實用計算機圖形學
出版時間：2012-3 出版社：清華大學出版社 作者：李繼芳 等 著
前言
計算機圖形學（Computer Graphics, CG）是一種使用數(shù)學算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計算機顯示器的柵格形式顯示的科學。作為計算機學科的一個重要分支，計算機圖形學的主要研究內(nèi)容就是如何在計算機中表示圖形，以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。目前，計算機圖形學已成功地應用于計算機輔助設(shè)計與加工、影視動漫、軍事仿真、醫(yī)學圖像處理、氣象、地質(zhì)、財經(jīng)等領(lǐng)域，隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的高速發(fā)展，圖形學技術(shù)在人們的日常生活和工作中也扮演著重要角色。盡管圖形學歷經(jīng)了50年的發(fā)展，有許多熱點問題和新技術(shù)仍然值得人們不斷探索，其應用與研究方興未艾，前景誘人?！ ∮嬎銠C圖形學的廣泛應用使得該課程教學在計算機及其相關(guān)專業(yè)中的地位越來越受到重視，其教學內(nèi)容從傳統(tǒng)的理論原理、算法分析為主過渡到理論與實驗并重，在培養(yǎng)應用型人才為主的普通高校中，更加強調(diào)學生的動手實踐能力。但是，由于計算機圖形學涉及圖學理論、數(shù)學、光學、計算幾何、機械設(shè)計、工程制圖、工業(yè)造型等，理論原理較為復雜，算法實現(xiàn)比較困難，因此要盡快掌握其使用方法并非易事。目前能較好地實現(xiàn)圖形技術(shù)的常用軟件環(huán)境有VC和OpenGL，前者比較方便地應用在二維圖形繪制上，后者主要是用來實現(xiàn)三維真實感圖形的繪制，如果您想了解并掌握這些技術(shù)，那么本書正好適合?！ ”緯傆嫹譃?章，主要內(nèi)容如下所示?！ 〉?章：主要概述計算機圖形學的發(fā)展背景、應用領(lǐng)域、系統(tǒng)構(gòu)成、顏色空間與色度圖、常用的顏色模型等?！ 〉?章：以工程項目為案例，介紹了本教材案例環(huán)境的VC及OpenGL基本知識、繪圖方法，以及基于VC的集成系統(tǒng)和OpenGL的編程框架?！ 〉?章：介紹基本圖形（直線、圓與橢圓）的各種生成算法，重點是中點算法和Bresenham算法，介紹平面圖形的各種填充算法，重點是有效邊表法和區(qū)域填充法；常用圖形生成與填充算法的集成實現(xiàn)。 第4章：介紹二維圖形的變換與裁剪，包括圖形變換的基本知識、基本幾何變換和復合變換矩陣表示、線段和多邊形裁剪算法等主要內(nèi)容；常用二維圖形變換與裁剪算法的集成實現(xiàn)?！ 〉?章：介紹三維圖形變換，包括三維基本幾何變換與復合變換矩陣表示、平行投影和透視投影的變換矩陣推導等內(nèi)容；常用三維圖形變換算法的集成實現(xiàn)?！ 〉?章：介紹曲線與曲面，包括曲線曲面概述、三次Hermite曲線、Bézier曲線曲面和B樣條曲線曲面的性質(zhì)、計算與表示；Bézier曲線和B樣條曲線算法的集成實現(xiàn)?！ 〉?章：介紹圖形消隱，包括消隱概念、線消隱以及面消隱的各種算法。 第8章：介紹真實感圖形，包括三維形體的表示方法、光照模型、紋理顯示；給出了基于OpenGL的真實感圖形繪制實例?！”緯慕Y(jié)構(gòu)及特色： 1. 融入先進的工程教育理念 課程組自2004年以來，持續(xù)進行著課程內(nèi)容及教學方法的研究與改革， 2008年開始學習國際流行的CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）工程教育理念，并提出IPR-CDIO教學模式，將學生的學習興趣（Interest）、毅力（Perseverance）和責任（Responsibility）的培養(yǎng)融入CDIO項目訓練中。