定 價(jià):22 元
叢書(shū)名:21世紀(jì)大學(xué)本科計(jì)算機(jī)專業(yè)系列教材
- 作者:楊欽
- 出版時(shí)間:2005/3/1
- ISBN:9787302104346
- 出 版 社:清華大學(xué)出版社
- 中圖法分類:TP391.41
- 頁(yè)碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開(kāi)本:16
本書(shū)全面介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的系統(tǒng)組成、圖形生成與顯示算法以及交互實(shí)現(xiàn)技術(shù)。主要內(nèi)容包括: 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)、基本光柵圖形生成技術(shù)、圖形變換、交互繪圖技術(shù)、真實(shí)感圖形的生成技術(shù)、曲線與曲面、幾何建模以及與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)的研究領(lǐng)域。本書(shū)的特點(diǎn)是取材精煉,注重算法與實(shí)現(xiàn)相結(jié)合,便于讀者用較少的時(shí)間精力全面地掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要內(nèi)容。本書(shū)將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本理論、算法與OpenGL技術(shù)有機(jī)結(jié)合,可以加深讀者對(duì)基本理論、算法的理解,并且有利于讀者牢固地掌握OpenGL技術(shù)。本書(shū)強(qiáng)調(diào)圖形交互技術(shù),介紹了基于Windows操作系統(tǒng)的Visual C++圖形程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)和OpenGL技術(shù)的實(shí)現(xiàn),增加了學(xué)習(xí)的趣味性,有助于讀者進(jìn)行圖形學(xué)實(shí)驗(yàn),為讀者今后在學(xué)習(xí)和工作中應(yīng)用圖形學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
本書(shū)適合作為高等學(xué)校計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)用書(shū),對(duì)從事CAD和CG研究、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)的廣大科技人員也有較高的參考價(jià)值。版權(quán)所有,翻印必究。
前言
FOREWORD圖形是一種重要的信息表達(dá)和傳遞方式。與語(yǔ)言、文字、數(shù)字相比,用圖形表達(dá)信息更直觀、更豐富。誕生于20世紀(jì)60年代的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究如何使用計(jì)算機(jī)生成圖形的一門學(xué)科。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的不斷發(fā)展,尤其在20世紀(jì)80年代以后,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)快速發(fā)展,計(jì)算機(jī)能夠表達(dá)的圖形越來(lái)越豐富,從二維圖形到三維實(shí)體,從靜態(tài)圖片到實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà),從線框圖到真實(shí)感顯示,從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程分析到動(dòng)畫(huà)、廣告、影視藝術(shù),計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在眾多領(lǐng)域得到應(yīng)用,而且在應(yīng)用過(guò)程中與其他學(xué)科相結(jié)合,產(chǎn)生了很多新興的學(xué)科,如CAD/CAM/CAE、可視化、動(dòng)畫(huà)、仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在現(xiàn)代社會(huì)生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
本書(shū)作者自1994年開(kāi)始從事計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)和科研工作,從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展和應(yīng)用研究?jī)蓚(gè)方面系統(tǒng)地總結(jié)了10多年的教學(xué)和科研體驗(yàn),寫成此書(shū)。
