計算機圖形學基礎（OpenGL版） ( 簡體 字) |
| 作者：徐文鵬、王玉琨、劉永和、向中林、強曉煥 | 類別：1. -> 多媒體 -> OpenGL |
| 譯者： |
| 出版社：清華大學出版社 |  3dWoo書號： 38681
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NT售價： 200 元 |
| 出版日：5/16/2014 |
| 頁數：354 |
| 光碟數：0 |
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| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787302351092 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
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| 作者序： |
| 譯者序： |
前言： 計算機圖形學是研究如何利用計算機生成、處理和顯示圖形的原理、方法和技術的一門學科。它以圖形用戶界面和可視化技術為典型應用，是信息技術中不可缺少的部分和發展基石，在計算機輔助設計制造、仿真模擬、娛樂動畫等各個領域有廣泛的應用。因此，國內外大學都紛紛將其列為計算機應用類課程中的一門重要專業基礎課程。它在幫助學生直觀、形象地理解計算機所處理的信息數據方面起著非常重要的作用。
與圖形學技術日新月異的變化相比，圖形學課程教學的發展卻稍微顯得有些滯后。當前，在計算機圖形學教學中主要存在三種典型的教學體系，可總結為：面向理論、面向編程和問題解決。下面分別簡單加以介紹。
1．面向理論
面向理論教學體系教學目標上側重于培養學生對計算機圖形學理論知識的了解與掌握，教學內容上強調圖形學知識與概念的系統性與整體性，重點放在概念的解釋與原理的講解，理論內容過多過重，包含大量的公式推導。這種體系下典型的教材代表是David F.Rogers的《計算機圖形學算法基礎》，Foley的《計算機圖形學原理及實踐--C語言描述（原書第2版）》，唐榮錫的《計算機圖形學教程》，唐澤圣的《計算機圖形學基礎》，陳傳波的《計算機圖形學基礎》，彭群生的《計算機圖形學應用基礎》，魏海濤的《計算機圖形學》，孫家廣、胡事民的《計算機圖形學基礎教程》，孫正興的《計算機圖形學教程》和何援軍的《計算機圖形學》等。這是傳統的教學體系，一直在國內外許多學校教學中延續使用。
2．面向編程
面向編程教學體系的核心理念是學以致用，在教學目標上既側重于培養學生對計算機圖形學理論知識的系統了解，同時更加強調培養學生了解并初步掌握一種典型的圖形學API，能正確使用圖形學知識的能力。在教學內容上，主要從圖形學的使用者角度來選取與介紹計算機圖形學的必備理論與概念，摒棄不必要的數學知識與公式推導，不追求"羅列式的全面"，而追求"使用型的精煉"，同時書中配有典型圖形學API的相應知識與使用介紹。這種體系下典型的教材代表是Donald Hearn的Computer Graphics with OpenGL、Edward Angel的Interactive Computer Graphics: A Top-Down Approach Using OpenGL (Fourth Edition)、Hong Zhang的《計算機圖形學：應用Java 2D和3D》、Francis S. Hill的《計算機圖形學》等，其中介紹的圖形學API主要有三種：OpenGL、DirectX及Java。目前，這是一種主流的教學體系，正在逐漸被國內外大多數院校采用。
3．問題解決
