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第一篇 计算机图形3

第一章 计算机图形概述3

第一节 计算机图形的历史和应用3

一、图形信息的计算机处理3

二、计算机图形的发展简史4

三、计算机图形的应用6

第二节 计算机图形系统8

一、计算机图形系统8

二、图形输入设备9

三、图形显示装置14

四、图形绘制设备16

五、图形处理器19

六、图形软件标准22

七、常用三种坐标系24

第二章 二维基本图形的生成26

第一节 扫描变换概述26

第二节 直线的扫描转换26

一、基本递增算法27

二、Bresenham算法28

三、中点直线算法30

四、直线扫描算法的讨论35

第三节 圆和椭圆的扫描转换36

一、八分对称性37

二、中点画圆算法38

三、二阶差分40

四、椭圆的扫描转换42

一、矩形的填充45

第四节 多边形的填充45

二、多边形填充的扫描转换算法46

三、多边形的边填充算法51

四、多边形的种子填充法52

第五节 图案填充55

一、使用扫描转换填充图案55

第六节 线宽与线型57

一、直线线宽57

二、圆弧线宽58

三、线型59

第七节 字符59

一、点阵字符59

二、字型技术60

三、字符输出61

第八节 反走样62

一、提高分辨率62

二、不加权的区域取样63

三、加权区域取样64

第九节 裁剪64

一、裁剪概述64

二、直线段裁剪65

三、多边形裁剪72

第三章 图形的几何变换75

第一节 矢量与矩阵75

一、矢量75

二、矩阵75

二、比例缩放变换76

一、平移变换76

第二节 二维图形的几何变换76

三、旋转变换77

四、对称变换78

第三节 齐次坐标系和二维变换的矩阵表示79

一、齐次坐标系79

二、二维变换的矩阵表示80

第四节 二维图形的复合变换82

一、简单的复合变换82

二、绕坐标原点以外任意点PI（x1,y1）的旋转变换82

三、对任意点P1（x1,y1）进行缩放变换83

四、二维变换复合矩阵84

第五节 三维图形的几何变换85

一、三维图形基本变换85

一、复合变换实例87

第六节 三维图形的复合变换87

二、绕通过坐标原点任意轴旋转的复合变换矩阵90

第四章 三维视图93

第一节 平行投影94

一、正平行投影94

二、正轴侧投影96

三、斜平行投影98

第二节 透视投影98

一、一点透视投影变换矩阵99

二、两点透视投影变换矩阵101

三、三点透视投影变换矩阵101

第三节 观察坐标系统与投影空间102

一、观察坐标系统VRC102

二、投影空间（观察空间）103

三、三维视图举例104

第四节 规格化投影空间与图象空间107

一、用户坐标系统到观察坐标系统的变换107

二、投影空间到规格化裁剪空间的变换109

三、规格化的图象空间113

四、图象空间到显示屏幕的变换114

五、三维图形输出流水线115

第五节 三维线段的裁剪116

第五章 曲线与曲面118

第一节 曲线与曲面的数字表示118

一、非参数表达118

二、参数表达118

二、曲线段间的连续性121

一、参数曲线的代数形式121

第二节 参数表示曲线的基本特性121

三、曲线的约束条件123

第三节 常用参数曲线123

一、Hermite（赫米特）曲线123

二、Bezier（贝塞尔）曲线127

三、B样条曲线138

四、常用三次参数曲线的转换与比较138

第四节 参数曲面139

一、Hermite曲面140

二、Bezier曲面142

三、B样条曲面142

四、Coons（孔斯）曲面143

六、双参数三次曲面的显示146

五、曲面的法线146

七、二次曲面148

第六章 固体造型149

第一节 正则的布尔运算149

第二节 边界表示法151

第三节 三维物体的扫描表示法152

第四节 空间分割表示法153

一、单元分解154

二、空间占据枚举法——立方格法154

三、八叉树154

第五节 结构体素表示法（CSG法）156

第六节 小平面（facet）表示法157

一、颜色的概念和描述159

第一节 颜色概述159

第七章 颜色159

二、人对颜色的视觉160

第二节 CIE色度图161

一、相加混色161

二、CIE色度图161

三、CIE色度图的用途163

第三节 计算机图形使用的颜色模型164

一、RGB颜色模型164

二、CMY颜色模型165

三、YUV颜色模型166

四、HSV颜色模型166

一、颜色选择170

二、颜色插值170

第四节 交互式选择颜色和颜色插值170

第八章 可见面与消隐172

第一节 消隐概念172

第二节 物体空间消隐算法173

一、凸多面体的消隐173

二、凹多面体的消隐174

第三节 Z缓冲区算法176

第四节 扫描线算法177

第五节 可见面的光线追踪180

一、交点计算181

二、可见面光线追踪法的加速算法182

第六节 区域分割算法183

第七节 深度排序算法184

一、环境反射光186

第九章 真实感图形186

第一节 简单光照模型186

二、漫反射187

三、环境衰减188

四、镜面反射188

五、聚光灯189

六、多光源的合成光照模型190

第二节 明暗模型190

一、常数明暗处理模型191

二、Gourand明暗处理模型191

三、Phong明暗处理模型192

第三节 透明193

一、非折射透明193

二、考虑折射的透明194

第四节 阴影195

一、阴影的扫描算法196

二、阴影范围算法196

第五节 全局光照模型197

一、Whitted光照模型197

二、递归的光线迫踪法197

第六节 纹理200

一、图案粘贴200

二、纹理映射200

三、凸凹纹理201

第二篇 计算机动画205

第十章 计算机动画205

第一节 传统动画205

第二节 计算机动画206

第三节 计算机动画系统的分类207

第十一章 二维辅助动画制作系统209

第一节 图形输入209

第二节 中间画生成系统210

一、概述210

二、中间画面的计算方法211

三、骨架法213

四、运动路径与P曲线214

五、移动点限制插值法216

六、矢量线性插值法218

第三节 实用的二维变换技术219

一、推移219

三、变换223

二、变形223

一、着色230

二、颜色渐变230

第四节 着色技术230

三、颜色抖动231

第十二章 分形及分形动画232

第一节 分形的基本概念232

一、分数维的定义233

二、分形造型的基本要求233

三、分形造型的几种常用模型233

第二节 分形动画238

一、Mandelbrot集和Julia集238

二、分形动画243

第二节 三维动画中的物体建模253

一、线框模型253

第十三章 三维建模动画253

第一节 三维动画技术概述253

二、表面模型254

三、实体模型261

四、动画软件中三维建模的实用方法262

五、三维物体的生成264

第三节 三维动画中的运动控制266

一、三维动画的分类266

二、关键帧动画的插值267

三、关节动画269

四、动画中运动的交互式控制272

参考文献273