计算机图形学原理与实现

定　　价：59 元

丛书名：全国高等学校计算机教育研究会“十四五”系列教材

• 作者：王振武
• 出版时间：2024/2/1
• ISBN：9787302653486
• 出 版 社：清华大学出版社

• 中图法分类：TP391.41 
• 纸张：胶版纸
• 开本：16开

内容简介

本书对计算机图形学的基本原理进行了深入浅出的阐述，书中不仅配有丰富的图例和例题，而且采用C语言对课程主要算法进行了编程实现，并以实现OpenGL状态机为主线将课程主要知识点串连起来。这种理论和实践相结合的方式极大地方便了读者对抽象的计算机图形学理论的系统理解和掌握。本书共10章，内容包括绪论、计算机图形系统、OpenGL编程环境介绍、基本图形生成算法、二维变换和二维观察、三维变换和三维观察、三维对象的表示、消隐计算、颜色模型以及真实感图形绘制。
本书可作为高等院校计算机图形学理论的课程教材，也可作为从事计算机图形处理技术及其他有关工程技术人员的参考书。

编辑推荐

本教材最大的特色为理论联系实践。教材除了对图形学原理进行了深入浅出的推导外，还对计算机图形学常见的算法采用C语言 OpenGL进行了编程实现，对主要知识点均配有丰富的例题。这种理论联系实践的方式可以最大限度地降低读者的学习难度。

序 言

计算机图形学经过近几十年的发展，已经渗透到各行各业，在经济建设中发挥着重要作用。2018年，编者在北京师范大学出版社出版了《计算机图形学原理与实现》，该书对图形学基本算法进行了C语言编程实现。为适应我国计算机图形学教学的最新要求，编者对上述教材进行了修订。与上一本教材的最大区别在于，本书以实现OpenGL状态机原型为主线，采用C语言对图形学基本算法进行了重新编程实现，以便更清晰地展示图形学知识点间的相互关联。本书既可以作为高等院校本科生教材，也可以作为相关行业工程技术人员的参考书。
本书内容在安排上循序渐进，对理论的讲解通俗易懂，总体来讲有如下两个特点。
（1） 深入浅出的理论介绍。为便于读者快速理解计算机图形学的基本理论，本书在内容安排上循序渐进，用深入浅出的算法推导、丰富的例题和图例对计算机图形学基本理论进行了全面的介绍。
（2） 理论与工程实践相结合。本书对计算机图形学中的主要算法进行了编程实现，并模拟实现了OpenGL状态机的功能。这种理论与实践相结合的渐进式组织方式便于学生对课程内容形成系统理解。书中的主要算法均给出了完整的源程序代码及其运行界面。为兼顾不同读者对编程语言的掌握程度，本书采用C语言作为程序开发语言，并且基于Win32控制台应用程序的形式展示程序运行结果。
具体而言，本书10章内容之间的关系如图所示。由于编者水平有限，本书难免存在不足之处，恳请专家和读者批评指正。
编者2024年1月