問題解決教學體系認為計算機圖形學在深入理解復雜問題并與他人交流方面起著關鍵作用，在問題求解方面扮演了非常重要的角色。因此，在教學目標上它側重于培養學生如何利用計算機圖形學知識建立與用戶的有效交流，來完成問題圖形化建模與解決的任務。在教學內容上它既包含計算機圖形學的傳統知識，如投影變換、建模、繪制、光照及著色處理等，介紹計算機圖形學中一系列的基本概念和技術，并說明OpenGL API如何提供實現這些概念和技術的圖形學工具；同時還著重介紹如何采用計算機圖形學來解決實際問題，以及如何更有效地將結果展示給觀察者的方法。其目的是使學生理解圖形學概念，并學會使用圖形API來實現圖形學操作并為觀察者創造有效的圖像來解決不同領域的問題。這是較新的一種教學體系，在美國正在逐漸興起，其典型的教材代表是Steve Cunningham的《計算機圖形學》，國內已有其對應的中譯本出版。
結合目前教學形勢與學生情況，我們認為面向編程的教學方法仍是一種合適的選擇。同時，圖形學本科教學平臺隨著OpenGL的跨平臺優勢顯現也逐漸轉向OpenGL，但教材市場中面向OpenGL平臺教學的優秀教材大多為引進教材，如Angel或Francis S. Hill的教材，其特點為內容多、體量重、技術新。從本科教學需要來看，其實需要的是一本能體現短小、精煉、經典的教學體系的教材。本教材即定位于此，旨在服務于32∼48學時的本科圖形學教學。它具有以下特點：以經典圖形學知識為主，同時注重結合OpenGL圖形應用編程來詳細介紹相關技術實例；以OpenGL為教學平臺與實驗平臺，提供實驗指導書與模擬試題，以更好地滿足教學需要；內容精煉，服務本科教學需要，不過多涉及最新技術。
在閱讀本書之前，讀者應該了解C或者C++語言，了解簡單的數據結構知識，有一些線性代數的初步知識。
本書的內容組織如下：第1章簡要介紹圖形學的目標、任務、相關學科、應用領域及發展情況；第2章介紹圖形系統相關知識；第3章討論二維圖形，如直線、圓等基本圖元的生成技術；第4章介紹圖形幾何變換；第5、6章討論二維與三維觀察；第7章介紹三維對象，如實體造型、曲線曲面等知識；第8章介紹真實感圖形技術；第9章討論交互技術；第10章簡要介紹動畫的一些基本知識；附錄A是含有8個實驗的實驗教程；附錄B含有3套模擬試題及答案。
歡迎讀者在閱讀本書的過程中，對本書存在的缺點和問題提出批評與建議。筆者個人博客：http://opengl.cnblogs.com/，歡迎大家留言，同時上面會有一些與本教材相關的章節代碼、實驗等內容。
本書由河南理工大學徐文鵬、王玉琨、劉永和、向中林和強曉煥老師共同編寫。具體分工如下：第1章、第10章、附錄A由徐文鵬編寫，第2章、第5章、附錄B由強曉煥編寫，第3章、第7章由劉永和編寫，第4章、第6章由向中林編寫，第8章、第9章由王玉琨編寫。
感謝河南理工大學及筆者所在的計算機學院，沒有他們的支持與鼓勵，不可能完成此書。我校的侯守明、王輝連兩位老師給本書的編寫提了很多很好的意見，在此一并致謝。本書編寫過程中，參閱了許多計算機圖形學的參考書及相關資料，謹向這些書的作者和譯者表示衷心的感謝。
感謝清華大學出版社及蘇明芳編輯，在本書的出版過程中，我與蘇明芳編輯合作非常愉快。同時，向從事編輯和校對工作的同志深切致謝！
歡迎讀者在閱讀本書的過程中，對本書存在的缺點和問題提出批評與建議。
編 者
計算機圖形學基礎（OpenGL版）
第1章 緒 論
·II·
·III·
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內容簡介： 本書在廣泛結合OpenGL并注重圖形應用編程的基礎上，介紹了計算機圖形學的經典核心體系：圖形系統、二維圖形生成、幾何變換、二維與三維觀察、三維對象（實體造型與曲線曲面）、真實感圖形技術、交互技術及動畫。本書主要介紹計算機圖形學經典理論知識，同時每一章都給出一至兩個OpenGL編程實例來幫助讀者更好地理解相關知識與技術，使讀者能快速掌握如何生成二維圖形與三維圖形。書后有兩個附錄，分別為含有8個實驗的課程實驗指導與3套模擬試題及其答案。
