导语

  

内容提要

  

    本书是《计算机图形学实用教程》的第4版，是工业和信息化部“十二五”规划教材及黑龙江省省级精品课程配套教材。    全书共10章，内容主要包括绪论、交互式计算机图形系统、基本图形生成算法、自由曲线和曲面、图形变换与裁剪、实体几何造型基础、自然景物模拟与分形艺术、真实感图形显示、计算机动画、图形开发环境与编程实例等。    为方便读者学习和理解相关内容，本书针对重、难点内容录制了微课视频，读者可通过扫描书中二维码进行观看。    本书可作为本科生或研究生计算机图形学课程的教学用书或学生自学的参考书。本书为任课教师提供多媒体教学课件和第10章全部编程实例的源程序，可登录人邮教育社区(www.ryjiaoyu.com)下载。

    苏小红，女，博士，教授，博士生导师，中国计算机学会高级会员，哈尔滨工业大学计算机科学与技术国家级实验教学示范中心副主任，计算机语言基础教研室主任，校级教学名师，校教学带头人，国家精品课程和国家级精品资源共享课程“C语言程序设计”以及省级精品课程“计算机图形学”负责人，中国大学MOOC课程“C语言程序设计精髓”和“程序设计基础”负责人。
    研究方向为：程序分析技术及其应用，智能信息处理与信息融合，图像处理与模式识别。完成国家自然科学基金、国防基础科研、国家863、国际合作等多项科研项目，获黑龙江省科技进步二等奖1项，黑龙江省自然科学二等奖1项，哈尔滨市自然科学技术学术成果一等奖1项。发表学术研究论文100余篇，获软件著作权登记8项。在教学研究方面，获国家级教学成果二等奖1项，黑龙江省教学成果一等奖2项、二等奖2项，校级教学成果一等奖4项。主编教材9部，翻译外版教材2部，与国外大学教师合著教材2部，主审教材2部。2007年获宝钢优秀教师奖。2012年被评为黑龙江省师德先进个人。2014年被评为黑龙江省优秀教师。

