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：计算机图形学（第2版）

　　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

　　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。

　　本书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，是本书的另一特色。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。
　　本书配套网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。