計算機圖形圖像技術與應用教程

第1章  緒論 1                  
 1.1  計算機圖形學的發(fā)展及應用 1                  
 1.2  計算機圖形學在CAD/CAM中的應用 3                  
 1.2.1  CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展與構成 3                  
 1.2.2  計算機圖形學在CAD/CAM系統(tǒng)用戶界面的應用 4                  
 1.2.3  真實感圖形顯示技術在CAD/CAM系統(tǒng)中的應用 5                  
 1.2.4  計算機圖形學在數(shù)控加工仿真的應用 5                  
 1.3  數(shù)據(jù)可視化技術 6                  
 1.3.1  引言 6                  
 1.3.2  體視化技術的特點及其發(fā)展過程 6                  
 1.3.3  體視化技術的應用 7                  
 1.3.4  信息可視化技術的發(fā)展 10                  
 1.3.5   可視化技術在國內(nèi)的發(fā)展 12                  
 1.4  數(shù)字圖像處理技術的發(fā)展和應用 12                  
 習題1 13                  
 第2章  圖形系統(tǒng)綜述 14                  
 2.1  視頻顯示設備 14                  
 2.1.1  刷新式CRT 14                  
 2.1.2  光柵掃描顯示器 15                  
 2.1.3  隨機掃描顯示器 16                  
 2.1.4  彩色CRT顯示器 16                  
 2.1.5  平板顯示器 17                  
 2.2  光柵掃描系統(tǒng) 18                  
 2.3  隨機掃描系統(tǒng) 20                  
 2.4  圖形監(jiān)視器與工作站 20                  
 2.5  輸入設備 21                  
 2.5.1  鍵盤 21                  
 2.5.2  鼠標 21                  
 2.5.3  光筆 21                  
 2.5.4  觸摸屏 22                  
 2.5.5  數(shù)字化儀 23                  
 2.5.6  圖像掃描儀 24                  
 2.5.7  數(shù)據(jù)手套 25                  
 2.5.8  聲音系統(tǒng) 25                  
 2.6  硬拷貝設備 26                  
 習題2 28                  
 第3章  基本圖形生成算法 29                  
 3.1  掃描轉(zhuǎn)換算法 29                  
 3.2  直線的掃描轉(zhuǎn)換 30                  
 3.2.1  逐點比較法 30                  
 3.2.2  中點畫線算法 30                  
 3.2.3  DDA算法 33                  
 3.2.4  Bresenham畫線算法 34                  
 3.2.5  并行畫線算法 35                  
 3.3  圓的掃描轉(zhuǎn)換算法 37                  
 3.3.1  圓的特性 37                  
 3.3.2  DDA畫圓算法 38                  
 3.3.3  正負法畫圓弧 39                  
 3.3.4  中點畫圓算法 40                  
 3.3.5  Bresenham  畫圓算法 43                  
 3.4  橢圓弧生成算法 46                  
 3.3.1  橢圓的DDA生成算法 46                  
 3.4.2  橢圓的中點生成算法 48                  
 3.5  并行曲線算法 50                  
 3.6  區(qū)域填充 50                  
 3.6.1  多邊形域的填充 51                  
 3.6.2  區(qū)域填充圖案 54                  
 3.7  線寬與線型的處理 57                  
 3.7.1  直線線寬的處理 57                  
 3.7.2  圓弧線寬的處理 58                  
 習題3 59                  
 第4章  兩維觀察 61                  
 4.1  觀察流程 61                  
 4.2  觀察參考坐標系 62                  
 4.3  窗口到視區(qū)的坐標變換 63                  
 4.4  裁剪操作 65                  
 4.5  點的裁剪 65                  
 4.6  線段的裁剪 66                  
 4.6.1  Cohen-Sutherland線段裁剪算法 66                  
 4.6.2  梁友棟-Barsky直線裁剪算法 70                  
 4.6.3  Nicholl-Lee- Nicholl直線裁剪算法 72                  
 4.6.4  非矩形裁剪窗口的線段裁剪 74                  
 4.7  多邊形的裁剪 75                  
 4.7.1  Sutherland-Hodgeman 75                  
 4.7.2  Welier-Atherton算法 80                  
 4.8  曲線的裁剪 81                  
 4.9  文字的裁剪 81                  
 4.10  外部裁剪 82                  
 習題4 83                  
 第5章  圖形變換 85                  
 *5.1  圖形變換的數(shù)學基礎 85                  
 5.1.1  矢量運算 85                  
 5.1.2  矩陣運算 85                  
 5.1.3  齊次坐標 88                  
 5.2  二維圖形的幾何變換 89                  
 5.2.1  基本幾何變換 89                  