本書注重對計算機圖形學原理的理解和圖形編程技術的掌握，非常適合作為高等院校計算機及相關專業計算機圖形學本科課程的教材，也可作為地理信息系統、機械工程等專業選修計算機圖形學課程的教材。同時，本書也適合作為具有熟練編程經驗的其他專業學生和專業技術人員學習圖形學及圖形編程的自學教材。
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目錄：第1章 緒論 1
1.1 計算機圖形學的目標與任務 1
1.1.1 視覺交流是計算機圖形學的核心目標 1
1.1.2 計算機圖形學的三個基本任務 2
1.2 計算機圖形學的內容體系 3
1.3 計算機圖形學相關學科 5
1.3.1 圖形與圖像 5
1.3.2 相關學科 7
1.4 計算機圖形學的應用領域 8
1.4.1 計算機輔助設計與制造（CAD/CAM） 8
1.4.2 科學計算可視化（Visualization in Scientific Computing） 10
1.4.3 虛擬現實（Virtual Reality） 10
1.4.4 動畫（Animation） 11
1.5 計算機圖形學的發展 12
1.5.1 計算機圖形學的發展簡史 12
1.5.2 計算機圖形學的發展趨勢 15
習題1 17
第2章 圖形系統 18
2.1 圖形系統概述 18
2.1.1 圖形系統組成結構 18
2.1.2 圖形系統分類 22
2.2 圖形系統體系結構 23
2.2.1 概述 23
2.2.2 應用程序階段 24
2.2.3 幾何處理階段 24
2.2.4 光柵階段 25
2.3 圖形支撐軟件 25
2.3.1 OpenGL 26
2.3.2 DirectX 28
2.3.3 Java 2D和Java 3D 28
2.4 圖形硬件顯示原理 29
2.4.1 圖形顯示設備及工作原理 29
2.4.2 圖形顯示方式 34
2.4.3 光柵掃描圖形顯示系統 37
習題2 39
第3章 二維圖形生成 40
3.1 直線生成算法 40
3.1.1 數值微分法 41
3.1.2 逐點比較法 42
3.1.3 Bresenham畫線法 45
3.1.4 中點畫線法 48
3.2 圓弧繪制算法 50
3.2.1 基于光柵的整圓繪制算法 51
3.2.2 角度離散法繪制圓弧和橢圓弧 54
3.3 區域填充 55
3.3.1 種子填充算法 56
3.3.2 多邊形填充算法 58
3.4 字符 62
3.4.1 字符的編碼 62
3.4.2 點陣字符 62
3.4.3 矢量字符 63
3.5 反走樣技術 64
3.6 編程實例--地圖繪制 66
3.6.1 地圖繪制方法 66
3.6.2 基于OpenGL的地圖繪制 67
習題3 69
第4章 圖形幾何變換 71
4.1 二維幾何變換 71
4.1.1 基本變換 71
4.1.2 二維復合變換 83
4.1.3 二維坐標系間的變換 86
4.2 三維幾何變換 88
4.2.1 基本變換 88
4.2.2 三維復合變換 93
4.2.3 三維坐標系間的變換 98
4.3 圖形幾何變換的模式 99
4.3.1 固定坐標系模式 100
4.3.2 活動坐標系模式 101
4.4 編程實例--三角形與矩形變換 102
習題4 112
第5章 二維觀察 113
5.1 二維觀察概述 113
5.2 二維觀察流水線 114
5.2.1 坐標系統 115
5.2.2 坐標系之間的變換 116
5.3 裁剪 118
5.3.1 點的裁剪 119
5.3.2 直線裁剪 119
5.3.3 多邊形裁剪 124
5.3.4 其他裁剪 126
5.4 OpenGL二維觀察簡介 127
5.4.1 OpenGL投影模式 128
5.4.2 GLU裁剪窗口函數 128
5.4.3 OpenGL視區函數 129
5.5 編程實例--紅藍三角形 129
習題5 131
第6章 三維觀察 132
6.1 三維觀察流水線 132
6.2 觀察變換 133
6.2.1 三維觀察坐標系參數 133
6.2.2 世界坐標系到觀察坐標系的變換 136
