基本信息·出版社：机械工业出版社 ·页码：343 页 ·出版日期：2009年02月 ·ISBN：7111182340/9787111182344 ·条形码：9787111182344 ·版本：第2版 · ...
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基本信息·出版社：机械工业出版社
·页码：343 页
·出版日期：2009年02月
·ISBN：7111182340/9787111182344
·条形码：9787111182344
·版本：第2版
·装帧：平装
·开本：16
·正文语种：中文
·丛书名：普通高等教育“十一五”国家级规划教材，教育部2007年度普通高等教育精品教材
·图书品牌：华章图书
内容简介 《计算机图形学(第2版)》采用一种全新的计算机图形学架构，将内容分为“基础”、“几何”、“绘制”和“交互”4篇，叙述了计算机图形学的目的、内容、任务、理论与实践。
通过揭示“图形=图元+属性”与“计算机图形学=几何+绘制”的本质属性，给计算机图形学以准确的定位、合理的定义，明确计算机图形学“几何”与“绘制”两大任务，使教者易、学者清。
举重若轻、化繁为简，复杂问题简单化，是《计算机图形学(第2版)》的另一特色。全书以全新的架构、明晰的分析、浅显的解释、精细的图示尽可能正确、通俗地阐述计算机图形学的理论体系、几何模型、基本算法与数据结构等根本要素，并努力保证它们准确、简单、直观、清晰。
《计算机图形学(第2版)》配套网http://cg.sjtu.edu.cn提供了电子教案、实验基础、算法案例、学生作品、相关课题、算法库及课程设计等内容，读者可以免费下载。
作者简介 何援军，1968年毕业于浙江大学数学系。现为上海交通大学计算机系教授、博士生导师。
1992年7月被中国船舶工业总公司授予”有突出贡献中青年专家称号”，同年10月起享受政府特殊津贴。事迹曾被《上海科技报》和《中国船舶报》报道，《计算机辅助设计与制造》杂志也曾在人物篇刊载过专访。
1973年主持我国第一台引进的大型数控绘图机软件的接收工作，此后，一直从事计算机图形处理、CAD等的理论研究和软件开发工作。
正在主持和曾经主持过的项目有国家自然科学基金、863等项目和上海市、中国船舶工业总公司的重点和重大课题等26项。分别获得过全国科学大会奖(1项)，国防工办2等奖(1项)，中船总公司科技进步2等奖(1项)、3等奖(3项)和上海市科技进步2等奖(4项)、3等奖(1项)等多项国家和省市级科技进步奖。国家“八五课题“船舶CAD支撑软件”曾荣获国家计委、国家科委和国家财政部联合颁发的“国家，八五，科技攻关重大科技成果”。
主持研发的CAD软件曾在由国家科委主持的全国自主版权软件评测中获得同类软件第一名，登记计算机软件著作权1项。
正式出版的学术专著有《计算机图形学算法与实践》(1990年，湖南科技出版社)和《CAD图形开发工具》(1997年，上海科技出版社)等，教材《计算机图形学》(2006年，机械工业出版社，入选“教育部普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”，并被评为“教育部2007年度普通高等教育精品教材”)。发表论文120余篇。
“九五”期间曾任上海市CAD应用工程专家组成员。现任中国工程图学学会副理事长、计算机图形学专业委员会主任委员、上海市工程图学学会理事长和上海市科协委员。
主要研究方向为CAD，计算机图形学，计算机信息集成技术，几何计算的理论、算法和软件等。
目录 作者简介
第2版前言
第1章 绪论
1.1 计算机图形学的定位和定义
1.1.1 图形和计算机图形学的定位与定义
1.1.2 计算机图形学的总体架构
1.1.3 几何与几何计算
1.2 计算机图形学与其他学科的关系
1.3 计算机图形学的发展简史