本課程最早結(jié)合CDIO理念開展教學嘗試，通過將學生分成4～6人學習小組，以軟件工程的思想，借助案例模擬、項目化訓練、作品競賽等激勵式教學方式，收效顯著。學生們在工程意識、圖形軟件設(shè)計、編程水平、軟件測試，以及團隊合作、交流溝通等方面普遍有較大提高?！ ”緯?章就是介紹基于這種理念的工程項目設(shè)計思路和集成系統(tǒng)結(jié)果。目的是使學習者能所見即所得，對后續(xù)的學習充滿激情和期待。本書\中專門介紹了“基于IPR-CDIO理念的教學設(shè)計與實施”，結(jié)合本課程的教學實際，對教學內(nèi)容與案例專題如何配合，學習小組的引導、組織與激勵，課程評價及教學結(jié)果推廣應用等給出了完整的建議，以方便教師理解新理念，并成功應用于教學實際?！ ?. 一體化案例貫穿 有許多教材自稱為“案例式”，仔細閱讀后發(fā)現(xiàn)只不過是引用了一些零散的例子而已，例子與案例是不同的，案例更強調(diào)其系統(tǒng)性、引導性和示范性。本教材的案例是一個完整的體系，第6章以前是基于VC環(huán)境下的集成系統(tǒng)，一般學習至此就基本完成了課程學習。第7、8兩章涉及真實感圖形繪制，屬于高級圖形學部分，為了使讀者了解目前流行的OpenGL軟件使用方法，也為了與后續(xù)高級圖形學課程對接，設(shè)計了基于OpenGL的基本框架系統(tǒng)。兩類系統(tǒng)的介紹均非大而全，有些模塊是為了留給有興趣和有能力的同學深入研究、創(chuàng)新實踐進行補充的?！ ?. 知識學習、技能訓練與研究探索同步 我們曾經(jīng)選用過多本教材，有些教材光有理論知識講解，無實驗要求，用作教材時還要編寫實驗指導書；還有的是理論知識一本，實驗一本，既浪費又麻煩。本教材將理論知識內(nèi)容、實驗訓練內(nèi)容及研討探究的要求融入一體，不僅使用很方便，而且內(nèi)容與要求同步，具有內(nèi)容理解容易、實驗操作可見、探究思路明確的優(yōu)點。 4. 風格獨特、文字簡練 本教材每章有導引圖示，包括本章內(nèi)容結(jié)構(gòu)、學習重點及目標要求，使學習者在學習之前就對該章內(nèi)容了如指掌，對要重點掌握的內(nèi)容清清楚楚。教材中圖示、公式清晰明了，程序代碼層次分明，方便閱讀與實踐參考?！ 】傊?，本教材凝聚了編寫組多年的一線教學經(jīng)驗，內(nèi)容貼近實際，知識安排和案例清晰準確，實踐與探究內(nèi)容使讀者能夠靈活應用所學，并達融會貫通、創(chuàng)新提升的境界。早在2008年出版《計算機圖形學基礎(chǔ)及應用教程》時，編寫組就有個愿望，將整書的案例一體化，經(jīng)過三年的實踐終于實現(xiàn)了，而且引進了基于OpenGL的真實感編程框架，為后續(xù)的高級圖形學的工程案例奠定了基礎(chǔ)?！ ”窘滩氖蔷帉懡M集體智慧的結(jié)晶，在編寫過程中又經(jīng)過了無數(shù)次研究與討論，李繼芳教授負責全書統(tǒng)稿并主要編寫第1、4、5章，王仁芳博士負責OpenGL案例實現(xiàn)并編寫第7、8及第2章部分內(nèi)容；柴本成博士負責基于VC一體化案例的實現(xiàn)并編寫第6章和第2章部分內(nèi)容；鄒運蘭老師編寫第3章。 本教材在2010年立項為寧波市特色建設(shè)教材，在編寫的過程中，得到了寧波市教育局、浙江萬里學院計算機與信息學院領(lǐng)導、教務(wù)部全體同仁的大力支持，其中楊慶老師參與了書稿的前期規(guī)劃討論，并提出很多良好的建議，在此一并表示衷心感謝！ 由于作者水平有限，書中難免有疏漏和不妥之處，懇請廣大讀者不吝批評指正?！ 【帉懡M 2012年1月
內(nèi)容概要