6.3 投影變換 141
6.3.1 投影分類 141
6.3.2 平行投影 142
6.3.3 透視投影 149
6.4 三維裁剪 155
6.4.1 觀察體及規范化 155
6.4.2 三維裁剪算法簡介 163
6.5 編程實例--立方體透視投影 166
習題6 168
第7章 三維對象 169
7.1 三維對象概述 169
7.2 三維實體表示基礎 170
7.2.1 基本幾何元素 170
7.2.2 幾何信息與拓撲信息 170
7.2.3 幾何造型模型 171
7.3 三維實體表示方法 172
7.3.1 邊界表示 172
7.3.2 掃描表示 175
7.3.3 構造實體幾何表示 176
7.3.4 空間細分表示 177
7.3.5 編程實例--簡單實體構建 178
7.4 三次參數曲線 181
7.4.1 基本特性 181
7.4.2 Hermite曲線 182
7.4.3 Bezier曲線 187
7.4.4 B樣條曲線 194
7.5 雙三次參數曲面 200
7.5.1 Coons曲面 201
7.5.2 Bezier曲面 202
7.5.3 B樣條曲面 204
7.5.4 雙三次參數曲面片的繪制 205
7.5.5 編程實例--Bezier曲線曲面繪制 206
習題7 210
第8章 真實感圖形技術 211
8.1 概述 211
8.1.1 真實感圖形生成流程 211
8.1.2 真實感圖形特點 212
8.2 消隱算法 213
8.2.1 消隱基礎知識 213
8.2.2 平面立體消隱算法 218
8.2.3 深度緩沖器算法 223
8.2.4 畫家算法 226
8.3 顏色模型 230
8.3.1 物體的顏色 230
8.3.2 顏色空間 231
8.3.3 常用顏色模型 232
8.3.4 OpenGL中的顏色模型 233
8.4 光照模型 236
8.4.1 基本光照模型 236
8.4.2 明暗度處理模型 240
8.4.3 透明與陰影 244
8.4.4 光線追蹤模型 246
8.5 紋理映射技術 252
8.5.1 概述 252
8.5.2 顏色紋理映射 253
8.5.3 幾何紋理映射 256
8.5.4 環境映射 257
8.6 OpenGL真實感圖形 258
8.6.1 OpenGL光照函數 258
8.6.2 物體表面特性函數 262
8.6.3 OpenGL紋理映射 263
8.6.4 編程實例--紋理映射 266
習題8 268
第9章 交互技術 269
9.1 人機交互界面 269
9.1.1 用戶接口模型 269
9.1.2 信息輸入控制方式 271
9.2 交互技術 273
9.2.1 交互輸入技術 273
9.2.2 交互控制技術 274
9.2.3 圖形拾取技術 277
9.3 OpenGL交互式繪圖 281
9.3.1 OpenGL選擇模式 281
9.3.2 OpenGL反饋模式 283
9.3.3 編程實例--圖形拾取 284
習題9 287
第10章 計算機動畫 288
10.1 動畫簡介 288
10.2 關鍵幀動畫技術 289
10.2.1 關鍵幀插值 290
10.2.2 基于網格的圖像變形技術 291
10.2.3 FFD自由變形技術（Free-Form Deformation） 292
10.2.4 關節動畫和角色動畫 293
10.3 過程動畫 295
10.3.1 粒子系統 296
10.3.2 基于物理模型的布料動畫 297
10.4 OpenGL動畫 299
10.4.1 雙緩存技術 299
10.4.2 OpenGL幀緩存 300
10.4.3 編程實例--太陽系動畫 302
習題10 305
參考文獻 306
附錄A 課程實驗指導 307
附錄B 模擬試題 336
計算機圖形學基礎（OpenGL版）
目 錄
·VI·
·V·
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| 序： |