1.3.1 硬件平台
1.3.2 基础理论
1.3.3 实际应用
1.3.4 SIGGRAPH
1.4 计算机图形学的应用领域
1.4.1 计算机辅助设计与制造
1.4.2 科学计算可视化
1.4.3 虚拟现实
1.4.4 计算机艺术
1.4.5 计算机动画
1.4.6 图形用户接口
1.5 计算机图形学的相关开发技术
1.5.1 OpenGL
1.5.2 ACIS
1.5.3 DirectX
1.5.4 Java3D
1.5.5 VRML
1.6 本章要点
1.7 本章作业
第一篇 基础
第2章 基本几何
2.1 向量
2.1.1 向量及其性质
2.1.2 向量点积
2.1.3 向量叉积
2.2 基本几何的描述
2.2.1 点的描述
2.2.2 直线的描述
2.2.3 圆的描述
2.2.4 圆弧的描述
2.2.5 基本几何的统一描述
2.2.6 圆弧曲线
2.3 基本几何的方向
2.4 图形边界的方向
2.5 辅助几何
2.6 向量交点特征
2.6.1 交点特征的定义
2.6.2 交点特征的几何意义
2.6.3 交点特征的求取
2.6.4 重交点的取舍规则
2.6.5 重边交点的选择
2.6.6 交点特征扩展到圆弧
2.7 基本几何的建立
2.7.1 直线的建立
2.7.2 圆和圆弧的建立
2.8 三维基本几何
2.8.1 空间直线
2.8.2 标准平面方程的建立
2.8.3 通过N个顶点求取平面方程
2.8.4 三维交点特征
2.9 本章要点
2.10 本章作业
第3章 几何变换
3.1 几何变换的基本描述
3.1.1 齐次坐标
3.1.2 齐次变换矩阵
3.1.3 二维变换
3.1.4 三维变换
3.2 变换的几何化表示
3.2.1 变换几何化表示的基本理论
3.2.2 变换几何化表示的实施
3.2.3 变换几何化表示的应用
3.2.4 三维变换的几何化表示
3.2.5 变换的几何化表示与基本几何
3.3 投影与投影变换
3.3.1 平行投影
3.3.2 投影图示机理
3.3.3 投影变换、深度坐标和三维观测流水线
3.4 轴测变换
3.5 罗盘变换
3.5.1 罗盘变换的基本原理
3.5.2 罗盘变换公式
3.5.3 屏幕轴三角架的实时产生
3.6 透视变换
3.6.1 透视变换的基本原理
3.6.2 透视变换矩阵
3.6.3 透视投影转化为平行投影
3.6.4 灭点及其产生原理
3.6.5 行透视(一灭点)
3.6.6 成角透视(二灭点)
3.6.7 三灭点透视
3.7 视图变换
3.7.1 视图变换的基本原理
3.7.2 视图变换的实施
3.8 本章要点
3.9 本章作业
第二篇 几何
第4章 几何计算
4.1 判断计算
4.1.1 拐向判断
4.1.2 凸包算法
4.1.3 包容性测试
4.1.4 最小最大判定法
4.1.5 线与面的关系
4.1.6 线与线的关系(深度测试)
4.2 距离与面积
4.2.1 点到平面上一直线的距离
4.2.2 点到一空间直线的垂足
4.2.3 点到一条空间直线的距离
4.2.4 点到平面的距离
4.2.5 空间两直线的距离
4.2.6 直线与平面的距离
4.2.7 空间两平面的距离
4.2.8 面多角形面积
4.3 相交计算
4.3.1 直线与平面的相交
4.3.2 平面与平面的相交
4.3.3 曲线与曲线的相交
4.3.4 图形填充
4.4 本章要点
4.5 本章作业
第5章 二维造型
5.1 二维布尔运算
5.1.1 环
5.1.2 二维几何构型中的图形描述
5.1.3 两个环的交、并、差几何运算
5.1.4 两个环运算时的特殊情况处理
5.1.5 两个环运算的数据结构
5.1.6 两个环运算的算法
5.1.7 扩展到圆弧
5.1.8 含有多个内环图形的运算
5.1.9 算法复杂度分析
5.2 变形造型
5.3 本章要点
5.4 本章作业
第6章 三维造型
