计算机图形学

章节摘录

插图：随着计算机技术的快速发展，涉及到图形方面的应用也越来越深入，诸如零件的构造与显示、卫星照片的处理及手写文字的识别等。经过多年的研究与发展，逐渐形成了多个与图形相关的分支，计算机图形学（computer GraI）hics）、图像处理（Image Processing）和模式识别（Pattem Recognition）就是其中的典型代表。简单地说，计算机图形学是指用计算机产生对象图形输出的技术。更确切地说，计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。它综合了应用数学、计算机科学等多方面的知识。图形是对象的一种外在表现形式，它是对象有关信息的具体体现。所谓对象，可以是各种具体的、实在的物体，如家俱、机械零件、房屋建筑等，也可以是抽象的、假想的事物，如天气形势、人口分布、经济增长趋势等。能够正确地表达出一个对象性质、结构和行为的描述信息，称为这个对象的模型。计算机图形学中产生图形的方法是建立对象的模型，即对该对象作出所需的正确的信息描述，然后利用计算机对这个模型进行各种必要的处理，从无到有地产生出能正确反映对象某种性质的图形输出。可以说，计算机产生图形的过程就是将数据（对象的模型表示）转化为图形的过程。图像处理是指用计算机来改善图像质量的数字技术。可见或不可见的图像经过量化后输入到计算机中（扫描仪扫描输入、数码相机拍照），由计算机按应用的需要对已有的图像进行增强、复原、分割、重建、编码、存储、传输等各种不同的处理，再把加工后的图像进行输出。在太空探索中分析宇宙飞船发回的各种照片，在生物医学工程中发展起来的计算机的x射线断层摄影技术（computer T0mography，CT）是计算机图像处理技术的典型例子。模式识别是指用计算机对输入图形进行识别的技术。图形信息输入计算机后，先进行特征抽取等预处理，然后用统计判定方法或语法分析方法对图形作出识别，最后按照使用的要求给出图形的分类或描述。各种中西文字符及工程图样的自动阅读装置，就是模式识别技术的应用实例。与计算机图形处理有关的上述三门学科是独立发展起来的。当前由于光栅扫描显示器的广泛使用及解决复杂实际问题的需要，它们已经相互渗透，也使人们对这三门学科的相互关系和共同技术产生了越来越大兴趣。

前言

21世纪是经济全球化、信息社会化、产业知识化、市场开放化高速发展的新时代。伴随着微电子和计算机科学技术日益渗透到经济生活、学习工作以及生产加工等社会生活的各个领域，人类正进入一个全新的知识经济时代。在实际工作环境中，计算机图形的应用范围非常广泛，相关知识的更新、发展亦非常快，及时学习和掌握新的研究成果以及提高实际应用能力，将为以后工作与研究奠定基础。2004年我们编撰出版了《计算机图形学》一书，经过近几年的教学实践，并同时参考国内外一些专著，我们对原书又进行了必要的改动和补充，形成了目前的新版本。本书参考和总结计算机图形学近年来的新成果，力图全面、准确地介绍计算机图形学的原理、算法及实现。本书首先概括计算机图形学学科的研究内容，然后介绍基本图形的生成算法，采取循序渐进的内容安排，由简单到复杂，由二维到三维，最后再介绍真实感图形显示的有关内容。计算机图形学是一门正在发展、形成中的新兴学科，还有许多方法正在研究探索中，本学科的研究可以说是大有可为、前景广阔。由于编者的水平和能力所限，书中可能存在错误和不足，衷心希望读者给予批评与指正。徐长青、许志闻、郭晓新、杨瀛涛、冯月萍参加了本书的编撰。

