计算机图形学基础(opengl版) pdf,计算机图形学基础（OpenGL版）

内容简介 　　《计算机图形学基础(OpenGL版)》在广泛结合OpenGL并注重图形应用编程的基础上，介绍了计算机图形学的经典核心体系：图形系统、二维图形生成、几何变换、二维与三维观察、三维对象(实体造型与曲线曲面)、真实感图形技术、交互技术及动画。《计算机图形学基础(OpenGL版)》主要介绍计算机图形学经典理论知识，同时每一章都给出一至两个OpenGL编程实例来帮助读者更好地理解相关知识与技术，使读者能快速掌握如何生成二维图形与三维图形。书后有两个附录，分别为含有8个实验的课程实验指导与3套模拟试题及其答案。

《计算机图形学基础(OpenGL版)》注重对计算机图形学原理的理解和图形编程技术的掌握，非常适合作为高等院校计算机及相关专业计算机图形学本科课程的教材，也可作为地理信息系统、机械工程等专业选修计算机图形学课程的教材。同时，《计算机图形学基础(OpenGL版)》也适合作为具有熟练编程经验的其他专业学生和专业技术人员学习图形学及图形编程的自学教材。

内页插图

目录 第1章 绪论

1.1 计算机图形学的目标与任务

1.1.1 视觉交流是计算机图形学的核心目标

1.1.2 计算机图形学的三个基本任务

1.2 计算机图形学的内容体系

1.3 计算机图形学相关学科

1.3.1 图形与图像

1.3.2 相关学科

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(CAD／CAM)

1.4.2 科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing)

1.4.3 虚拟现实(Virtual Reality)

1.4.4 动画(Animation)

1.5 计算机图形学的发展

1.5.1 计算机图形学的发展简史

1.5.2 计算机图形学的发展趋势

习题1

第2章 图形系统

2.1 图形系统概述

2.1.1 图形系统组成结构

2.1.2 图形系统分类

2.2 图形系统体系结构

2.2.1 概述

2.2.2 应用程序阶段

2.2.3 几何处理阶段

2.2.4 光栅阶段

2.3 图形支撑软件

2.3.1 0penGL

2.3.2 DirectX.

2.3.3 Java2D和Java3D

2.4 图形硬件显示原理

2.4.1 图形显示设备及工作原理

2.4.2 图形显示方式

2.4.3 光栅扫描图形显示系统

习题2

第3章 二维图形生成

3.1 直线生成算法

3.1.1 数值微分法

3.1.2 逐点比较法

3.1.3 Bresenham画线法

3.1.4 中点画线法

3.2 圆弧绘制算法

3.2.1 基于光栅的整圆绘制算法

3.2.2 角度离散法绘制圆弧和椭圆弧

3.3 区域填充

3.3.1 种子填充算法

3.3.2 多边形填充算法

3.4 字符

3.4.1 字符的编码

3.4.2 点阵字符

3.4.3 矢量字符

3.5 反走样技术

3.6 编程实例——地图绘制

3.6.1 地图绘制方法

3.6.2 基于OpenGL的地图绘制

习题3

第4章 图形几何变换

4.1 二维几何变换

4.1.1 基本变换

4.1.2 二维复合变换

4.1.3 二维坐标系间的变换

4.2 三维几何变换

4.2.1 基本变换

4.2.2 三维复合变换

4.2.3 三维坐标系间的变换

4.3 图形几何变换的模式

4.3.1 固定坐标系模式

4.3.2 活动坐标系模式

……

第5章 二维观察

第6章 三维观察

第7章 三维对象

第8章 真实感图形技术

第9章 交互技术

第10章 计算机动画

前言/序言

计算机图形学是研究如何利用计算机生成、处理和显示图形的原理、方法和技术的一门学科。它以图形用户界面和可视化技术为典型应用，是信息技术中不可缺少的部分和发展基石，在计算机辅助设计制造、仿真模拟、娱乐动画等各个领域有广泛的应用。因此，国内外大学都纷纷将其列为计算机应用类课程中的一门重要专业基础课程。它在帮助学生直观、形象地理解计算机所处理的信息数据方面起着非常重要的作用。

与图形学技术日新月异的变化相比，图形学课程教学的发展却稍微显得有些滞后。当前，在计算机图形学教学中主要存在三种典型的教学体系，可总结为：面向理论、面向编程和问题解决。下面分别简单加以介绍。

1．面向理论

面向理论教学体系教学目标上侧重于培养学生对计算机图形学理论知识的了解与掌握，教学内容上强调图形学知识与概念的系统性与整体性，重点放在概念的解释与原理的讲解，理论内容过多过重，包含大量的公式推导。这种体系下典型的教材代表是David F.Rogers的《计算机图形学算法基础》，Foley的《计算机图形学原理及实践--C语言描述(原书第2版)》，唐荣锡的《计算机图形学教程》，唐泽圣的《计算机图形学基础》，陈传波的《计算机图形学基础》，彭群生的《计算机图形学应用基础》，魏海涛的《计算机图形学》，孙家广、胡事民的《计算机图形学基础教程》，孙正兴的《计算机图形学教程》和何援军的《计算机图形学》等。这是传统的教学体系，一直在国内外许多学校教学中延续使用。

