第1章 图形系统和模型
1.1 计算机图形学的应用
- 工业电子设备的信息显示（地质学、医学）
- 计算机辅助设计软件（建筑、机械、电路等设计）
- 仿真技术（飞行学习、电影特效）
- 普通计算机的用户界面（操作系统、软件）
1.2 图形系统
通用模型的组成结构：输入设备、输出设备、CPU、GPU、存储器、帧缓存。
1.3 物理图像与合成图像
一个最基本的场景，包含观察者、被观察的实体、光源。对于计算机而言，它们存在的意义，就是将内容显示到输出设备（成像），而成像的本质，即是光线经过一系列运动，到达观察者的过程。
1.4 成像系统
- 光学照相机（简单）
- 人类视觉系统（复杂）
1.5 虚拟照相机模型
1.6 应用程序编程接口
早期图形系统是二维系统，建模到绘制这一过程，是通过笔试绘图仪计算投影，模拟三维图像。如今，使用三维 API，我们只需关注三维场景，隐藏了实际的绘图实现过程，让开发更加直观、便捷。
1.7 图形绘制系统的体系结构
流水线
- 准备顶点
- 去除可视区域之外的顶点
- 关联顶点，形成图元（确定线、面等信息）
- 光栅化，图元转换为片元（确定像素映射信息）
- 根据片元，更新帧缓存
素材转换流程
顶点 => 图元 => 片元 => 像素帧
1.8 可编程流水线
现代 GPU 的绘制流水线是可编程的，也就是图形计算可以在 GPU 处完成，不仅可以释放 CPU 的计算压力，还能减少 CPU、GPU 数据传输消耗。
1.9 性能特征
现代图形卡摒弃多部件、多电路的设计方案，将所有功能集成到一个芯片，该芯片（GPU）具备整条渲染流水线，形成流水线架构。
1.10 OpenGL 版本和 WebGL
WebGL 是运行在现代浏览器的 Javascript 接口（基于 OpenGL ES 2.0），而 OpenGL ES 是服务于嵌入式系统的 OpenGL 简化版。
第2章 图形学编程
2.1 Sierpinski 镂垫
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2.2 编写二维图形应用程序
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2.3 WebGL 应用程序编程接口
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2.4 图元和属性
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2.5 颜色
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2.6 观察
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2.7 控制函数
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2.8 Sierpinski 镂垫绘制程序
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2.9 多边形和递归
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2.10 三维 Sierpinski 镂垫
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第3章 交互和动画
3.1 动画
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3.2 交互
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3.3 输入设备
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3.4 物理输入设备
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3.5 客户和服务器
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3.6 事件驱动输入编程
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3.7 位置输入
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3.8 窗口事件
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3.9 拾取
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3.10 建立交互式模型
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3.11 交互式程序的设计
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第4章 几何对象和变换
4.1 标量、点和向量
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4.2 三维图元
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4.3 坐标系和标架
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4.4 WebGL 中的标架
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4.5 矩阵和向量类型
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4.6 建模一个彩色立方体
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4.7 仿射变换
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4.8 平移、旋转和缩放
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4.9 变换的齐次坐标表示
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4.10 变换的级联
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4.11 WebGL 中的变换矩阵
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4.12 使立方体旋转起来
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4.13 三维应用程序的接口
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4.14 四元数
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第5章 观察
5.1 经典观察和计算机观察
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5.2 计算机观察
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5.3 定位照相机
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5.4 平行投影
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5.5 透视投影
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5.6 WebGL 中的透视投影
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5.7 透视投影变换矩阵
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5.8 隐藏面消除
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5.9 显示网格
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5.10 投影和阴影
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5.11 阴影映射
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第6章 光照和着色
6.1 光线和材质
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6.2 光源
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6.3 Phong 反射模型
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6.4 计算向量
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6.5 多边形的着色
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6.6 通过递归细分逼近球面
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6.7 指定光照参数
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6.8 实现光照模型
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6.9 球面模型的着色
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6.10 基于每个片元的光照计算
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6.11 非真实感着色
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6.12 全局光照
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第7章 离散技术
7.1 缓存
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7.2 数字图像
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7.3 映射方法
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7.4 二维纹理映射
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7.5 WebGL 的纹理映射
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7.6 纹理生成
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7.7 环境贴图
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7.8 反射贴图示例程序
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7.9 凹凸映射
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7.10 融合技术
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7.11 GPGPU
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7.12 帧缓存对象
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7.13 缓存交换
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7.14 拾取
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第8章 从几何到像素
8.1 图形绘制流水线的基本实现策略
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8.2 图形绘制系统的四个主要任务
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8.3 裁剪
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8.4 线段的裁剪
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8.5 多边形的裁剪
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8.6 其他图元的裁剪
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8.7 三维裁剪
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8.8 光栅化
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8.9 Bresenham 算法
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8.10 多边形光栅化算法
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8.11 隐藏面消除
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8.12 反走样
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8.13 显示方面的问题
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第9章 层级建模方法
9.1 图符和实例
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9.2 层级模型
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9.3 机器人手臂
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9.4 树与遍历
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9.5 使用树数据结构
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9.6 动画
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9.7 图形对象
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9.8 场景图
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9.9 实现场景图
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9.10 其他树结构
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第10章 过程建模方法
10.1 基于算法的建模
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10.2 基于物理的建模和粒子系统
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10.3 牛顿粒子
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10.4 求解粒子系统方程
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10.5 约束条件
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10.6 一个简单的粒子系统
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10.7 基于 agent 的建模
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10.8 基于语言的建模
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10.9 递归方法和分形
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10.10 过程噪声
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第11章 曲线和曲面
11.1 曲线和曲面的表示形式
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11.2 设计准则
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11.3 三次参数多项式曲线
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11.4 插值
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11.5 Hermite 曲线和曲面
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11.6 贝塞尔曲线
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11.7 三次 B 样条
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11.8 普通 B 样条
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11.9 曲线和曲面的绘制
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11.10 Utah 茶壶模型
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11.11 代数曲面
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11.12 曲线和曲面的细分
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11.13 从数据生成网格
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11.14 支持曲线和曲面的图形 API
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第12章 高级绘制
12.1 超越流水线绘制结构
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12.2 光线跟踪
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12.3 构建一个简单的光线跟踪器
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12.4 绘制方程
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12.5 辐射度方法
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12.6 全局光照和路径跟踪
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12.7 RenderMan
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12.8 并行绘制
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12.9 GPU 硬件实现
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12.10 隐函数和等高线图
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12.11 体绘制
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12.12 等值面与步进立方体
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12.13 步进四面体
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12.14 网格简化
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12.15 直接体绘制
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12.16 基于图像的绘制
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附录
A 初始化着色器
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B 空间
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C 矩阵
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D 采样和走样
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