本書(shū)共分9章。第1章為緒論,介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史、研究?jī)?nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域;第2章是計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng),概述計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的軟硬件發(fā)展,介紹Windows操作系統(tǒng)下的圖形程序開(kāi)發(fā)方法和OpenGL繪圖程序;第3章是基本光柵圖形生成技術(shù),概述基本光柵圖形生成方法,重點(diǎn)介紹目前應(yīng)用較多的經(jīng)典方法,并且給出Visual C++和OpenGL生成基本圖形的實(shí)現(xiàn);第4章是圖形變換,在敘述幾何變換和坐標(biāo)變換的概念和作用的基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹交互繪圖過(guò)程中的顯示變換、OpenGL坐標(biāo)變換機(jī)制、線段裁剪和多邊形裁剪;第5章是交互繪圖技術(shù),介紹Windows、MFC、OpenGL對(duì)交互繪圖的支持與實(shí)現(xiàn);第6章是真實(shí)感圖形的生成技術(shù),概述真實(shí)感圖形生成方法的發(fā)展,介紹消隱、光照、紋理映射、陰影生成、反走樣技術(shù),用OpenGL生成真實(shí)感圖形;第7章是曲線與曲面,分析曲線、曲面生成方法的發(fā)展,重點(diǎn)介紹當(dāng)前實(shí)用圖形系統(tǒng)中常用的曲線曲面生成方法,用OpenGL生成NURBS曲線和曲面;第8章是幾何建模,介紹當(dāng)前實(shí)用造型系統(tǒng)中常用的三維建模方法;第9章是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)的研究領(lǐng)域,介紹CAD/CAM、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)、逆向工程等新興學(xué)科的發(fā)展。
本書(shū)具有如下特點(diǎn):
(1) 精選內(nèi)容、突出主線
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在40年的發(fā)展過(guò)程中不斷地推陳出新,為適應(yīng)教學(xué)需求,增添成熟的新內(nèi)容,并介紹最新的發(fā)展方向,使學(xué)生能夠用有限的時(shí)間和精力系統(tǒng)準(zhǔn)確地了解計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)、基本原理、應(yīng)用和發(fā)展方向。
(2) 強(qiáng)調(diào)交互技術(shù)
交互繪圖是圖形應(yīng)用系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié),是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重要內(nèi)容。本書(shū)加強(qiáng)這一部分內(nèi)容不僅有助于學(xué)生進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn),而且為開(kāi)發(fā)專業(yè)圖形應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。
(3) 強(qiáng)調(diào)OpenGL,注重實(shí)驗(yàn)
圖形學(xué)的理論和算法比較艱深和難懂,但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻可以非常直觀和生動(dòng)。本書(shū)介紹了Windows操作系統(tǒng)下圖形程序開(kāi)發(fā)環(huán)境和OpenGL,提供一套在教學(xué)中多次使用的實(shí)驗(yàn)圖形平臺(tái),讓學(xué)生在這個(gè)平臺(tái)上完成計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的實(shí)驗(yàn)。同時(shí)通過(guò)OpenGL生成和顯示圖形,進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的概念、原理和算法的理解,起到事半功倍的效果。OpenGL是獨(dú)立于硬件設(shè)備、窗口系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的圖形標(biāo)準(zhǔn),以O(shè)penGL為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序可以在各種平臺(tái)間移植。學(xué)會(huì)使用OpenGL可以為今后開(kāi)發(fā)圖形應(yīng)用系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。
本書(shū)由楊欽制定詳細(xì)的編寫大綱和寫作要求。第1章由徐永安與翟紅英共同撰寫;第2章由翟紅英撰寫;第3章由朱大培撰寫;第4、8章由陶海燕撰寫;第5章由宮法明撰寫;第6章由李吉?jiǎng)傋珜;?章由徐永安撰寫;第9章由徐永安、蔡強(qiáng)撰寫。全書(shū)由楊欽、徐永安和翟紅英統(tǒng)稿,楊欽最后修改定稿。
本書(shū)在編寫過(guò)程中得到了北京航空航天大學(xué)馬殿富教授、陳其明教授、葛本修教授的指導(dǎo)和大力支持。北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究室的博士研究生程丹和碩士研究生金宇林等在本書(shū)的統(tǒng)稿和審校過(guò)程中也做了許多工作。在此表示衷心的感謝!
