颜色再现的目标285

9.4.2 颜色再现的科学性与艺术性286

9.4.3 颜色再现质量的评价286

9.4.4 为什么要进行色彩管理286

9.4.5 基于ICC标准的色彩管理287

9.4.6 色彩管理系统分类290

9.5 基于ICC Profile的色彩管理291

9.5.1 ICC Profile的类型及文件结构291

9.5.2 基于ICC Profile的颜色空间变换295

9.5.3 ICC Profile的局限性298

9.6 色彩匹配298

9.6.1 彩色喷墨打印机工作原理298

9.6.2 影响色彩匹配质量的因素分析299

9.6.3 色彩匹配的难点300

9.6.4 常用的色彩匹配方法301

9.7 黑色生成与灰度平衡302

9.8 本章小结304

习题9305

第10章 计算机动画306

10.1 动画技术的起源、发展与应用306

10.1.1 动画技术的起源与发展306

10.1.2 计算机动画的应用307

10.1.3 计算机动画的未来307

10.2 传统动画308

10.2.1 什么是动画308

10.2.2 传统动画片的制作过程308

10.2.3 动作特效与画面切换方式309

10.3 计算机动画310

10.3.1 计算机在动画中所起的作用310

10.3.2 计算机动画系统的分类311

10.3.3 计算机辅助二维动画311

10.3.4 计算机辅助三维动画312

10.3.5 实时动画和逐帧动画312

10.4 计算机动画中的常用技术313

10.4.1 关键帧技术313

10.4.2 样条驱动技术315

10.4.3 Morphing和FFD变形技术315

10.4.4 运动捕获技术316

10.4.5 其他动画技术316

10.5 动画文件格式317

10.5.1 GIF格式317

10.5.2 FLI/FLC格式317

10.5.3 SWF格式317

10.5.4 AVI格式318

10.5.5 MOV格式318

10.6 计算机上的二维动画软件简介318

10.7 常用的三维动画软件简介319

10.7.1 3D Studio与3DS MAX319

10.7.2 Softimage 3D320

10.7.3 Maya 3D320

10.7.4 LIGHTWAVE 3D321

10.8 本章小结321

习题10321

第11章 基于图像的三维重建322

11.1 基于图像的三维重建技术简介322

11.1.1 明暗恢复形状法324

11.1.2 纹理恢复形状法324

11.1.3 光度立体学方法324

11.1.4 运动图像序列法325

11.1.5 立体视觉法325

11.1.6 各种三维重建方法的比较325

11.2 基于图像三维重建的基本步骤326

11.3 图像采集及摄像机定标327

11.3.1 图像采集327

11.3.2 图像预处理328

11.3.3 摄像机定标329

11.4 特征提取与匹配332

11.4.1 特征提取332

11.4.2 特征匹配333

11.5 重建三维轮廓336

11.6 恢复模型的视觉外观340

11.7 本章小结342

习题11342

参考文献343