《高等學校計算機專業(yè)教材精選·圖形圖像與多媒體技術(shù)：實用計算機圖形學》以先進的工程教育理念為指導，設(shè)計了貫穿于核心章節(jié)的一體化案例，展示出“基本圖形的生成與顯示”、“二維圖形變換及裁剪”、“三維圖形變換”、“曲線與曲面”等圖形學核心內(nèi)容的算法原理與項目實現(xiàn)方法；為了更好地理解真實感圖形繪制，在“消隱”和“真實感圖形”兩章中展示了基于OpenGL的真實感圖形渲染，有興趣的讀者在學習完這兩章后可深入探究；在第2章“《高等學校計算機專業(yè)教材精選·圖形圖像與多媒體技術(shù)：實用計算機圖形學》案例項目簡介”中專門對VC和OpenGL環(huán)境及繪圖基礎(chǔ)進行了講解，目的是使不熟悉環(huán)境的讀者也能方便地使用《高等學校計算機專業(yè)教材精選·圖形圖像與多媒體技術(shù)：實用計算機圖形學》；第1章的“圖形學概述”向讀者介紹了圖形學技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展、應用情況以及常用的顏色模型等?！ 陡叩葘W校計算機專業(yè)教材精選·圖形圖像與多媒體技術(shù)：實用計算機圖形學》融理論知識、實驗操作以及深入探究的內(nèi)容于一體，書中所有程序均通過運行調(diào)試，各章后面的“實踐與探究”中“實踐”即是對《高等學校計算機專業(yè)教材精選·圖形圖像與多媒體技術(shù)：實用計算機圖形學》中的案例系統(tǒng)進行模擬，認真理解與實踐后可實現(xiàn)第2章所展示的效果。讀者若能進一步深入學習“探究”中的內(nèi)容，并能付諸實踐，即可得到較好的創(chuàng)新鍛煉，其編程能力與圖形設(shè)計水平將有較大提升?！ 陡叩葘W校計算機專業(yè)教材精選·圖形圖像與多媒體技術(shù)：實用計算機圖形學》既可作為普通高校計算機科學與技術(shù)、信息處理、藝術(shù)設(shè)計等專業(yè)的計算機圖形學教材或教參，也可作為工程技術(shù)人員或圖形學愛好者的自學用書，還可以作為相關(guān)圖形技術(shù)培訓的參考教材。
書籍目錄
第1章 圖形學概述1.1 計算機圖形學發(fā)展背景1.1.1 計算機圖形學相關(guān)概念1.1.2 計算機圖形學的發(fā)展1.1.3 計算機圖形學主要研究內(nèi)容1.2 計算機圖形學應用1.2.1 計算機動畫1.2.2 計算機輔助設(shè)計與制造1.2.3 虛擬現(xiàn)實與計算機仿真1.2.4 科學計算可視化1.3 計算機圖形系統(tǒng)構(gòu)成1.3.1 圖形系統(tǒng)功能及組成1.3.2 圖形系統(tǒng)的硬件組成1.3.3 圖形軟件系統(tǒng)1.4 顏色模型1.4.1 物體的顏色1.4.2 顏色空間與色度圖1.4.3 常用顏色模型1.5 本章小結(jié)實踐與探究第2章 本書案例項目簡介2.1 工程項目引入2.2 VC繪圖基礎(chǔ)2.2.1 VC環(huán)境介紹2.2.2 MFC應用程序框架結(jié)構(gòu)2.2.3 VC繪圖入門2.3 基于VC的CGIS集成系統(tǒng)2.3.1 CGIS系統(tǒng)框架設(shè)計2.3.2 集成系統(tǒng)實現(xiàn)2.4 OpenGL編程基礎(chǔ)2.4.1 OpenGL介紹2.4.2 OpenGL繪圖入門79 2.5 基于OpenGL的真實感圖形渲染2.5.1 VC環(huán)境下OpenGL編程2.5.2 真實感圖形渲染2.6 本章小結(jié)實踐與探究第3章 基本圖形的生成與顯示3.1 直線的生成3.1.1 數(shù)值微分法3.1.2 中點畫線法3.1.3 Bresenham畫線法3.2 圓與橢圓的生成3.2.1 簡單畫圓法3.2.2 中點畫圓法3.2.3 Bresenham畫圓法3.2.4 中點畫橢圓法3.3 字符的生成3.3.1 點陣字符3.3.2 矢量字符3.4 反走樣技術(shù)3.4.1 走樣現(xiàn)象3.4.2 反走樣技術(shù)3.5 平面圖形填充3.5.1 區(qū)域的表示及類型3.5.2 有效邊表填充法3.5.3 邊填充法3.5.4 種子填充法3.6 基本圖形生成的系統(tǒng)實現(xiàn)3.6.1 