第1章 緒論 1
1.1 計算機圖形學的目標與任務 1
1.1.1 視覺交流是計算機圖形學的核心目標 1
1.1.2 計算機圖形學的三個基本任務 2
1.2 計算機圖形學的內容體係 3
1.3 計算機圖形學相關學科 5
1.3.1 圖形與圖像 5
1.3.2 相關學科 7
1.4 計算機圖形學的應用領域 8
1.4.1 計算機輔助設計與製造（CAD/CAM） 8
1.4.2 科學計算可視化（Visualization in Scientific Computing） 10
1.4.3 虛擬現實（Virtual Reality） 10
1.4.4 動畫（Animation） 11
1.5 計算機圖形學的發展 12
1.5.1 計算機圖形學的發展簡史 12
1.5.2 計算機圖形學的發展趨勢 15
習題1 17
第2章 圖形係統 18
2.1 圖形係統概述 18
2.1.1 圖形係統組成結構 18
2.1.2 圖形係統分類 22
2.2 圖形係統體係結構 23
2.2.1 概述 23
2.2.2 應用程序階段 24
2.2.3 幾何處理階段 24
2.2.4 光柵階段 25
2.3 圖形支撐軟件 25
2.3.1 OpenGL 26
2.3.2 DirectX 28
2.3.3 Java 2D和Java 3D 28
2.4 圖形硬件顯示原理 29
2.4.1 圖形顯示設備及工作原理 29
2.4.2 圖形顯示方式 34
2.4.3 光柵掃描圖形顯示係統 37
習題2 39
第3章 二維圖形生成 40
3.1 直綫生成算法 40
3.1.1 數值微分法 41
3.1.2 逐點比較法 42
3.1.3 Bresenham畫綫法 45
3.1.4 中點畫綫法 48
3.2 圓弧繪製算法 50
3.2.1 基於光柵的整圓繪製算法 51
3.2.2 角度離散法繪製圓弧和橢圓弧 54
3.3 區域填充 55
3.3.1 種子填充算法 56
3.3.2 多邊形填充算法 58
3.4 字符 62
3.4.1 字符的編碼 62
3.4.2 點陣字符 62
3.4.3 矢量字符 63
3.5 反走樣技術 64
3.6 編程實例--地圖繪製 66
3.6.1 地圖繪製方法 66
3.6.2 基於OpenGL的地圖繪製 67
習題3 69
第4章 圖形幾何變換 71
4.1 二維幾何變換 71
4.1.1 基本變換 71
4.1.2 二維復閤變換 83
4.1.3 二維坐標係間的變換 86
4.2 三維幾何變換 88
4.2.1 基本變換 88
4.2.2 三維復閤變換 93
4.2.3 三維坐標係間的變換 98
4.3 圖形幾何變換的模式 99
4.3.1 固定坐標係模式 100
4.3.2 活動坐標係模式 101
4.4 編程實例--三角形與矩形變換 102
習題4 112
第5章 二維觀察 113
5.1 二維觀察概述 113
5.2 二維觀察流水綫 114
5.2.1 坐標係統 115
5.2.2 坐標係之間的變換 116
5.3 裁剪 118
5.3.1 點的裁剪 119
5.3.2 直綫裁剪 119
5.3.3 多邊形裁剪 124
5.3.4 其他裁剪 126
5.4 OpenGL二維觀察簡介 127
5.4.1 OpenGL投影模式 128
5.4.2 GLU裁剪窗口函數 128
5.4.3 OpenGL視區函數 129
5.5 編程實例--紅藍三角形 129
習題5 131
第6章 三維觀察 132
6.1 三維觀察流水綫 132
6.2 觀察變換 133
6.2.1 三維觀察坐標係參數 133
6.2.2 世界坐標係到觀察坐標係的變換 136
6.3 投影變換 141
6.3.1 投影分類 141
6.3.2 平行投影 142
6.3.3 透視投影 149
6.4 三維裁剪 155
6.4.1 觀察體及規範化 155
6.4.2 三維裁剪算法簡介 163
6.5 編程實例--立方體透視投影 166
習題6 168
第7章 三維對象 169
7.1 三維對象概述 169
7.2 三維實體錶示基礎 170
7.2.1 基本幾何元素 170
7.2.2 幾何信息與拓撲信息 170
7.2.3 幾何造型模型 171
7.3 三維實體錶示方法 172
7.3.1 邊界錶示 172
7.3.2 掃描錶示 175
7.3.3 構造實體幾何錶示 176
7.3.4 空間細分錶示 177
7.3.5 編程實例--簡單實體構建 178
7.4 三次參數麯綫 181
7.4.1 基本特性 181
7.4.2 Hermite麯綫 182
7.4.3 Bezier麯綫 187
7.4.4 B樣條麯綫 194
7.5 雙三次參數麯麵 200
7.5.1 Coons麯麵 201
7.5.2 Bezier麯麵 202
7.5.3 B樣條麯麵 204
7.5.4 雙三次參數麯麵片的繪製 205
7.5.5 編程實例--Bezier麯綫麯麵繪製 206
習題7 210
第8章 真實感圖形技術 211
8.1 概述 211
8.1.1 真實感圖形生成流程 211
8.1.2 真實感圖形特點 212
8.2 消隱算法 213
8.2.1 消隱基礎知識 213
8.2.2 平麵立體消隱算法 218
8.2.3 深度緩衝器算法 223
8.2.4 畫傢算法 226
8.3 顔色模型 230
8.3.1 物體的顔色 230
8.3.2 顔色空間 231
8.3.3 常用顔色模型 232
8.3.4 OpenGL中的顔色模型 233
8.4 光照模型 236
8.4.1 基本光照模型 236
8.4.2 明暗度處理模型 240
8.4.3 透明與陰影 244
8.4.4 光綫追蹤模型 246
8.5 紋理映射技術 252
8.5.1 概述 252
8.5.2 顔色紋理映射 253
8.5.3 幾何紋理映射 256
8.5.4 環境映射 257
8.6 OpenGL真實感圖形 258
8.6.1 OpenGL光照函數 258
8.6.2 物體錶麵特性函數 262
8.6.3 OpenGL紋理映射 263
8.6.4 編程實例--紋理映射 266
習題8 268
第9章 交互技術 269
9.1 人機交互界麵 269
9.1.1 用戶接口模型 269
9.1.2 信息輸入控製方式 271
9.2 交互技術 273
9.2.1 交互輸入技術 273
9.2.2 交互控製技術 274
9.2.3 圖形拾取技術 277
9.3 OpenGL交互式繪圖 281
9.3.1 OpenGL選擇模式 281
9.3.2 OpenGL反饋模式 283
9.3.3 編程實例--圖形拾取 284
習題9 287
第10章 計算機動畫 288
10.1 動畫簡介 288
10.2 關鍵幀動畫技術 289
10.2.1 關鍵幀插值 290
10.2.2 基於網格的圖像變形技術 291
10.2.3 FFD自由變形技術（Free-Form Deformation） 292
10.2.4 關節動畫和角色動畫 293
10.3 過程動畫 295
10.3.1 粒子係統 296
10.3.2 基於物理模型的布料動畫 297
10.4 OpenGL動畫 299
10.4.1 雙緩存技術 299
10.4.2 OpenGL幀緩存 300
10.4.3 編程實例--太陽係動畫 302
習題10 305
參考文獻 306
附錄A 課程實驗指導 307
附錄B 模擬試題 336
· · · · · · (收起)