计算机图形学教程

出版者:人民邮电出版社

作者:王汝传

页数:364

出版时间:2014-8-1

价格:0

装帧:平装

isbn号码:9787115358004

具体描述

本书主要介绍计算机图形学的基本原理、相关技术及其应用，对计算机图形学的基本概念和特点、计算机图形显示系统和输入/输出设备、常用图形函数和C语言图形程序设计、二维图形和三维图形的生成和变换技术、图形的填充、裁剪和消隐技术、几何造型和真实感图形生成技术、计算机动画生成技术和开发工具、虚拟现实技术和VRML语言以及基于OpenGL的图形编程等相关知识做了详细而系统的论述。此外，本书还给出了大量计算机图形学的应用程序实例和实验大纲。

目录信息

编辑推荐
《普通高等学校计算机教育"十二五"规划教材:计算机图形学教程(第3版)》可作为本、专科院校计算机及相关专业的“计算机图形学”课程教材，也可供从事计算机图形处理技术及其他有关的工程技术人员阅读使用。
目录
第1章 概述 1
1.1 计算机图形学的概念与研究内容 1
1.1.1 什么是计算机图形学 1
1.1.2 图像处理、模式识别与计算机图形学 2
1.1.3 计算机绘图与CAD/CAM技术的关系 4
1.1.4 计算机图形学研究的内容及当前的热点课题 5
1.2 计算机图形学发展概况 7
1.3 计算机图形学特点和应用 8
1.3.1 计算机图形学的特点 8
1.3.2 计算机图形学的应用领域 9
1.4 计算机图形生成和输出的流水线 11
1.4.1 图形生成和输出的流水线概述 11
1.4.2 基本图形的点阵转换 12
1.4.3 区域填充 12
1.4.4 图形变换 12
1.4.5 图形裁剪 13
1.4.6 三维图形生成和输出的流水线（真实感图像的绘制） 13
习题 13
第2章 计算机图形系统 14
2.1 计算机图形系统的组成 14
2.1.1 图形系统的结构 14
2.1.2 图形系统的基本功能及其硬件性能要求 15
2.1.3 图形系统分类及硬件工作平台 16
2.2 计算机图形显示器 18
2.2.1 CRT显示器 18
2.2.2 液晶显示器 27
2.2.3 等离子显示器 30
2.2.4 其他类型的显示器 32
2.3 计算机图形输入／输出设备 32
2.3.1 计算机图形输入设备 32
2.3.2 计算机图形输出设备 37
2.4 通用图形软件简介 41
2.4.1 通用图形软件的分类 41
2.4.2 典型图形软件及图形库一览 42
2.4.3 主流图形接口及软件简介 43
习题 45
第3章 C语言图形程序设计基础 46
3.1 屏幕设置 46
3.1.1 屏幕显示模式与坐标系 46
3.1.2 图形驱动程序与图形模式 47
3.1.3 图形系统初始化和模式控制 49
3.1.4 图形坐标的设置 52
3.1.5 屏幕窗口操作 53
3.2 图形颜色设置 55
3.2.1 颜色的设置 55
3.2.2 调色板 57
3.2.3 获取颜色信息 59
3.3 线的特性设定和填充 60
3.3.1 线的特性设定 60
3.3.2 填充 62
3.4 图形模式下文本处理 63
3.4.1 文本输出函数 63
3.4.2 输出文本的设置 64
3.5 图形存取处理 67
3.5.1 检测所需内存 67
3.5.2 把图形存入内存 68
3.5.3 从内存复制图形到屏幕 68
3.6 常用画图函数简介 69
3.6.1 直线类函数 69
3.6.2 多边形类函数 70
3.6.3 圆弧类函数 70
3.6.4 填充类函数 70