目 录

第1章绪论1
1.1计算机图形学基本概念1
1.1.1计算机图形学的定义1
1.1.2图形和图像1
1.1.3计算机图形学、数字图像处理与模式识别2
1.2计算机图形学发展历史2
1.3计算机图形学的应用4
1.3.1用户接口4
1.3.2计算机辅助设计4
1.3.3数字娱乐5
1.3.4计算机辅助绘图5
1.3.5计算机辅助教学6
1.3.6科学计算可视化6
1.3.7计算机艺术7
习题8
第2章计算机图形系统9
2.1计算机图形系统概述9
2.1.1计算机图形系统的功能9
2.1.2计算机图形系统的结构10
2.2计算机图形硬件设备10
2.2.1图形输入设备10
2.2.2图形显示设备12
2.2.3图形绘制设备17
2.3计算机图形软件18
2.3.1计算机图形软件分类18
2.3.2用户接口设计19
2.3.3基本交互式绘图技术21
习题22计算机图形学原理与实现目录第3章OpenGL编程环境介绍23
3.1Visual Studio集成开发环境简介23
3.2使用Visual Studio 2022创建新项目23
3.3OpenGL简介26
3.3.1OpenGL概述26
3.3.2OpenGL的主要功能27
3.3.3OpenGL状态机简介28
3.3.4OpenGL状态机原型简介28
3.3.5Windows编程简介33
习题36
第4章基本图形生成算法37
4.1扫描转换的定义37
4.2直线的扫描转换38
4.2.1DDA画线法38
4.2.2中点画线法41
4.2.3Bresenham画线法45
4.3圆的扫描转换48
4.3.1根据圆的方程画圆48
4.3.2中点画圆法49
4.3.3Bresenham画圆法53
4.4区域填充56
4.4.1扫描线多边形填充算法56
4.4.2边缘填充算法63
4.4.3种子填充算法65
4.4.4其他填充算法68
4.4.5区域填充的属性处理69
4.5属性处理69
4.5.1直线的线型处理69
4.5.2直线的线宽处理70
4.5.3曲线的线宽处理74
4.6字符77
4.6.1基本概念77
4.6.2点阵字符77
4.6.3矢量字符77
4.7反走样78
4.7.1提高分辨率79
4.7.2简单区域取样80
4.7.3加权区域取样81
习题82
第5章二维变换和二维观察83
5.1图形变换基本知识83
5.1.1矢量和矩阵83
5.1.2齐次坐标85
5.2基本二维变换86
5.2.1平移变换86
5.2.2旋转变换86
5.2.3缩放变换87
5.2.4基本二维变换的矩阵表示88
5.2.5其他变换95
5.3二维复合变换100
5.3.1连续平移100
5.3.2连续旋转100
5.3.3连续缩放101
5.3.4通用基准点的变换101
5.3.5通用方向的变换104
5.3.6二维变换总结106
5.4二维观察107
5.4.1二维观察流程107
5.4.2用户坐标系到观察坐标系的变换108
5.4.3窗口到视区的变换109
5.4.4二维裁剪概述110
习题127
第6章三维变换和三维观察129
6.1三维变换概述129
6.2三维几何变换130
6.2.1三维平移变换130
6.2.2三维变比变换137
6.2.3三维旋转变换139
6.2.4三维反射变换143
6.2.5三维错切变换145
6.2.6三维复合变换147
6.3三维投影变换157
6.3.1三维投影变换的分类157
6.3.2三视图159
6.3.3正轴测161
6.3.4斜平行投影164
6.3.5透视投影166
6.4三维观察173
6.4.1观察坐标系173
6.4.2观察空间174
6.4.3三维观察流程175
习题176
第7章三维对象的表示177
7.1三维对象表示方法概述177
7.1.1三维图形的基本问题177
7.1.2数据模型177
7.1.3过程模型178
7.2多边形表面179
7.2.1多边形表面概述179
7.2.2多边形表面表示法179
7.3二次曲面180
7.3.1球面180
7.3.2椭球面180
7.3.3环面180
7.3.4超二次曲面180
7.4样条曲线概述181
7.4.1样条的基本概念181
7.4.2样条曲线的分类181
7.5Hermite样条曲线184
7.6Bzier曲线和曲面186
7.6.1Bzier曲线的定义186
7.6.2Bernstein基函数的性质186
7.6.3常见的Bzier曲线187
7.6.4Bzier曲线的性质188
7.6.5Bzier曲线的绘制190
7.6.6Bzier曲面194
7.7B样条曲线和曲面195
7.7.1B样条曲线的定义195
7.7.2常见的B样条曲线196
7.7.3B样条曲线的性质198
7.7.4B样条曲线的分类199
7.7.5B样条曲面199
7.8空间分区表示方法199
7.8.1立体构造199
7.8.2八叉树200
7.8.3BSP树202
7.9非规则对象表示方法202
7.9.1分形几何方法202
7.9.2粒子系统203
7.9.3基于物理的建模205
7.9.4数据可视化205
习题205
第8章消隐计算207
8.1消隐概述207
8.1.1消隐的定义207
8.1.2消隐的分类207
8.1.3消隐算法的原则208
8.2Z缓冲区算法209
8.3区域扫描线算法211
8.4深度排序算法213
8.5光线跟踪算法215
8.6BSP算法215
习题216
第9章颜色模型217
9.1光的特性217
9.1.1电磁频谱217
9.1.2颜色的心理学特征218
9.2颜色模型的定义218
9.3标准基色和色度图219
9.4RGB颜色模型221
9.5CMY颜色模型222
9.6HSV颜色模型222
习题223
第10章真实感图形绘制224
10.1简单光照模型224
10.1.1环境反射光225
10.1.2漫反射光225
10.1.3镜面反射光226
10.1.4光强衰减228
10.1.5颜色处理228
10.2明暗处理230
10.2.1恒定光强的明暗处理230
10.2.2Gouraud明暗处理230
10.2.3Phong明暗处理232
10.3阴影处理233
10.3.1自身阴影生成233
10.3.2投射阴影生成233
10.4透明处理234
10.4.1透明效果的简单模拟234
10.4.2考虑折射的透明处理235
10.5整体光照模型与光线跟踪236
10.5.1整体光照模型概述236
10.5.2Whitted光照模型237
10.5.3光线跟踪算法238
10.6纹理映射239
10.6.1颜色纹理处理239
10.6.2几何纹理处理241
习题242
参考文献243