由于作者水平有限,書(shū)中難免有錯(cuò)誤及不當(dāng)之處,懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。作者
2005年1月
目錄CONTENT
S第1章緒論11.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷史1
1.1.1起源1
1.1.2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)硬件設(shè)備的發(fā)展2
1.1.3計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法研究的發(fā)展3
1.2計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容5
1.3計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域5
習(xí)題7
第2章計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)8
2.1計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)概述8
2.1.1計(jì)算機(jī)圖形外部設(shè)備8
2.1.2計(jì)算機(jī)圖形軟件10
2.1.3圖形標(biāo)準(zhǔn)14
2.2Windows操作系統(tǒng)下圖形程序開(kāi)發(fā)方法介紹16
2.2.1Windows應(yīng)用程序執(zhí)行模式16
2.2.2基本的Windows應(yīng)用程序17
2.2.3Windows圖形環(huán)境介紹18
2.2.4Windows圖形程序開(kāi)發(fā)方法20
2.3OpenGL介紹21
2.3.1OpenGL的背景情況21
2.3.2OpenGL的主要功能21
2.3.3OpenGL的繪制流程和原理22
2.3.4使用Visual C++開(kāi)發(fā)OpenGL繪圖程序的基本方法23
2.3.5OpenGL的緩沖區(qū)26
習(xí)題28
第3章基本光柵圖形生成技術(shù)29
3.1光柵圖形學(xué)概述29
3.2線的生成算法29
3.2.1直線的生成算法29
3.2.2圓弧的生成算法34
目錄〖〗〖〗〖〗計(jì)算機(jī)圖形學(xué)〖〗3.3區(qū)域的填充39
3.3.1掃描線算法39
3.3.2種子填充算法43
3.3.3區(qū)域圖案填充算法47
3.4文字的生成47
3.4.1點(diǎn)陣字符48
3.4.2矢量字符48
3.5用Visual C++生成基本圖形49
3.5.1圖形設(shè)備接口49
3.5.2Visual C++繪圖方法50
3.6用OpenGL生成基本圖形61
3.6.1用OpenGL生成點(diǎn)62
3.6.2用OpenGL生成直線62
3.6.3用OpenGL生成區(qū)域圖形64
3.6.4用OpenGL生成字符70
3.6.5OpenGL的顏色緩沖區(qū)73
習(xí)題75
第4章圖形變換76
4.1幾何變換76
4.1.1幾何變換的概念和作用76
4.1.2基本幾何變換76
4.1.3組合幾何變換與齊次坐標(biāo)79
4.2坐標(biāo)變換84
4.2.1坐標(biāo)變換的概念與作用84
4.2.2基本坐標(biāo)變換方法84
4.2.3齊次坐標(biāo)下的坐標(biāo)變換方法85
4.3幾何變換與坐標(biāo)變換的關(guān)系86
4.4顯示變換88
4.4.1如何將圖形顯示到窗口中88
4.4.2窗口到視區(qū)的變換88
4.4.3透視投影變換89
4.4.4平行投影變換91
4.4.5視坐標(biāo)系與視變換92
4.4.6窗口到三維空間的變換93
4.5裁剪95
4.5.1裁剪的概念與作用95
4.5.2線段的裁剪98
4.5.3多邊形裁剪102
4.6OpenGL坐標(biāo)變換機(jī)制105
4.6.1OpenGL中與變換有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)105
4.6.2OpenGL中的ModelView變換機(jī)制106
4.6.3OpenGL中的Model變換使用方法107
4.6.4OpenGL中的View變換使用方法107
4.6.5OpenGL的投影108
4.6.6OpenGL的深度緩沖區(qū)109
4.6.7OpenGL中的反變換110
習(xí)題111
第5章交互繪圖技術(shù)112
5.1窗口系統(tǒng)、事件驅(qū)動(dòng)模式112
5.1.1窗口112
5.1.2事件驅(qū)動(dòng)模式112
5.1.3Windows下基于消息的事件驅(qū)動(dòng)編程113
5.1.4MFC中的事件驅(qū)動(dòng)編程114
5.1.5狀態(tài)與事件結(jié)合程序控制模式115
5.2交互式的顯示控制技術(shù)120
5.2.1場(chǎng)景充滿窗口(FitWindow)的控制方法120
5.2.2旋轉(zhuǎn)操作的交互控制方法121
5.2.3平移操作的交互控制方法123
