目 录 第1章 绪论 1 1.1 计算机图形学及其相关概念 1 1.2 计算机图形学的发展 2 1.2.1 计算机图形学学科的发展 2 1.2.2 图形硬件设备的发展 3 1.2.3 图形软件的发展 4 1.3 计算机图形学的应用 4 1.3.1 计算机辅助设计与制造 4 1.3.2 计算机辅助绘图 5 1.3.3 计算机辅助教学 5 1.3.4 办公自动化和电子出版技术 5 1.3.5 计算机艺术 6 1.3.6 在工业控制及交通方面的应用 6 1.3.7 在医疗卫生方面的应用 6 1.3.8 图形用户界面 6 1.4 计算机图形学研究动态 7 1.4.1 计算机动画 7 1.4.2 地理信息系统 8 1.4.3 人机交互 9 1.4.4 真实感图形显示 10 1.4.5 虚拟现实 10 1.4.6 科学计算可视化 12 1.4.7 并行图形处理 13 习题1 13 第2章 计算机图形系统及图形硬件 15 2.1 计算机图形系统概述 15 2.1.1 计算机图形系统的功能 15 2.1.2 计算机图形系统的结构 16 2.2 图形输入设备 18 2.2.1 键盘 18 2.2.2 鼠标器 19 2.2.3 光笔 19 2.2.4 触摸屏 20 2.2.5 操纵杆 20 2.2.6 跟踪球和空间球 20 2.2.7 数据手套 21 2.2.8 数字化仪 21 2.2.9 图像扫描仪 22 2.2.10 声频输入系统 22 2.2.11 视频输入系统 23 2.3 图形显示设备 23 2.3.1 阴极射线管 23 2.3.2 CRT图形显示器 27 2.3.3 平板显示器 30 2.3.4 三维观察设备 33 2.4 图形显示子系统 34 2.4.1 光栅扫描图形显示子系统的结构 34 2.4.2 绘制流水线 36 2.4.3 相关概念 37 2.5 图形硬拷贝设备 40 2.5.1 打印机 40 2.5.2 绘图仪 41 2.6 OpenGL图形软件包 41 2.6.1 OpenGL的主要功能 42 2.6.2 OpenGL的绘制流程 42 2.6.3 OpenGL的基本语法 43 2.6.4 一个完整的OpenGL程序 44 习题2 47 第3章 用户接口与交互式技术 48 3.1 用户接口设计 48 3.1.1 用户模型 48 3.1.2 显示屏幕的有效利用 48 3.1.3 反馈 49 3.1.4 一致性原则 50 3.1.5 减少记忆量 50 3.1.6 回退和出错处理 51 3.1.7 联机帮助 51 3.1.8 视觉效果设计 51 3.1.9 适应不同的用户 52 3.2 逻辑输入设备与输入处理 52 3.2.1 逻辑输入设备 52 3.2.2 输入模式 55 3.3 交互式绘图技术 56 3.3.1 基本交互式绘图技术 56 3.3.2 三维交互技术 58 3.4 OpenGL中橡皮筋技术的实现 59 3.4.1 基于鼠标的实现 60 3.4.2 基于键盘的实现 62 3.5 OpenGL中拾取操作的实现 63 3.6 OpenGL的菜单功能 67 习题3 68 第4章 图形的表示与数据结构 69 4.1 基本概念 69 4.1.1 基本图形元素 69 4.1.2 几何信息与拓扑信息 70 4.1.3 坐标系 71 4.1.4 实体的定义 73 4.1.5 正则集合运算 74 4.1.6 平面多面体与欧拉公式 76 4.2 三维形体的表示 77 4.2.1 多边形表面模型 78 4.2.2 扫描表示 81 4.2.3 构造实体几何法 81 4.2.4 空间位置枚举表示 83 4.2.5 八叉树 84 4.2.6 BSP树 85 4.2.7 OpenGL中的实体模型函数 85 4.3 非规则对象的表示 90 4.3.1 分形几何 90 4.3.2 形状语法 92 4.3.3 粒子系统 93 4.3.4 基于物理的建模 93 4.3.5 数据场的可视化 93 4.4 层次建模 94 4.4.1 段与层次建模 94 4.4.2 层次模型的实现 95 4.4.3 OpenGL中层次模型的实现 96 习题4 98 第5章 基本图形生成算法 99 5.1 直线的扫描转换 99 5.1.1 数值微分法 99 5.1.2 中点Bresenham算法 101 5.1.3 Bresenham算法 103 5.2 圆的扫描转换 105 5.2.1 八分法画圆 105 5.2.2 中点Bresenham画圆算法 106 5.3 椭圆的扫描转换 107 5.3.1 椭圆的特征 108 5.3.2 椭圆的中点Bresenham算法 109 5.4 多边形的扫描转换与区域填充 112 5.4.1 多边形的扫描转换 112 5.4.2 边缘填充算法 116 5.4.3 区域填充 118 5.4.4 其他相关概念 122 5.5 字符处理 123 5.5.1 点阵字符 123 5.5.2 矢量字符 124 5.6 属性处理 124 5.6.1 线型和线宽 124 5.6.2 字符的属性 127 5.6.3 区域填充的属性 127 5.7 反走样 128 5.7.1 过取样 129 5.7.2 简单的区域取样 130 5.7.3 加权区域取样 131 5.8 在OpenGL中绘制图形 132 5.8.1 点的绘制 132 5.8.2 直线的绘制 133 5.8.3 多边形面的绘制 134 5.8.4 OpenGL中的字符函数 138 5.8.5 OpenGL中的反走样 139 习题5 141 第6章 二维变换及二维观察 143 6.1 基本概念 143 6.2 基本几何变换 144 6.2.1 平移变换 144 6.2.2 比例变换 145 6.2.3 旋转变换 146 6.2.4 对称变换 146 6.2.5 错切变换 148 6.2.6 二维图形几何变换的计算 149 6.3 复合变换 150 6.3.1 二维复合平移变换和比例变换 150 6.3.2 二维复合旋转变换 150 6.3.4 其他二维复合变换 151 6.3.5 相对任一参考点的二维几何变换 151 6.3.6 相对于任意方向的二维几何变换 152 6.3.7 坐标系之间的变换 153 6.3.8 光栅变换 154 6.3.9 变换的性质 155 6.4 二维观察 156 6.4.1 基本概念 156 6.4.2　用户坐标系到观察坐标系的变换 158 6.4.3　窗口到视区的变换 158 6.5　裁剪 159 6.5.1　点的裁剪 160 6.5.2 直线段的裁剪 160 6.5.3 多边形的裁剪 166 6.5.4 其他裁剪 169 6.6 OpenGL中的二