6.1 物体描述
6.1.1 构造表示
6.1.2 边界表示
6.1.3 分解表示
6.2 垂直扫掠造型
6.2.1 垂直扫掠算法的输人参数
6.2.2 垂直扫掠算法的顶点编号与坐标值定值
6.2.3 垂直扫掠算法的构造过程
6.2.4 垂直扫掠算法的扩展
6.2.5 垂直扫掠物体产生程序
6.2.6 进一步扩展
6.3 旋转扫掠造型
6.3.1 旋转体的输人参数
6.3.2 旋转体的顶点编号与坐标定值
6.3.3 旋转体的构造过程
6.3.4 旋转体算法的扩展
6.3.5 旋转体的物体产生程序
6.3.6 旋转体产生示例
6.4 场景构造
6.4.1 物体构件
6.4.2 场景装配
6.5 三维布尔运算
6.5.1 布尔运算的基本原理
6.5.2 布尔运算的几何奇异问题
6.6 本章要点
6.7 本章作业
第7章 曲线与曲面
7.1 Bezier曲线
7.1.1 Bezier曲线构造的基本原理与函数
7.1.2 Bezier曲线的性质
7.1.3 Bezier曲线生成算法
7.1.4 Bezier曲线的拼接
7.2 Bezier曲面
7.2.1 Bezier曲面表示
7.2.2 Bezier曲面的性质
7.3 B样条曲线
7.3.1 B样条曲线的基本方程
7.3.2 B样条曲线的性质
7.3.3 常用B样条曲线的数学表达式
7.3.4 deBoor算法与B样条曲线的离散生成
7.4 B样条曲面
7.4.1 均匀二次B样条曲面
7.4.2 均匀三次B样条曲面
7.5 NURBS曲线和曲面
7.5.1 NURBS的提出
7.5.2 NURBS曲线
7.5.3 NURBS曲面
7.6 曲面的三角化表示
7.7 本章要点
7.8 本章作业
第8章 曲线拟合
8.1 小挠度样条函数的建立
8.1.1 小挠度样条函数基本方程的导出
8.1.2 小挠度样条函数的边界条件
8.2 大挠度样条函数的建立
8.2.1 大挠度分段三次样条函数
8.2.2 弧长作参数的大挠度三次样条函数
8.3 双圆弧逼近
8.3.1 平均切线法
8.3.2 双圆弧公切点的轨迹
8.3.3 公切点的确定
8.3.4 双圆弧的求法
8.3.5 样条曲线的直线逼近
8.3.6 一般函数曲线的双圆弧逼近
8.4 圆的直线逼近
8.5 本章要点
8.6 本章作业
第三篇 绘制
第9章 光栅计算
9.1 直线光栅化显示算法
9.1.1 直线光栅化显示的数字微分分析法
9.1.2 直线光栅化显示的Bresenham算法
9.2 圆光栅化算法
9.2.1 利用圆的八方对称性画圆
9.2.2 简单的方程画圆方法
9.2.3 Bresenham画圆算法
9.2.4 中点圓算法
9.3 椭圆光栅化算法
9.4 多边形填充
9.4.1 扫描线填充算法
9.4.2 边填充算法
9.4.3 种子填充算法
9.5 字符和汉字显示
9.5.1 点阵字符
9.5.2 矢量字符
9.6 反走样
9.6.1 图形走样
9.6.2 超采样
9.6.3 区域采样方法
9.7 本章要点
9.8 本章作业
第10章 裁剪计算
10.1 线裁剪算法
10.1.1 Cohen-Sutherland算法
10.1.2 Cyrus-Beck参数化的线裁剪算法
10.1.3 Liang-Barsky算法
10.1.4 一般多边形的裁剪算法
10.2 多边形裁剪
10.2.1 Sutherland-Hodgon多边形裁剪算法
10.2.2 图形求交集多边形裁剪法
10.3 本章要点
10.4 本章作业
第11章 消隐计算
11.1 凸多面体的隐藏线消除
11.1.1 凸多面体消隐算法的基本原理
11.1.2 凸多面体对其他物体的遮挡计算
11.1.3 凸多面体的自消隐
11.2 一般多面体的隐藏线消除
11.2.1 一般多面体的描述
11.2.2 面的构造
11.2.3 棱分类——一般多面体的自消隐