 5.2.2  基本幾何變換的矩陣形式 89                  
 5.2.3  二維的矩陣表示和齊次坐標表示 93                  
 5.2.4  復合變換 94                  
 5.2.5  其他變換 103                  
 5.3  三維幾何和建模變換 107                  
 5.3.1  平移 108                  
 5.3.2  旋轉(zhuǎn) 109                  
 5.4  形體的投影變換 116                  
 5.4.1  投影變換分類 116                  
 5.4.2  平行投影 117                  
 5.4.3  透視投影 119                  
 習題5 122                  
 第6章  三維物體的表示 124                  
 6.1  多邊形表面 124                  
 6.1.1  多邊形表 125                  
 6.1.2  平面方程 126                  
 6.1.3  多邊形網(wǎng)格 128                  
 *6.2  曲線和曲面 128                  
 *6.3  二次曲面 128                  
 6.3.1  球面 129                  
 6.3.2  橢圓面 129                  
 6.3.3  環(huán)面 130                  
 6.4  樣條表示 130                  
 6.4.1  插值和逼近樣條 130                  
 6.4.2  參數(shù)連續(xù)性條件 131                  
 6.4.3  樣條描述 133                  
 6.5  三次樣條插值方法 133                  
 6.5.1  自然三次樣條 134                  
 6.5.2  Hermite插值樣條 134                  
 6.5.3  Cardinal樣條 136                  
 6.5.4  Kochanek-Bartels樣條 138                  
 6.6  Bezier曲線和曲面 139                  
 6.6.1  Bezier曲線 139                  
 6.6.2  Bezier曲線的特性 140                  
 6.6.3  使用Bezier曲線的設計技術 140                  
 6.6.4  三次Bezier曲線 141                  
 6.6.5  Bezier曲面 143                  
 6.7  B-樣條曲線和曲面 144                  
 6.7.1  B-樣條曲線 144                  
 6.7.2  均勻周期性B-樣條曲線 145                  
 6.7.3  三次周期性B-樣條曲線 147                  
 *6.7.4  開放均勻B-樣條曲線 149                  
 *6.7.5  非均勻B-樣條曲線 151                  
 6.7.6  B-樣條曲面 151                  
 *6.8  掃描表示 152                  
 *6.9  結構實體幾何法 153                  
 *6.10  八叉樹 155                  
 6.11  BSP樹 157                  
 6.12  分形幾何方法 157                  
 6.12.1  分形生成過程 158                  
 6.12.2  分形分類 158                  
 6.12.3  分形的維數(shù) 159                  
 6.12.4  確定性自相似分形幾何構造 160                  
 6.12.5  統(tǒng)計自相似分形幾何構造 162                  
 6.12.6  仿射分形構造方法 164                  
 6.12.7  隨機中點位移方法 165                  
 6.12.8  地面圖控制 167                  
 6.12.9  自平方分形 168                  
 6.12.10  自逆分形 172                  
 習題6 173                  
 第7章  可見面判別算法 175                  
 7.1  可見面判別算法的分類 175                  
 7.2  后向面判別 175                  
 7.3  深度緩沖器算法 176                  
 7.4  A緩沖器算法 179                  
 7.5  掃描線算法 180                  
 7.6  深度排序算法 182                  
 7.7  BSP樹算法 184                  
 7.8  區(qū)域細分算法 184                  
 7.9  八叉樹算法 186                  
 7.10  光線投射算法 189                  
 習題7 190                  
 第8章  光照模型與面繪制算法 191                  
 8.1  光源 191                  
 8.2  基本光照模型 193                  
 8.2.1  環(huán)境光 193                  
 8.2.2  漫反射 193                  
 8.2.3  鏡面反射和phong模型 195                  
 8.2.4  多光源漫反射和鏡面反射的合并 198                  
 8.2.5  Warn模型 198                  
 8.2.6  強度衰減 199                  
 8.2.7  顏色 199                  
 8.2.8  透明度 201                  
 8.2.9  陰影 203                  
 *8.3  光強度顯示 203                  
 8.3.1  分配強度等級 203                  
 8.3.2  Gamma校正與視頻查找表 204                  
 8.3.3  顯示連續(xù)色調(diào)的圖像 205                  
 *8.4  半色調(diào)模式和抖動技術 206                  