第1章  绪论
  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  什么是计算机图形学
    1.1.2  计算机图形学的研究内容
    1.1.3  计算机图形学与其他相关学科的关系
  1.2  计算机图形学的发展与应用领域
    1.2.1  计算机图形学的发展简史和发展方向
    1.2.2  计算机图形学的应用领域
  1.3  本章小结
  习题1
第2章  交互式计算机图形系统
  2.1  交互式计算机图形系统的组成
  2.2  图形输入设备
    2.2.1  一般输入设备
    2.2.2  图形输入设备
    2.2.3  3D图形输入设备
  2.3  视频显示设备
    2.3.1  光栅扫描显示器
    2.3.2  光栅扫描显示系统
    2.3.3  平板显示器
    2.3.4  三维立体显示技术
    2.3.5  新一代显示器
  2.4  图形绘制设备
    2.4.1  绘图仪
    2.4.2  打印机
    2.4.3  3D打印机
  2.5  虚拟现实的动态交互感知设备
    2.5.1  数据手套
    2.5.2  头盔显示器
    2.5.3  三维立体眼镜
    2.5.4  三维鼠标
    2.5.5  虚拟现实力反馈器
    2.5.6  数据衣
  2.6  本章小结
  习题2
第3章  基本图形生成算法
  3.1  直线的扫描转换
    3.1.1  光栅图形中点的表示
    3.1.2  绘制直线的要求
    3.1.3  数值微分分析法（画线）
    3.1.4  中点画线算法
    3.1.5  Bresenham画线算法
  3.2  圆和圆弧的扫描转换
    3.2.1  圆的特性
    3.2.2  数值微分分析法（画圆）
    3.2.3  中点画圆算法
    3.2.4  Bresenham画圆算法
    3.2.5  多边形逼近画圆算法
  3.3  线宽与线型的处理
    3.3.1  线宽的处理
    3.3.2  线型的处理
  3.4  实区域填充算法
    3.4.1  实区域填充算法的基本思路
    3.4.2  一般多边形的填充过程及其存在的问题
    3.4.3  有序边表算法
    3.4.4  边填充算法
    3.4.5  简单的种子填充算法
    3.4.6  扫描线种子填充算法
  3.5  图形反走样技术
    3.5.1  光栅图形的走样现象及其原因
    3.5.2  常用反走样技术
    3.5.3  Bresenham区域反走样算法
  3.6  本章小结
  习题3
第4章  自由曲线和曲面
  4.1  计算机辅助几何设计概述
    4.1.1  计算机辅助几何设计的研究内容
    4.1.2  对形状的数学描述的要求
    4.1.3  自由曲线的一般设计过程和数学表示
    4.1.4  自由曲线和曲面的发展历程
  4.2  参数样条曲线
    4.2.1  线性插值与抛物线插值
    4.2.2  参数样条曲线与样条插值
  4.3  Bézier曲线
    4.3.1  Bézier曲线的数学表示
    4.3.2  Bézier曲线的性质
    4.3.3  常用的Bézier曲线
    4.3.4  Bézier曲线的拼接
    4.3.5  de Casteljau算法的递推过程
    4.3.6  反求Bézier曲线控制点
    4.3.7  有理Bézier曲线
  4.4  B样条曲线
    4.4.1  问题的提出
    4.4.2  B样条曲线的数学表示
    4.4.3  二次B样条曲线
    4.4.4  三次B样条曲线
    4.4.5  B样条曲线的几种特殊情况
    4.4.6  反求B样条曲线控制顶点
    4.4.7  均匀B样条曲线、准均匀B样条曲线与非均匀B样条曲线
    4.4.8  B样条曲线的离散生成——deBoor分割算法
    4.4.9  非均匀有理B样条曲线
  4.5  自由曲面
    4.5.1  参数多项式曲面
    4.5.2  Bézier曲面
    4.5.3  B样条曲面
  4.6  本章小结
  习题4
第5章  图形变换与裁剪
  5.1  窗口视图变换
  5.2  二维图形几何变换
    5.2.1  二维图形几何变换原理
    5.2.2  齐次坐标技术
    5.2.3  二维组合变换
  5.3  三维图形几何变换
    5.3.1  三维空间坐标系
    5.3.2  4种三维图形几何变换
    5.3.3  三维图形的组合变换
  5.4  投影变换
    5.4.1  投影变换的分类
    5.4.2  平行投影
    5.4.3  透视投影
  5.5  二维线段裁剪
    5.5.1  Cohen-Sutherland裁剪算法
    5.5.2  中点分割裁剪算法
    5.5.3  Liang-Barsky裁剪算法
  5.6  多边形的裁剪
    5.6.1  Sutherland-Hodgman算法
    5.6.2  Weiler-Atherton算法
  5.7  三维线段裁剪
    5.7.1  平行投影中的三维裁剪
    5.7.2  透视投影中的三维裁剪
  5.8  本章小结
  习题5
第6章  实体几何造型基础
  6.1  多面体模型和曲面模型
    6.1.1  多面体模型
    6.1.2  曲面模型