3.7 绘图程序实例 71
3.8 C++语言环境下绘图 79
3.8.1 BorlandC++开发图形程序环境设置 79
3.8.2 在VC++6.0中使用Borland的图形程序包 80
习题 80
第4章 二维图形生成和变换技术 81
4.1 基本绘图元素 81
4.1.1 点 82
4.1.2 直线 82
4.1.3 曲线 83
4.1.4 区域填充 83
4.2 直线段的生成 84
4.2.1 逐点比较法 84
4.2.2 数值微分法 87
4.2.3 Bresenham法 88
4.3 曲线的生成 90
4.3.1 圆弧的生成 90
4.3.2 椭圆的生成 97
4.3.3 规则曲线的生成 100
4.3.4 自由曲线的生成 103
4.4 区域填充 120
4.4.1 多边形区域填充 120
4.4.2 边填充 122
4.4.3 种子填充 123
4.5 二维图形变换 125
4.5.1 二维图形几何变换的基本原理 125
4.5.2 几何变换的矩阵表示形式 129
4.5.3 二维图形齐次坐标矩阵变换 133
4.5.4 组合变换 136
4.5.5 二维图形变换程序设计 139
4.6 二维图像裁剪 144
4.6.1 窗口区和视图区 145
4.6.2 直线段裁剪 147
4.6.3 多边形裁剪 151
4.6.4 其他类型图形裁剪 154
4.6.5 二维图形裁剪程序设计 155
4.7 反走样技术 157
4.7.1 走样和反走样的定义 157
4.7.2 超采样 158
4.7.3 区域采样 159
习题 160
第5章 三维图形生成和变换技术 162
5.1 三维图形的概念 162
5.2 自由曲面的生成 162
5.2.1 空间曲面的参数表示 163
5.2.2 Bezier（贝塞尔）曲面 164
5.2.3 B样条曲面 168
5.2.4 Coons（孔斯）曲面 171
5.2.5 NURBS（非均匀有理B样条）曲面 174
5.3 三维图形变换 174
5.3.1 三维图形几何变换 175
5.3.2 三维图形平行投影变换 184
5.3.3 三维图形透视投影变换 195
5.4 三维图形裁剪和消隐技术 200
5.4.1 三维图形的裁剪 200
5.4.2 三维图形消隐 202
习题 208
第6章 真实感图形生成技术 209
6.1 概述 209
6.2 简单光照模型 210
6.2.1 环境反射光 211
6.2.2 漫反射光 211
6.2.3 镜面反射光 211
6.2.4 Phong光照模型 212
6.3 明暗处理方法 213
6.3.1 哥罗德（Gouraud）强度插值法 213
6.3.2 Phong（冯）法向插值方法 214
6.4 阴影生成方法 215
6.4.1 自身阴影生成方法 215
6.4.2 投射阴影生成方法 216
6.5 整体光照模型 217
6.5.1 透明性的简单模型 217
6.5.2 整体光照模型 218
6.5.3 光线跟踪算法 218
6.5.4 辐射度算法 219
6.6 纹理处理方法 220
6.6.1 纹理映射 221
6.6.2 扰动映射 222
6.7 图形颜色和颜色模型 223
6.7.1 颜色的性质 223
6.7.2 CIE色度图 225
6.7.3 颜色模型 227
6.8 真实感图形技术的实现 230
6.8.1 定义 230
6.8.2 定义 230
6.8.3 定义 232
6.8.4 定义 232
6.8.5 绘制模拟光源 233
习题 233
第7章 几何造型简介 234
7.1 概述 234
