電腦圖形學——理論與實踐項目化教程

孔令德,

山西太原工業學院計算機繫系主任, 二級教授,
 山西省傑出教學人才, 長期從事計算機科學與技術的教學與研究工作, 
出版教材和專著多部, 發表論文多篇.

第1章概述1
1．1計算機圖形學的概念1
1．2計算機圖形學的應用領域1
1．2．1計算機輔助設計2
1．2．2計算機藝術2
1．2．3虛擬現實技術2
1．2．4計算機遊戲3
1．2．5計算機輔助教學3
1．3計算機圖形學的誕生3
1．4真實感圖形算法的進展4
1．5 MFC繪圖函數【理論1】 4
1．5 ．1新建Test項目4
1．5．2自定義坐標系6
1．5．3繪圖工具7
1．5．4基本繪圖函數8
1．6實驗1：鼠標繪製直線9
1．7雙緩衝繪圖算法【理論2】 11
1．8實驗2：小球與客戶區邊界碰撞動畫12
1．9本章小結17
習題1 18

第2章直線的光柵化19
2．1確定主位移方向19
2．2 DDA算法20
2．3 Bresenham算法21
2．3．1 Bresenham算法原理21
2．3．2整數Bresenham算法原理22
2．3．3通用整數Bresenham算法原理【理論3】 22
2．3．4顏色線性插值23
2．4實驗3：使用Bresenham直線算法繪製顏色漸變三角形23
2．5中點算法28
2．5．1中點算法原理28
2．5．2構造中點誤差項29
2．5．3遞推公式29
2．5．4中點算法整數化30
2．6反走樣技術【理論4】 31
2．6．1走樣現象31
2．6．2算法原理31
2．6．3構造距離誤差項32
2．6．4反走樣算法32
2．7實驗4：反走樣秒錶33
2．8本章小結35
習題2 36

第3章幾何變換37
3．1齊次坐標37
3．2二維幾何變換【理論5】 38
3．2．1二維幾何變換矩陣38
3．2．2二維變換形式38
3．2．3基本幾何變換矩陣38
3．2．4二維複合變換43
3．3實驗5：繪製防護欄圖案43
3．4三維變換50
3．4．1三維變換矩陣50
3．4．2三維變換形式50
3．5三維基本變換矩陣【理論6】 51
3．5．1基本幾何變換矩陣51
3．5．2三維複合變換55
3．6實驗6：旋轉立方體56
3．7本章小結65
習題3 65

第4章自由曲面建模67
4．1貝塞爾曲線【理論7】 67
4．1．1貝塞爾曲線的定義67
4．1．2三次貝塞爾曲線繪製圓弧70
4．1．3貝塞爾曲線的拼接71
4．2實驗7：使用三次貝塞爾曲線繪製圓71
4．3貝塞爾曲面【理論8】 75
4．3．1雙三次貝塞爾曲面的定義76
4．3．2雙三次貝塞爾曲面遞歸細分77
4．3．3雙三次貝塞爾曲面的法向量78
4．4實驗8：迴轉法構造球面78
4 ．5本章小結90
習題4 91

第5章投影與消隱95
5．1正交投影95
5．2斜投影【理論9】 96
5．3實驗9：繪製斜投影雙三次貝塞爾曲面97
5 ．4透視投影【理論10】 100
5．4．1透視投影坐標系100
5．4．2世界坐標係到觀察坐標系的變換101
5．4．3觀察坐標係到屏幕坐標系的變換101
5 ．4．4透視投影變換102
5．4．5透視投影分類103
5．5實驗10：製作球體的透視投影動畫103
5．6背面剔除算法【理論11】106
5．7實驗11：製作球體的消隱動畫107
5．8本章小結111
習題5 111

第6章錶面模型114
6．1三角形的表示法114
6．2三角形的著色模式115
6．3馬赫帶115
6．4邊界像素處理規則116
6．5邊標誌算法【理論12】 116
6．5．1基本思想116
6．5．2光滑著色模式填充三角形117
6．5．3打邊標誌117
6．6實驗12：繪製RGB立方體118
6．7面消隱算法124
6．7．1三維屏幕坐標系124
6．7．2計算偽深度125
6．8 ZBuffer算法【理論13】 125
6．9實驗13：光滑著色交叉條動態消隱126
6．10畫家算法【理論14】 133
6．11實驗14：使用畫家算法繪製CMY立方體　134
6．12本章小結138
習題6 138

第7章光照模型140
7．1顏色模型140
7．1．1 RGB顏色模型140
7．1．2 HSV顏色模型141
7．1．3 CMY顏色模型142
7．2簡單光照模型【理論15】 143
7．2．1材質屬性144
7．2．2發射光模型144
7．2．3環境光模型145
7．2．4漫反射光模型145
7．2．5鏡面反射光模型146
7．2． 6光源衰減147
7．2．7增加顏色148
7．3實驗15：球體GouraudShader三維動畫149
7．4光滑著色【理論16】 155
7．4．1 GouraudShader 155
7．4．2 PhongShader 156
7．5實驗16：圓環PhongShader三維動畫157
7．6本章小結164
習題7 164

第8章紋理映射169
8．1紋理的定義170
8．2紋理的分類170
8．3圖像紋理【理論17】 171
8． 3．1讀入紋理171
8．3．2處理高光171
8．4實驗17：球體圖像紋理映射172
8．5幾何紋理【理論18】 179
8．5．1最簡單的凹凸圖179
8．5 ．2映射原理179
8．6實驗18：球體正弦函數擾動的凹凸紋理181
8．7紋理反走樣182
8．8本章小結183
習題8 183

第9章高級紋理技術188
9．1兩步紋理映射【理論19】 188
9．2實驗19：球面兩步紋理映射算法190
9．2環境映射192
9．2．1球面映射方法【理論20】 192
9．2．2立方體映射方法【理論21】 193
9．3實驗20：球面環境映射算法（球映射方法） 195
9．4實驗21：圓環環境映射算法（立方體映射方法） 196
9．5投影紋理映射【理論22】 200
9．6實驗22：圓環投影紋理映射201
9．7三維紋理映射【理論23】 203
9．8實驗23：木紋球體206
9．9 Mipmap紋理反走樣技術208
9．10本章小結210
習題9 210
附錄A課程設計213
A．1項目描述213
A．2項目設計214
A．3項目編碼217
A．4項目總結222
A．5項目拓展222
參考文獻227