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第1章 绪论1

计算机图形学及其相关概念1

计算机图形学的发展2

计算机图形学学科的发展2

图形硬件设备的发展3

图形软件的发展4

计算机图形学的应用4

计算机辅助设计与制造4

计算机辅助绘图5

计算机辅助教学5

办公自动化和电子出版技术6

计算机艺术6

在工业控制及交通方面的应用6

在医疗卫生方面的应用6

图形用户界面7

计算机图形学研究动态7

计算机动画7

地理信息系统9

人机交互9

真实感图形显示10

虚拟现实11

科学计算可视化13

并行图形处理14

习题114

第2章 计算机图形系统及图形硬件15

计算机图形系统概述15

计算机图形系统的功能15

计算机图形系统的结构16

图形输入设备19

键盘19

鼠标器19

光笔19

触摸屏20

操纵杆21

跟踪球和空间球21

数据手套21

数字化仪22

图像扫描仪23

声频输入系统23

视频输入系统23

图形显示设备23

阴极射线管24

CRT图形显示器29

平板显示器32

三维观察设备35

图形显示子系统36

光栅扫描图形显示子系统的结构36

绘制流水线37

相关概念39

图形硬拷贝设备42

打印机42

绘图仪43

OpenGL图形软件包43

OpenGL的主要功能44

OpenGL的绘制流程44

OpenGL的基本语法45

一个完整的OpenGL程序46

习题249

第3章 用户接口与交互式技术50

用户接口设计50

用户模型50

显示屏幕的有效利用50

反馈51

一致性原则52

减少记忆量52

回退和出错处理53

联机帮助53

视觉效果设计53

适应不同的用户53

逻辑输入设备与输入处理54

逻辑输入设备54

输入模式57

交互式绘图技术58

基本交互式绘图技术58

三维交互技术60

OpenGL中橡皮筋技术的实现62

基于鼠标的实现62

基于键盘的实现65

OpenGL中拾取操作的实现66

OpenGL的菜单功能70

习题371

第4章 图形的表示与数据结构72

基本概念72

基本图形元素72

几何信息与拓扑信息73

坐标系74

实体的定义76

正则集合运算77

平面多面体与欧拉公式79

三维形体的表示80

多边形表面模型81

扫描表示84

构造实体几何法85

空间位置枚举表示87

八叉树87

BSP树89

OpenGL中的实体模型函数89

非规则对象的表示94

分形几何94

形状语法97

粒子系统97

基于物理的建模98

数据场的可视化98

层次建模99

段与层次建模99

层次模型的实现100

OpenGL中层次模型的实现101

习题4103

第5章 基本图形生成算法104

直线的扫描转换104

数值微分法104

中点Bresenham算法106

Bresenham算法109

圆的扫描转换110

八分法画圆111

中点Bresenham画圆算法111

椭圆的扫描转换113

椭圆的特征113

椭圆的中点Bresenham算法114

多边形的扫描转换与区域填充118

多边形的扫描转换118

边缘填充算法122

区域填充124

其他相关的概念128

字符处理129

点阵字符130

矢量字符130

属性处理131

线型和线宽131

字符的属性134

区域填充的属性134

反走样135

过取样136

简单的区域取样137

加权区域取样138

在OpenGL中绘制图形139

点的绘制139

直线的绘制140

多边形面的绘制141

OpenGL中的字符函数146

OpenGL中的反走样146

习题5149

第6章 二维变换及二维观察151

基本概念151

几何变换151

齐次坐标151

二维变换矩阵152

基本几何变换152

平移变换152

比例变换153

旋转变换154

对称变换154

错切变换156

二维图形几何变换的计算157

复合变换158

二维复合平移变换158

二维复合比例变换159

二维复合旋转变换159

其他二维复合变换159

相对任一参考点的二维几何变换160

相对于任意方向的二维几何变换160

坐标系之间的变换162

光栅变换163

变换的性质164

二维观察165

基本概念165

用户坐标系到观察坐标系的变换167

窗口到视区的变换167

裁剪168

点的裁剪169

直线段的裁剪169

多边形的裁剪176

其他裁剪179

OpenGL中的二维观察变换180

习题6182

第7章 三维变换及三维观察184

三维变换的基本概念184

几何变换184

三维齐次坐标变换矩阵184

平面几何投影185

三维几何变换186

三维基本几何变换186

三维复合变换191

三维投影变换195

正投影195

斜投影201

透视投影202

一点透视204

二点透视205

三点透视207

观察坐标系及观察空间208

观察坐标系208

观察空间209

三维观察流程212

用户坐标系到观察坐标系的变换213

平行投影的规范化投影变换214

透视投影的规范化投影变换215

三维裁剪218

关于规范化观察空间的裁剪219

齐次坐标空间的裁剪219

OpenGL中的变换220

矩阵堆栈220

模型视图变换221

投影变换223

实例224

习题7227

第8章 曲线与曲面229

基本概念229

曲线／曲面数学描述的发展229

曲线／曲面的表示要求230

曲线／曲面的表示231

插值与逼近232

连续性条件232

样条描述233

三次样条234

自然三次样条235

Hermite插值样条235

Bezier曲线／曲面237

Bezier曲线的定义237

Bezier曲线的性质239

Bezier曲线的生成244

Bezier曲面244

B样条曲线／曲面246

B样条曲线246

B样条曲线的性质251

B样条曲面253

有理样条曲线／曲面254

NURBS曲线／曲面的定义254

有理基函数的性质256

NURBS曲线／曲面的特点256

曲线／曲面的转换和计算257

样条曲线／曲面的转换257

样条曲线／曲面的离散生成258

OpenGL生成曲线／曲面261

Bezier曲线／曲面函数261

GLU中的B样条曲线／曲面函数264

习题8271

第9章 消隐272

深度缓存器算法272

区间扫描线算法274

深度排序算法276

区域细分算法278

光线投射算法279

BSP树280

多边形区域排序算法281

OpenGL中的消隐处理282

习题9287

第10章 真实感图形绘制288

简单光照模型288

环境光288

漫反射光289

镜面反射光290

光强衰减292

颜色292

基于简单光照模型的多边形绘制294

恒定光强的多边形绘制294

Gouraud明暗处理295

Phong明暗处理296

透明处理297

产生阴影299

模拟景物表面细节299

用多边形模拟表面细节299

纹理的定义和映射300

凹凸映射301

整体光照模型与光线追踪302

整体光照模型302

Whitted光照模型302

光线跟踪算法303

光线跟踪反走样305

OpenGL中的光照与表面绘制函数306

OpenGL点光源306

OpenGL全局光照307

OpenGL表面材质308

OpenGL透明处理309

OpenGL表面绘制310

实例310

OpenGL中的纹理映射312

习题10314

参考文献316