計算機圖形學

前言

21世紀是經(jīng)濟全球化、信息社會化、產(chǎn)業(yè)知識化、市場開放化高速發(fā)展的新時代。伴隨著微電子和計算機科學技術(shù)日益滲透到經(jīng)濟生活、學習工作以及生產(chǎn)加工等社會生活的各個領(lǐng)域，人類正進入一個全新的知識經(jīng)濟時代。在實際工作環(huán)境中，計算機圖形的應用范圍非常廣泛，相關(guān)知識的更新、發(fā)展亦非常快，及時學習和掌握新的研究成果以及提高實際應用能力，將為以后工作與研究奠定基礎(chǔ)。2004年我們編撰出版了《計算機圖形學》一書，經(jīng)過近幾年的教學實踐，并同時參考國內(nèi)外一些專著，我們對原書又進行了必要的改動和補充，形成了目前的新版本。本書參考和總結(jié)計算機圖形學近年來的新成果，力圖全面、準確地介紹計算機圖形學的原理、算法及實現(xiàn)。本書首先概括計算機圖形學學科的研究內(nèi)容，然后介紹基本圖形的生成算法，采取循序漸進的內(nèi)容安排，由簡單到復雜，由二維到三維，最后再介紹真實感圖形顯示的有關(guān)內(nèi)容。計算機圖形學是一門正在發(fā)展、形成中的新興學科，還有許多方法正在研究探索中，本學科的研究可以說是大有可為、前景廣闊。由于編者的水平和能力所限，書中可能存在錯誤和不足，衷心希望讀者給予批評與指正。徐長青、許志聞、郭曉新、楊瀛濤、馮月萍參加了本書的編撰。

內(nèi)容概要

　　《計算機圖形學（第2版）》系統(tǒng)地介紹了計算機圖形學的有關(guān)原理、算法及實現(xiàn)，其主要內(nèi)容包括：計算機圖形硬件、基本圖形的生成、圖形幾何變換、曲線和曲面造型、幾何造型、基本的圖形運算、典型的隱藏線與隱藏面的消除算法、生成真實感圖形的相關(guān)技術(shù)。《計算機圖形學（第2版）》可作為大專院校本科生、研究生學習計算機圖形學的教材，也可作為從事CAD和計算機圖形學技術(shù)研究的廣大科技人員的參考書。

書籍目錄

第一章 計算機圖形學簡介1第一節(jié) 計算機圖形學1第二節(jié) 計算機圖形學的起源2第三節(jié) 計算機圖形學的應用及發(fā)展動向3第四節(jié) 圖形系統(tǒng)的硬件4第五節(jié) 計算機圖形標準6第二章 圖形基元的顯示8第一節(jié) 直線掃描轉(zhuǎn)換算法8一、DDA直線掃描轉(zhuǎn)換算法8二、中點畫線法10三、Bresenham畫線算法12第二節(jié) 圓的掃描轉(zhuǎn)換算法14一、中點畫圓法15二、Bresenham畫圓算法18第三節(jié) 橢圓掃描轉(zhuǎn)換算法21第四節(jié) 線寬與線型的處理25一、線型的處理25二、直線線寬的處理26三、其他線寬處理方式28四、曲線的線型和線寬28第五節(jié) 區(qū)域填充29一、種子填充算法29二、多邊形的掃描轉(zhuǎn)換算法36三、邊填充算法40四、圖案填充42第三章 圖形變換45第一節(jié) 變換的數(shù)學基礎(chǔ)46一、向量及向量運算46二、矩陣及矩陣運算46三、齊次坐標49第二節(jié) 二維圖形變換49第三節(jié) 二維視見變換54第四節(jié) 三維圖形變換56一、平移變換56二、比例變換57三、旋轉(zhuǎn)變換58第五節(jié) 投影61一、平行投影62二、透視投影64三、透視投影轉(zhuǎn)化為平行投影69第六節(jié) 裁剪70一、直線段裁剪算法70二、其他圖形的裁剪75三、三維圖形的裁剪78第四章 曲線和曲面85第一節(jié) 曲線和曲面表示的基礎(chǔ)知識85一、曲線和曲面參數(shù)表示85二、基本概念86第二節(jié) Hermite多項式88一、Lagrange插值89二、三次Hermite插值90三、規(guī)范化三次Hermite插值91四、分段3次Hermite插值92第三節(jié) Coons曲面95一、給定邊界曲線的曲面片96二、給定邊界曲線和跨界切向量的曲面片97三、給定四角點及其切向量和扭曲向量的曲面片99第四節(jié) Bzier曲線101一、Bzier曲線的定義102二、Bzier曲線的性質(zhì)104三、Bzier曲線的拼接105四、Bzier曲線的繪制105五、Bzier曲線的升階113六、有理Bzier曲線114第五節(jié) Bzier曲面114一、Bzier曲面的定義114二、Bzier曲面的性質(zhì)115三、Bzier曲面示例116四、Bzier曲面的拼接118五、Bzier曲面與Coons曲面的轉(zhuǎn)換120第六節(jié) B樣條曲線122一、B樣條曲線的定義122二、B樣條曲線的性質(zhì)125三、均勻B樣條曲線126四、準均勻B樣條曲線132五、B樣條曲線的繪制135六、非均勻有理B樣條曲線140第七節(jié) B樣條曲面143第五章 圖形運算148第一節(jié) 線段的交點計算148一、兩條線段求交148二、多條線段求交149第二節(jié) 多邊形表面的交線計算152第三節(jié) 平面中的凸殼算法155第四節(jié) 包含與重疊157一、簡單多邊形的包含算法157二、凸多邊形的包含算法159三、凸多邊形重疊計算160第五節(jié) 簡單多邊形的三角部分163第六章 形體的表示及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)170第一節(jié) 二維形體的表示170一、二維圖形的邊界表示170二、平面圖形的四叉樹表示方法173第二節(jié) 三維幾何模型176一、幾何元素176二、線框、表面及實體表示177三、三維實體表示方法179四、八叉樹181第三節(jié) 分形185一、分形的概念185二、分形一般算法188三、VonKoch算法189四、Julia和Mandelbrot集191第七章 消除隱藏線和隱藏面的算法197第一節(jié) 線面比較法消除隱藏線197第二節(jié) 曲面隱藏線消除的浮動水平線算法201第三節(jié) 深度排序算法203第四節(jié) 畫家算法205第五節(jié) z-緩沖算法208第六節(jié) 掃描線算法209第七節(jié) 區(qū)域分割算法212第八節(jié) BSP樹算法215第九節(jié) 八叉樹算法216第十節(jié) 光線投射算法217第八章 真實感圖形的繪制219第一節(jié) 漫反射及具體光源的照明220第二節(jié) 多邊形網(wǎng)的明暗處理223第三節(jié) 陰影226第四節(jié) 紋理227第五節(jié) 整體光照明模型228第六節(jié) 光線跟蹤230第七節(jié) 加速光線跟蹤算法232第八節(jié) 輻射度方法234第九節(jié) 色彩模型237參考文獻242