5.2.4縮放操作的交互控制方法124
5.3交互式的圖形生成技術(shù)125
5.3.1交互式繪圖概述125
5.3.2坐標(biāo)的輸入技術(shù)126
5.3.3橡皮筋技術(shù)126
5.4交互式的圖形編輯技術(shù)127
5.4.1交互式圖形編輯的基本方法128
5.4.2圖形元素拾取技術(shù)128
5.5OpenGL對(duì)圖形交互的支持131
5.5.1用OpenGL的反向坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)輸入131
5.5.2用OpenGL緩沖區(qū)技術(shù)實(shí)現(xiàn)橡皮筋功能133
5.5.3OpenGL中的選擇機(jī)制介紹137
習(xí)題139
第6章真實(shí)感圖形的生成技術(shù)141
6.1消隱技術(shù)142
6.1.1消隱技術(shù)的綜合介紹142
6.1.2多面體隱藏線消除143
6.1.3Z緩沖器消隱算法147
6.2光照技術(shù)148
6.2.1簡(jiǎn)單光照模型148
6.2.2光線跟蹤與輻射度方法介紹153
6.3物體表面細(xì)節(jié)的模擬157
6.3.1顏色紋理映射技術(shù)157
6.3.2幾何紋理映射技術(shù)161
6.3.3環(huán)境映射技術(shù)163
6.4陰影的生成163
6.4.1影域多邊形方法164
6.4.2Z緩沖方法165
6.5圖形反走樣技術(shù)166
6.6用OpenGL生成真實(shí)感圖形167
6.6.1OpenGL的光照環(huán)境設(shè)置方法170
6.6.2OpenGL的物體材料特性的設(shè)置172
6.6.3OpenGL的紋理映射方法173
習(xí)題177
第7章曲線與曲面178
7.1曲線曲面入門179
7.1.1曲線、曲面的表示形式179
7.1.2曲線曲面的光滑連接181
7.2三次樣條曲線曲面182
7.2.1三次樣條函數(shù)182
7.2.2三次樣條曲線187
7.2.3三次樣條曲面188
7.3Bézier曲線和曲面188
7.3.1Bézier曲線188
7.3.2Bézier曲面190
7.4B樣條曲線和曲面193
7.4.1均勻B樣條曲線193
7.4.2均勻B樣條曲面195
7.5非均勻有理B樣條曲線曲面197
7.5.1非均勻B樣條曲線曲面197
7.5.2有理B樣條曲線202
7.5.3非均勻有理B樣條曲線曲面203
7.6用OpenGL生成曲線和曲面204
7.6.1用OpenGL生成NURBS曲線204
7.6.2用OpenGL生成NURBS曲面205
7.6.3用OpenGL生成裁剪NURBS曲面208
習(xí)題210
第8章幾何建模211
8.1概述211
8.2體素構(gòu)造表示法212
8.2.1基本體素212
8.2.2正則集合運(yùn)算212
8.2.3物體的CSG樹(shù)表示214
8.3邊界表示法214
8.3.1物體的邊界表示法214
8.3.2非流形結(jié)構(gòu)的邊界表示法216
8.4其他表示方法218
8.4.1掃描法218
8.4.2立方體網(wǎng)格模型218
8.4.3八叉樹(shù)模型219
8.4.4四面體網(wǎng)格模型220
8.5幾何建模方法的應(yīng)用與發(fā)展221
習(xí)題221
第9章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)的研究領(lǐng)域222
9.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造222
9.1.1概述222
9.1.2CAD/CAM系統(tǒng)的組成與功能223
9.1.3CAD/CAM技術(shù)的研究熱點(diǎn)223
9.1.4應(yīng)用實(shí)例225
9.2計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)226
9.2.1概述226
9.2.2分類228
9.2.3雙緩存實(shí)現(xiàn)幀動(dòng)畫(huà)230
9.3可視化230
9.3.1可視化發(fā)展歷程230
9.3.2可視化的研究?jī)?nèi)容232
9.3.3可視化方法233
9.3.4可視化應(yīng)用234
9.4虛擬現(xiàn)實(shí)237
9.4.1概論237
9.4.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的原理與特征238
9.4.3虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成238
9.4.4仿真、多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)之間的關(guān)系241
9.4.5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用243
9.5逆向工程244
9.5.1概述244
9.5.2逆向工程的核心245
9.5.3逆向工程的應(yīng)用247
習(xí)題250
參考文獻(xiàn)251