书籍目录

第一章 计算机图形学简介1第一节 计算机图形学1第二节 计算机图形学的起源2第三节 计算机图形学的应用及发展动向3第四节 图形系统的硬件4第五节 计算机图形标准6第二章 图形基元的显示8第一节 直线扫描转换算法8一、DDA直线扫描转换算法8二、中点画线法10三、Bresenham画线算法12第二节 圆的扫描转换算法14一、中点画圆法15二、Bresenham画圆算法18第三节 椭圆扫描转换算法21第四节 线宽与线型的处理25一、线型的处理25二、直线线宽的处理26三、其他线宽处理方式28四、曲线的线型和线宽28第五节 区域填充29一、种子填充算法29二、多边形的扫描转换算法36三、边填充算法40四、图案填充42第三章 图形变换45第一节 变换的数学基础46一、向量及向量运算46二、矩阵及矩阵运算46三、齐次坐标49第二节 二维图形变换49第三节 二维视见变换54第四节 三维图形变换56一、平移变换56二、比例变换57三、旋转变换58第五节 投影61一、平行投影62二、透视投影64三、透视投影转化为平行投影69第六节 裁剪70一、直线段裁剪算法70二、其他图形的裁剪75三、三维图形的裁剪78第四章 曲线和曲面85第一节 曲线和曲面表示的基础知识85一、曲线和曲面参数表示85二、基本概念86第二节 Hermite多项式88一、Lagrange插值89二、三次Hermite插值90三、规范化三次Hermite插值91四、分段3次Hermite插值92第三节 Coons曲面95一、给定边界曲线的曲面片96二、给定边界曲线和跨界切向量的曲面片97三、给定四角点及其切向量和扭曲向量的曲面片99第四节 Bzier曲线101一、Bzier曲线的定义102二、Bzier曲线的性质104三、Bzier曲线的拼接105四、Bzier曲线的绘制105五、Bzier曲线的升阶113六、有理Bzier曲线114第五节 Bzier曲面114一、Bzier曲面的定义114二、Bzier曲面的性质115三、Bzier曲面示例116四、Bzier曲面的拼接118五、Bzier曲面与Coons曲面的转换120第六节 B样条曲线122一、B样条曲线的定义122二、B样条曲线的性质125三、均匀B样条曲线126四、准均匀B样条曲线132五、B样条曲线的绘制135六、非均匀有理B样条曲线140第七节 B样条曲面143第五章 图形运算148第一节 线段的交点计算148一、两条线段求交148二、多条线段求交149第二节 多边形表面的交线计算152第三节 平面中的凸壳算法155第四节 包含与重叠157一、简单多边形的包含算法157二、凸多边形的包含算法159三、凸多边形重叠计算160第五节 简单多边形的三角部分163第六章 形体的表示及其数据结构170第一节 二维形体的表示170一、二维图形的边界表示170二、平面图形的四叉树表示方法173第二节 三维几何模型176一、几何元素176二、线框、表面及实体表示177三、三维实体表示方法179四、八叉树181第三节 分形185一、分形的概念185二、分形一般算法188三、VonKoch算法189四、Julia和Mandelbrot集191第七章 消除隐藏线和隐藏面的算法197第一节 线面比较法消除隐藏线197第二节 曲面隐藏线消除的浮动水平线算法201第三节 深度排序算法203第四节 画家算法205第五节 z-缓冲算法208第六节 扫描线算法209第七节 区域分割算法212第八节 BSP树算法215第九节 八叉树算法216第十节 光线投射算法217第八章 真实感图形的绘制219第一节 漫反射及具体光源的照明220第二节 多边形网的明暗处理223第三节 阴影226第四节 纹理227第五节 整体光照明模型228第六节 光线跟踪230第七节 加速光线跟踪算法232第八节 辐射度方法234第九节 色彩模型237参考文献242

编辑推荐

《计算机图形学(第2版)》是普通高等教育“十一五”计算机类规划教材

作者简介

《计算机图形学(第2版)》系统地介绍了计算机图形学的有关原理、算法及实现，其主要内容包括：计算机图形硬件、基本图形的生成、图形几何变换、曲线和曲面造型、几何造型、基本的图形运算、典型的隐藏线与隐藏面的消除算法、生成真实感图形的相关技术。《计算机图形学(第2版)》可作为大专院校本科生、研究生学习计算机图形学的教材，也可作为从事CAD和计算机图形学技术研究的广大科技人员的参考书。

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