11.2.4 隐藏线的表示
11.2.5 一维交集算法
11.2.6 面消隐计算
11.2.7 消隐算法的数据结构
11.2.8 一般多面体消隐算法的实施
11.3 一般多面体的隐藏面消除
11.3.1 隐藏面消除的基本原理
11.3.2 隐藏面消除的实施
11.4 本章要点
11.5 本章作业
第12章 颜色模型
12.1. 光和颜色
12.1.1 人对世界的视觉感知
12.1.2 物体表面的性质
12.1.3 光源的种类
12.1.4 颜色论
12.1.5 色彩应用
12.1.6 三色学说
12.1.7 CIE色度图
12.2 颜色模型
12.2.1 原色系统
12.2.2 RGB颜色模型
12.2.3 CMY颜色模型
12.2.4 HSV颜色模型
12.3 本章要点
12.4 本章作业
第13章 光照模型
13.1 光照模型
13.1.1 环境光
13.1.2 漫反射和Lambert模型
13.1.3 镜面反射和Phong模型
13.1.4 透明模型
13.1.5 简单局部光照模型
13.2 插值算法
13.2.1 恒定明暗处理
13.2.2 Gouraud明暗处理——光强插值算法
13.2.3 Phong明暗处理——法向插值算法
13.3 光线跟踪
13.3.1 Whitted整体光照模型
13.3.2 光线跟踪基本原理
13.3.3 光线跟踪算法
13.3.4 光线跟踪算法中的关键技术
13.3.5 光线跟踪的反走样
13.4 阴影
13.4.1 自身阴影
13.4.2 投射阴影
13.4.3 阴影算法
13.5 纹理
13.5.1 纹理的定义
13.5.2 颜色纹理
13.5.3 几何纹理
13.6 本章要点
13.7 本章作业
第四篇 交互
第14章 交互技术
14.1 设计原则
14.2 界面和菜单设计
14.2.1 建立一个新应用
14.2.2 定义主菜单
14.2.3 定义一个执行菜单
14.2.4 添加源代码
14.2.5 C语言(*.c)程序文件的加入
14.2.6 加标题
14.3 交互系统的基本技术
14.3.1 定位技术
14.3.2 橡皮筋技术
14.3.3 拖拽技术
14.3.4 选择技术
14.4 数据结构设计
14.4.1 图形的数据结构设计
14.4.2 层的数据结构设计
14.4.3 基本图元的数据结构设计
14.4.4 辅助图元的数据结构设计
14.4.5 其他数据结构设计
14.5 UNDO和REDO技术
14.6 本章要点
14.7 本章作业
附录 教学网站
参考文献
教学建议
……
序言 本书第1版于2006年1月由机械工业出版社出版。出版以后，收到了不少读者来信，包括教师。学生和设计人员等，除了对作者的鼓励以外，也对本书提出了许多有益的建议。2006年7月，机械工业出版社华章分社与中国计算机学会联合举办了2006年暑期教师培训班，与参会教师就计算机图形学的定义与定位。课堂教学与课程设计。计算机图形学研究方向以及算法和软件开发等议题进行了讨论，执教计算机图形学的老师提出了许多建议。同时，作者采用本书在上海交通大学本科生的“计算机图形学”。“计算机图形学课程设计”与“计算机辅助设计基础”等课程中进行了教学实践，广泛征求了学生的意见。据此，作者着手对第1版教材进行修订，新版本期望达到以下目标：在宏观上，绘制一个清楚的计算机图形学框架与认知体系，在微观上，精致编织。准确表述具体而细小的知识点。
修订工作基于对图形/图像本质的分析，对计算机图形学定位。定义。内容和架构（architecture）进行研究。这项研究试图从认知方式关注计算机图形学的学科地位，从对图形/图像产生机理的梳理入手，认识计算机图形学的本质特征，明确计算机图形学的根本任务，从表现的视角理解图形/图像只是基本图元不同组合的显示方式，从构造的角度阐述“模型”的“几何品质”，认识几何计算在计算机图形学中的地位和作用的根本性，从几何奇异是造成几何造型系统不稳定性的本源入手，把握几何计算的关键，从“计算机图形学和造型依赖于点和向量的数学运算”的观点出发，以向量几何与“方向性”概念为基础，构筑几何计算的基本理论，研究它们的思想方法。几何结构以及几何算法与复杂性分析。最后，形成了以下论点：