  6.2  线框模型、表面模型和实体模型
  6.3  实体几何造型系统的发展
  6.4  实体的定义与运算
    6.4.1  实体的定义
    6.4.2  欧拉公式与欧拉运算
    6.4.3  实体的正则集合运算
  6.5  实体的表示方法
    6.5.1  实体的边界表示
    6.5.2  实体的分解表示
    6.5.3  实体的构造实体几何表示
    6.5.4  实体的扫描表示
    6.5.5  实体的元球表示
  6.6  本章小结
  习题6
第7章  自然景物模拟与分形艺术
  7.1  分形几何的基础知识
    7.1.1  分形几何学的产生
    7.1.2  分形维数与分形几何
    7.1.3  什么是分形
  7.2  分形图形的生成方法
    7.2.1  随机插值模型
    7.2.2  迭代函数系统
    7.2.3  L系统
    7.2.4  粒子系统
  7.3  Julia集与Mandelbrot集
    7.3.1  概述
    7.3.2  Julia集与Mandelbrot集
    7.3.3  广义Julia集与Mandelbrot集
  7.4  复平面域的Newton-Raphson方法
    7.4.1  概述
    7.4.2  改进的复平面域的Newton-Raphson方法
  7.5  自然景物模拟实例
    7.5.1  分形山脉模拟实例
    7.5.2  植物形态模拟实例
    7.5.3  雨雪现象模拟实例
    7.5.4  液态流体模拟实例
    7.5.5  气态流体模拟实例
  7.6  本章小结
  习题7
第8章  真实感图形显示
  8.1  三维图形显示的基本流程
  8.2  取景变换
  8.3  隐藏面的消除
    8.3.1  背面剔除算法
    8.3.2  画家算法
    8.3.3  Weiler-Atherton算法
    8.3.4  BSP树算法
    8.3.5  深度缓冲器算法
    8.3.6  扫描线Z缓冲器算法
    8.3.7  区间扫描线算法
    8.3.8  Warnock算法
    8.3.9  光线投射算法
  8.4  阴影生成
  8.5  基本光照模型
    8.5.1  环境光模型
    8.5.2  Lambert漫反射模型
    8.5.3  镜面反射和Phong模型
    8.5.4  简单的透明模型
  8.6  整体光照模型
  8.7  多边形表示的明暗处理
    8.7.1  Gouraud明暗处理
    8.7.2  Phong明暗处理
  8.8  光线跟踪技术
    8.8.1  光线跟踪的基本原理
    8.8.2  光线跟踪的求交计算
  8.9  纹理细节模拟
    8.9.1  纹理分类
    8.9.2  颜色纹理
    8.9.3  几何纹理
    8.9.4  过程纹理
  8.10  本章小结
  习题8
第9章  计算机动画
  9.1  动画技术的起源、发展与应用
    9.1.1  动画技术的起源与发展
    9.1.2  计算机动画的应用
    9.1.3  计算机动画的未来
  9.2  传统动画
    9.2.1  什么是动画
    9.2.2  传统动画片的制作过程
    9.2.3  动作特效与画面切换方式
  9.3  计算机动画
    9.3.1  计算机在动画中所起的作用
    9.3.2  计算机动画系统的分类
    9.3.3  计算机辅助二维动画
    9.3.4  计算机辅助三维动画
    9.3.5  实时动画和逐帧动画
  9.4  计算机动画中的常用技术
    9.4.1  关键帧技术
    9.4.2  样条驱动技术
    9.4.3  Morphing和FFD变形技术
    9.4.4  运动捕获技术
    9.4.5  双缓冲技术
    9.4.6  其他动画技术
  9.5  动画文件格式
    9.5.1  GIF格式
    9.5.2  FLI/FLC格式
    9.5.3  AVI格式
    9.5.4  MOV格式
  9.6  计算机上的二维动画软件简介
  9.7  常用的三维动画软件简介
    9.7.1  3D Studio与3ds Max
    9.7.2  Maya 3D
    9.7.3  动画后期制作软件
  9.8  本章小结
  习题9
第10章  图形开发环境与编程实例
  10.1  OpenGL图形标准
    10.1.1  OpenGL简介
    10.1.2  OpenGL的主要特点和功能
    10.1.3  OpenGL的工作机制和流程
    10.1.4  OpenGL开发库的基本组成
  10.2  Visual Studio 2017集成开发环境简介
    10.2.1  在VS 2017下配置EasyX图形库
    10.2.2  在VS 2017下配置OpenGL图形库
  10.3  Code::Blocks集成开发环境简介
    10.3.1  在Code::Blocks下配置EGE图形库
    10.3.2  在Code::Blocks下配置OpenGL图形库
  10.4  编程实例
    10.4.1  实时时钟
    10.4.2  带二维纹理的自动旋转的立方体
    10.4.3  小球自由落体运动模拟
    10.4.4  “贪吃蛇”游戏
    10.4.5  智能Flappy Bird游戏
参考文献