章節(jié)摘錄

插圖：隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，涉及到圖形方面的應用也越來越深入，諸如零件的構(gòu)造與顯示、衛(wèi)星照片的處理及手寫文字的識別等。經(jīng)過多年的研究與發(fā)展，逐漸形成了多個與圖形相關(guān)的分支，計算機圖形學（computer GraI）hics）、圖像處理（Image Processing）和模式識別（Pattem Recognition）就是其中的典型代表。簡單地說，計算機圖形學是指用計算機產(chǎn)生對象圖形輸出的技術(shù)。更確切地說，計算機圖形學是研究通過計算機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專門顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學科。它綜合了應用數(shù)學、計算機科學等多方面的知識。圖形是對象的一種外在表現(xiàn)形式，它是對象有關(guān)信息的具體體現(xiàn)。所謂對象，可以是各種具體的、實在的物體，如家俱、機械零件、房屋建筑等，也可以是抽象的、假想的事物，如天氣形勢、人口分布、經(jīng)濟增長趨勢等。能夠正確地表達出一個對象性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和行為的描述信息，稱為這個對象的模型。計算機圖形學中產(chǎn)生圖形的方法是建立對象的模型，即對該對象作出所需的正確的信息描述，然后利用計算機對這個模型進行各種必要的處理，從無到有地產(chǎn)生出能正確反映對象某種性質(zhì)的圖形輸出。可以說，計算機產(chǎn)生圖形的過程就是將數(shù)據(jù)（對象的模型表示）轉(zhuǎn)化為圖形的過程。圖像處理是指用計算機來改善圖像質(zhì)量的數(shù)字技術(shù)?？梢娀虿豢梢姷膱D像經(jīng)過量化后輸入到計算機中（掃描儀掃描輸入、數(shù)碼相機拍照），由計算機按應用的需要對已有的圖像進行增強、復原、分割、重建、編碼、存儲、傳輸?shù)雀鞣N不同的處理，再把加工后的圖像進行輸出。在太空探索中分析宇宙飛船發(fā)回的各種照片，在生物醫(yī)學工程中發(fā)展起來的計算機的x射線斷層攝影技術(shù)（computer T0mography，CT）是計算機圖像處理技術(shù)的典型例子。模式識別是指用計算機對輸入圖形進行識別的技術(shù)。圖形信息輸入計算機后，先進行特征抽取等預處理，然后用統(tǒng)計判定方法或語法分析方法對圖形作出識別，最后按照使用的要求給出圖形的分類或描述。各種中西文字符及工程圖樣的自動閱讀裝置，就是模式識別技術(shù)的應用實例。與計算機圖形處理有關(guān)的上述三門學科是獨立發(fā)展起來的。當前由于光柵掃描顯示器的廣泛使用及解決復雜實際問題的需要，它們已經(jīng)相互滲透，也使人們對這三門學科的相互關(guān)系和共同技術(shù)產(chǎn)生了越來越大興趣。

編輯推薦

《計算機圖形學(第2版)》是普通高等教育“十一五”計算機類規(guī)劃教材

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