直線生成算法的實現(xiàn)3.6.2 橢圓生成算法的實現(xiàn)3.6.3 多邊形有效邊表填充算法的實現(xiàn)3.7 本章小結(jié)實踐與探究第4章 二維圖形變換及裁剪4.1 圖形變換基礎(chǔ)4.1.1 與圖形相關(guān)的坐標系4.1.2 齊次坐標4.1.3 窗口到視區(qū)的轉(zhuǎn)換4.1.4 矩陣的乘法運算4.1.5 二維幾何變換矩陣4.1.6 二維圖形幾何變換的計算4.2 二維基本幾何變換4.2.1 恒等變換4.2.2 平移變換4.2.3 比例變換4.2.4 旋轉(zhuǎn)變換4.2.5 對稱變換4.2.6 錯切變換4.3 二維復合變換4.4 二維圖形裁剪4.4.1 點的裁剪4.4.2 線段裁剪4.4.3 多邊形裁剪4.4.4 字符裁剪4.5 二維變換及裁剪的系統(tǒng)實現(xiàn)4.5.1 二維圖形變換的實現(xiàn)4.5.2 二維圖形裁剪的實現(xiàn)4.6 本章小結(jié)實踐與探究第5章 三維圖形變換5.1 三維圖形變換概述5.1.1 三維幾何變換5.1.2 三維幾何變換矩陣5.2 三維基本幾何變換5.2.1 平移變換5.2.2 比例變換5.2.3 旋轉(zhuǎn)變換5.2.4 對稱變換5.2.5 錯切變換5.3 三維復合變換5.3.1 相對于任意點的三維變換5.3.2 繞空間任意軸的三維變換5.4 投影變換5.4.1 投影變換概述5.4.2 正投影5.4.3 軸測投影5.5 透視投影5.5.1 透視投影概述5.5.2 用戶坐標系到觀察坐標系的變換5.5.3 觀察坐標系到屏幕坐標系的變換5.5.4 透視變換5.6 三維變換的系統(tǒng)實現(xiàn)5.6.1 平行投影的實現(xiàn)5.6.2 透視投影的實現(xiàn)5.7 本章小結(jié)實踐與探究第6章 曲線曲面6.1 曲線曲面概述6.1.1 樣條曲線曲面6.1.2 樣條曲線曲面的發(fā)展6.1.3 曲線曲面的生成6.1.4 曲線曲面的表示6.1.5 曲線的連續(xù)性條件6.2 三次Hermite樣條曲線6.3 Bézier曲線曲面6.3.1 Bézier曲線的定義6.3.2 Bézier曲線的性質(zhì)6.3.3 常用Bézier曲線的表示6.3.4 Bézier曲線的拼接6.3.5 Bézier曲線的正算與反求6.3.6 Bézier曲面6.4 B樣條曲線曲面6.4.1 B樣條曲線的定義6.4.2 B樣條曲線的性質(zhì)6.4.3 B樣條曲線分類6.4.4 NURBS曲線6.4.5 B樣條曲面6.5 樣條曲線的系統(tǒng)實現(xiàn)6.5.1 Bézier曲線的實現(xiàn)6.5.2 B樣條曲線的實現(xiàn)6.6 本章小結(jié)實踐與探究第7章 消隱7.1 消隱的基本概念7.1.1 什么是消隱7.1.2 消隱的分類7.2 線消隱7.3 面消隱7.3.1 深度緩沖區(qū)（Z-buffer）算法7.3.2 深度排序算法（畫家算法）7.3.3 掃描線算法7.3.4 區(qū)域細分算法（Warnock算法）7.3.5 其他常用算法7.4 基于OpenGL的隱藏面消隱7.4.1 系統(tǒng)構(gòu)架7.4.2 算法分析與設(shè)計7.4.3 系統(tǒng)實現(xiàn)7.5 本章小結(jié)實踐與探究第8章 真實感圖形顯示8.1 三維形體的表示8.1.1 三維模型基礎(chǔ)8.1.2 傳統(tǒng)幾何造型方法8.1.3 非傳統(tǒng)造型技術(shù)8.2 光照模型8.2.1 光源特性與物體表面特性8.2.2 光照模型簡介8.2.3 陰影生成8.2.4 光線跟蹤算法簡介8.3 物體的紋理顯示8.3.1 表面圖案的描繪8.3.2 凹凸紋理的描繪8.4 基于OpenGL的紋理貼圖8.4.1 系統(tǒng)構(gòu)架8.4.2 算法分析與設(shè)計8.4.3 系統(tǒng)實現(xiàn)8.5 本章小結(jié)實踐與探究后記參考文獻
圖書封面
評論、評分、閱讀與下載