7.2 几何造型系统的三种模型 235
7.2.1 线框模型 235
7.2.2 表面模型 236
7.2.3 实体模型 237
7.3 实体模型的构造 237
7.3.1 概述 237
7.3.2 边界表示法 239
7.3.3 构造实体几何法 241
7.3.4 扫描法 244
7.3.5 分解表示法 244
习题 247
第8章 计算机动画技术 248
8.1 计算机动画概述 248
8.1.1 计算机动画历史与现状 248
8.1.2 传统动画和计算机动画 249
8.1.3 计算机动画的研究内容 250
8.1.4 计算机动画的应用 250
8.2 计算机动画的分类和原理 252
8.2.1 计算机动画的分类 252
8.2.2 计算机动画原理 255
8.3 计算机动画的关键技术 257
8.3.1 旋转的四元数表示 257
8.3.2 碰撞检测技术 259
8.3.3 运动捕捉技术 263
习题 269
第9章 计算机动画实践 270
9.1 计算机动画编程 270
9.1.1 TurboC动画编程 270
9.1.2 基于OpenGL的VisualC++动画编程 273
9.1.3 基于OGRE的VisualC++动画编程 276
9.2 计算机动画软件 280
9.2.1 二维动画软件 280
9.2.2 三维动画软件 281
9.3 3dsMax动画制作 283
9.3.1 软件环境简介 283
9.3.2 刚体动画实例 287
9.3.3 软体动画实例 288
9.3.4 骨骼动画实例 291
习题 294
第10章 虚拟现实技术及VRML语言 295
10.1 虚拟现实技术概述 295
10.1.1 虚拟现实技术的基本概念 295
10.1.2 虚拟现实技术的特征与分类 295
10.1.3 虚拟现实技术的发展 297
10.1.4 几个典型的虚拟现实应用 297
10.2 虚拟现实系统工具 298
10.2.1 虚拟现实设备 298
10.2.2 主流的虚拟现实引擎 299
10.2.3 虚拟现实的软件开发工具 299
10.3 虚拟现实建模及语言 301
10.3.1 虚拟现实建模技术 301
10.3.2 虚拟现实建模语言 302
10.3.3 分布式虚拟现实系统 322
10.4 基于VRML语言的虚拟现实场景实例 323
10.4.1 南京邮电大学校园导游系统 323
10.4.2 分布式虚拟坦克战场 330
习题 338
第11章 OpenGL图形编程基础 339
11.1 OPENGL简介 339
11.1.1 OPENGL的基本概念 339
11.1.2 OpenGL函数库的导入 340
11.2 绘制二维图形 342
11.3 绘制三维图形 346
附录A 实验 354
实验1 编程实现“自行车行驶动画” 354
实验2 自由设计“美术图案” 354
实验3 编程生成“三次贝塞尔曲线” 355
实验4 编程实现“多边形扫描线种子填充算法” 355
实验5 编程生成“双三次Bezier曲面” 356
实验6 编程实现“三维图形的几何变换” 356
实验7 编程实现“三维图形的消隐” 357
实验8 编程实现“光线跟踪算法” 357
实验9 编程实现“基于OpenGL图形库的三维动画” 358
实验10 制作基于3dsMax的三维动画 359
实验11 实现“颜色随机变换的旋转十字架”虚拟现实场景 359
实验12 设计与实现“校园导航系统” 360
附录B 标准显示模式及扩充VGA显示模式 361
参考文献 363
· · · · · · (收起)