 8.4.1  半色調(diào)近似 207                  
 8.4.2  抖動技術 209                  
 8.5  多邊形表面繪制算法 211                  
 8.5.1  恒定光強度的明暗處理 212                  
 8.5.2  Gouraud明暗處理 212                  
 8.5.3  Phong明暗處理 214                  
 8.5.4  快速Phong明暗處理 214                  
 8.6  光線跟蹤算法 215                  
 8.6.1  基本光線跟蹤算法 216                  
 8.6.2  光線與物體表面的求交計算 217                  
 8.6.3  減少物體求交計算量 219                  
 8.6.4  空間分割方法 220                  
 8.6.5  光線跟蹤反走樣 223                  
 8.6.6  分布式光線跟蹤 224                  
 8.7  輻射度光照模型 226                  
 8.7.1  基本輻射度模型 226                  
 8.7.2  逐步求精輻射度方法 229                  
 8.8  環(huán)境映射 230                  
 8.9   添加表面細節(jié) 231                  
 8.9.1  用多邊形模擬表面細節(jié) 231                  
 8.9.2  紋理映射 231                  
 8.9.3  過程式紋理映射方法 233                  
 8.9.4  凹凸映射 234                  
 8.9.5  幀映射 235                  
 習題8 235                  
 第9章  顏色模型和顏色應用 237                  
 9.1  光的特性 237                  
 9.2  標準基色和色彩圖 239                  
 9.2.1  XYZ顏色模型 239                  
 9.2.2  CIE色度圖 239                  
 9.3  直觀的顏色概念 241                  
 9.4  RGB顏色模型 241                  
 9.5  YIQ顏色模型 242                  
 9.6  CMY顏色模型 243                  
 9.7  HSV顏色模型 244                  
 9.8  HSV和RGB模型之間的轉(zhuǎn)換 245                  
 9.9  HLS顏色模型 247                  
 9.10  顏色選擇及其應用 247                  
 習題9 248                  
 第10章  圖像處理 249                  
 10.1  圖像數(shù)據(jù) 249                  
 10.1.1  圖像的表示 249                  
 10.1.2  圖像的采樣 250                  
 10.1.3  圖像的灰度直方圖 250                  
 10.1.4  圖像的二值化 253                  
 10.2  圖像變換 253                  
 10.2.1  圖像的除噪音處理 254                  
 10.2.2  圖像輪廓增強技術 254                  
 10.3  圖像解析 256                  
 10.3.1  細線化技術 256                  
 10.3.2  輪廓線追蹤 257                  
 10.4  圖像數(shù)據(jù)壓縮 258                  
 10.4.1  概述 258                  
 10.4.2  步長法 259                  
 習題10 260                  
 第11章  OpenGL圖形應用程序開發(fā)簡介 261                  
 11.1  OpenGL概述 261                  
 11.1.1  什么是OpenGL 261                  
 11.1.2  OpenGL的工作順序 261                  
 11.2  OpenGL的基本語法規(guī)則 262                  
 11.2.1  OpenGL的數(shù)據(jù)類型 262                  
 11.2.2  OpenGL函數(shù)命名規(guī)則 262                  
 11.2.3  OpenGL的狀態(tài)機制 262                  
 11.2.4  OpenGL的庫函數(shù) 263                  
 11.3  在OpenGL中使用顏色 264                  
 11.3.1  OpenGL的顏色處理過程和顏色模式 264                  
 11.3.2  指定顏色和明暗模式 264                  
 11.4  用OpenGL設計基本幾何體 265                  
 11.4.1  繪圖準備和結束 265                  
 11.4.2  繪制OpenGL的基本幾何元素(幾何要素) 266                  
 11.4.3  多邊形的繪制屬性 267                  
 11.4.4  法矢量 267                  
 11.5  OpenGL中的圖形變換 268                  
 11.5.1  常用的變換函數(shù) 270                  
 11.5.2  視圖模型變換 270                  
 11.5.3  投影變換 272                  
 11.5.4  視口變換 273                  
 11.6  OpenGL中的光照處理 274                  
 11.6.1  OpenGL光照基本概念 274                  
 11.6.2  光源的定義 274                  
 11.6.3  光照模式 276                  
 11.6.4  材質(zhì)屬性 277                  
 11.7  VC++ 6.0中OpenGL應用程序開發(fā) 278                  
 11.7.1  Win32控制臺方式 278                  
 11.7.2   MFC方式 284                  
 習題11 287