图形（图像）本质上是具有线形。宽度。颜色等属性信息的图形元素（图元）的组合。因此，抽象图形的本质可以概括为：图形=图元+属性。
模型的根本是几何。在计算机图形学中拟采用“几何”（geometry）一词替代“模型”（model）。几何可以理解为几何模型。几何创建。几何运算等，有更宽泛的含义，而模型还可用作其他表述，如光照模型。纹理模型等，非几何类。
计算机图形学主要研究两个问题：一是如何在计算机中构造一个客观世界——几何（模型）的描述。创建和处理，以“几何”一词统一表述之，二是如何将计算机中的虚拟世界用最形象的方式静态或动态地展现出来——几何的视觉再现，以“绘制”一词统一表述之。因此可以说：
计算机图形学=几何+绘制。
几何是表示，是输入，绘制是展现，是输出。从宏观上讲，几何构造模型，绘制展示模型，从微观上讲，几何决定点，绘制显示点。两者的基础是几何计算。
几何计算是计算机图形学的基础，几何计算的关键是解决几何奇异问题，可对几何引入方向性概念解决几何奇异问题，构建几何计算的理论体系。
文摘 插图：
1.数学基础（Math.Fuandamantal）
数学知识包括向量、矩阵、齐次坐标和几何变换等，是计算机图形学中几何与绘制的工具，真实感图形生成过程中有大量的法向计算，还有直线与平面及各种曲面的计算，曲线曲面的构造与光顺更需要较丰富的数学知识等.
几何变换（geometric transformation）是计算机图形学中数学知识应用的典型代表，几何建模时的二维与三维几何变换，绘制时的三维到二维的投影变换和二维空间的窗口和视图变换等。
2.几何（Geometry）
几何——三维及二维空间的各种几何模型与几何造型方法。
几何模型可以是解析式表达的简单形体，或是隐函数表达的复杂曲线、曲面，也可以是面片表达的任意几何体等，不局限于用计算机图形学方法构造。
二维几何造型还有交互式、参数式等；三维几何造型手段以几何运算（布尔算法）为典型代表。分形造型、点造型等已用于真实感与非真实感图形的产生中。
几何的最小表示是点，而最特殊的是屏幕点.
当然，几何建模的主要丁作是几何计算。
3.绘制（Rendering／lmage Synthesis）
绘制——几何的视觉实现过程，是计算机图形学的主要工作。
对图形类而言，二维的绘制工作以光栅化算法和裁剪算法为代表，三维的绘制工作以线消隐（hidden line）算法为代表。
对图像类而言，在计算机图形学中以三维几何的画面（picture）产生为主，主要内容是：面消隐（shading）、光照模型（反射、透明、光线跟踪和辐射度等）、阴影模型和纹理模型，以及光源模型和颜色模型等。
实际上，绘制的主要工作也是几何计算。
4.交互技术（Interaction）
Cooper将程序开发划分为“交互设计”和“编码设计”两大部分，交互设计师的工作重点并不是程序的编码实现，而是注重用户如何更好地与系统交互工作。
相比于文字化的信息，图形或动画更为形象直观，也更容易为用户接受。一个友好的图形化用户界面能够大大提高软件的易用性。很多软件几乎可以不看任何说明书，而根据它的图形或动画界面的指示进行操作。
交互式图形学为我们提供了图形通信手段，并成为人机交互的主要工具。图形用户界面的使用使得用户界面的“感观”得到巨大改善，使新人迅速上手。没有图形界面的计算机应用系统已经越来越罕见了。
交互技术通常是以WIMP（Windows，Icon，Menu，pointers或windows，Icon，Mouse，Pull-down menu）为特征的图形用户
……