2．面向编程

面向编程教学体系的核心理念是学以致用，在教学目标上既侧重于培养学生对计算机图形学理论知识的系统了解，同时更加强调培养学生了解并初步掌握一种典型的图形学API，能正确使用图形学知识的能力。在教学内容上，主要从图形学的使用者角度来选取与介绍计算机图形学的必备理论与概念，摒弃不必要的数学知识与公式推导，不追求"罗列式的全面"，而追求"使用型的精炼"，同时书中配有典型图形学API的相应知识与使用介绍。这种体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《计算机图形学：应用Java 2D和3D》、Francis S. Hill的《计算机图形学》等，其中介绍的图形学API主要有三种：OpenGL、DirectX及Java。目前，这是一种主流的教学体系，正在逐渐被国内外大多数院校采用。

3．问题解决

问题解决教学体系认为计算机图形学在深入理解复杂问题并与他人交流方面起着关键作用，在问题求解方面扮演了非常重要的角色。因此，在教学目标上它侧重于培养学生如何利用计算机图形学知识建立与用户的有效交流，来完成问题图形化建模与解决的任务。在教学内容上它既包含计算机图形学的传统知识，如投影变换、建模、绘制、光照及着色处理等，介绍计算机图形学中一系列的基本概念和技术，并说明OpenGL API如何提供实现这些概念和技术的图形学工具；同时还着重介绍如何采用计算机图形学来解决实际问题，以及如何更有效地将结果展示给观察者的方法。其目的是使学生理解图形学概念，并学会使用图形API来实现图形学操作并为观察者创造有效的图像来解决不同领域的问题。这是较新的一种教学体系，在美国正在逐渐兴起，其典型的教材代表是Steve Cunningham的《计算机图形学》，国内已有其对应的中译本出版。

结合目前教学形势与学生情况，我们认为面向编程的教学方法仍是一种合适的选择。同时，图形学本科教学平台随着OpenGL的跨平台优势显现也逐渐转向OpenGL，但教材市场中面向OpenGL平台教学的优秀教材大多为引进教材，如Angel或Francis S. Hill的教材，其特点为内容多、体量重、技术新。从本科教学需要来看，其实需要的是一本能体现短小、精炼、经典的教学体系的教材。本教材即定位于此，旨在服务于32～48学时的本科图形学教学。它具有以下特点：以经典图形学知识为主，同时注重结合OpenGL图形应用编程来详细介绍相关技术实例；以OpenGL为教学平台与实验平台，提供实验指导书与模拟试题，以更好地满足教学需要；内容精炼，服务本科教学需要，不过多涉及最新技术。

在阅读本书之前，读者应该了解C或者C++语言，了解简单的数据结构知识，有一些线性代数的初步知识。

本书的内容组织如下：第1章简要介绍图形学的目标、任务、相关学科、应用领域及发展情况；第2章介绍图形系统相关知识；第3章讨论二维图形，如直线、圆等基本图元的生成技术；第4章介绍图形几何变换；第5、6章讨论二维与三维观察；第7章介绍三维对象，如实体造型、曲线曲面等知识；第8章介绍真实感图形技术；第9章讨论交互技术；第10章简要介绍动画的一些基本知识；附录A是含有8个实验的实验教程；附录B含有3套模拟试题及答案。

欢迎读者在阅读本书的过程中，对本书存在的缺点和问题提出批评与建议。笔者个人博客：http://opengl.cnblogs.com/，欢迎大家留言，同时上面会有一些与本教材相关的章节代码、实验等内容。

本书由河南理工大学徐文鹏、王玉琨、刘永和、向中林和强晓焕老师共同编写。具体分工如下：第1章、第10章、附录A由徐文鹏编写，第2章、第5章、附录B由强晓焕编写，第3章、第7章由刘永和编写，第4章、第6章由向中林编写，第8章、第9章由王玉琨编写。

感谢河南理工大学及笔者所在的计算机学院，没有他们的支持与鼓励，不可能完成此书。我校的侯守明、王辉连两位老师给本书的编写提了很多很好的意见，在此一并致谢。本书编写过程中，参阅了许多计算机图形学的参考书及相关资料，谨向这些书的作者和译者表示衷心的感谢。

感谢清华大学出版社及苏明芳编辑，在本书的出版过程中，我与苏明芳编辑合作非常愉快。同时，向从事编辑和校对工作的同志深切致谢！

欢迎读者在阅读本书的过程中，对本书存在的缺点和问题提出批评与建议。

编 者

计算机图形学基础(OpenGL版)

第1章 绪 论

·II·

·III·

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