用户评价

这本书的作者似乎对图形学的发展历史有着深刻的理解和独到的见解。在介绍某些现代技术（比如基于物理的渲染PBR）时，他没有直接跳到最新的公式，而是会花篇幅追溯到早期的环境光遮蔽模型（Ambient Occlusion）甚至是更早期的漫反射模型，展示了技术是如何一步步迭代、解决旧有局限性的。这种历史的纵深感，让读者在学习时不仅仅是知识的接收者，更像是参与了一场技术演进的朝圣之旅。例如，在讲解纹理映射时，作者会讨论早期纹理拉伸和莫尔条纹的问题，并引出MIP贴图的概念，整个过程充满了叙事感。这种叙事性的写作风格，让那些原本冰冷的技术术语变得鲜活起来，充满了人文学科的魅力。它教会了我，计算机图形学并非凭空产生的技术大厦，而是无数人智慧和努力积累的成果，这极大地激发了我对这门学科的敬畏之心和学习热情。

从一个资深爱好者的角度来看，这本书的参考价值远超出了“教程”二字。它在一些前沿和交叉领域的覆盖度令人惊喜。比如，在涉及几何处理的部分，它触及了曲面细分（Subdivision Surfaces）的几种主流算法，并且对比了它们的计算复杂度与最终视觉效果的权衡；而在动画部分，它不仅介绍了骨骼动画的基础，还探讨了物理模拟在角色运动中的应用前景。尤其值得称赞的是，书中对于计算复杂度和性能优化有着明确的讨论，即便是同一算法，作者也会给出在不同硬件架构下可能遇到的瓶颈分析。这使得这本书不仅适合入门和进阶，对于需要进行项目选型和系统设计的工程师而言，也具备了极高的参考价值。它真正做到了贯穿从底层数学原理到上层应用实现的完整技术栈，展现出一种百科全书式的完备性和专业性。

我对这本书的逻辑组织结构感到非常佩服，它不像有些教材那样，上来就堆砌晦涩难懂的数学公式，而是采取了一种螺旋上升的教学方法。开篇部分并没有急于深入到矩阵变换的细节，而是先用非常直观的几何视角，构建起我们对三维空间的基本认知，这非常贴合我们大脑处理空间信息的天生习惯。随后，当引入到齐次坐标和投影变换时，作者并没有直接抛出变换矩阵，而是通过“观察者”和“场景”之间的相对运动关系，循序渐进地引导读者去理解为什么要引入这些额外的维度和计算。这种由表及里、层层递进的处理方式，极大地增强了知识点的内在连贯性。即便是涉及到一些高级的图形流水线概念，作者也能巧妙地将其拆解成一系列可以独立理解的小模块，让读者在掌握了基础操作后，再逐步将它们串联起来形成完整的认知网络。这种精心的结构设计，使得学习的路径非常清晰且稳固，很少出现“学了后面忘了前面”的断层现象，充分体现了编撰者深厚的教学功底。

这本书最让我印象深刻的是它对“实践与理论结合”的把握达到了一个近乎完美的平衡点。它不是一本纯粹的理论参考手册，也不是一本仅仅停留在代码实现层面的“工具书”。在每一个关键算法被介绍完毕后，作者总会紧接着附上一段非常精炼的伪代码或者C++/Python的实现思路概述，这部分内容恰到好处地揭示了理论在计算层面的落地方式。更难得的是，它没有陷入到某个特定API（比如OpenGL或DirectX）的泥潭中，而是聚焦于那些普适性的、跨平台的图形学原理。例如，在讲解光栅化时，它没有直接给出某一个图形库的绘制函数，而是深入剖析了三角形扫描转换的原理，包括边函数和深度缓冲区的处理细节，这才是图形学领域的“内功心法”。这种方式迫使读者去理解“为什么”以及“如何”计算，而不是简单地调用库函数，对于想要真正掌握图形学内核的读者来说，这种注重底层逻辑的讲解才是最宝贵的财富。

这本书的排版和装帧设计确实让人眼前一亮，那种略带复古的米黄色纸张，拿在手里有一种沉甸甸的质感，不像现在很多教材为了省成本用那种苍白刺眼的纸张。内页的插图和图例的清晰度高得惊人，即便是复杂的渲染流程图，每一个节点的连接、每一个参数的含义，都能通过精心设计的视觉符号一目了然。特别是对于初学者来说，这种对视觉体验的重视至关重要，它极大地降低了初次接触抽象概念时的心理门槛。我记得书中有几页专门用来展示不同光照模型下的材质变化，那些微妙的镜面反射和漫反射的过渡，即使用普通打印也依然保持了相当的准确性，这背后对印刷工艺的要求可见一斑。而且，书中的文字间距和行距也经过了细致的调整，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳，这对于需要啃下大量理论知识的技术书籍来说，简直是莫大的福音。作者在章节过渡的处理上也颇为巧妙，每一章的开头总会用一个小故事或者一个历史典故来引出本章的核心技术，让原本枯燥的理论学习过程，变得像是在跟随一位经验丰富的导师进行深度交流。这本书在“形”上的投入，完全配得上它所承载的“神”。