本书将在内容上偏重于三维计算机图形的最新技术，在介绍基本图形生成处理技术的基础上，进一步介绍了特效绘制技术、LOD技术、GPU加速技术等，以及3D图形开发技术的最新进展。同时教材将理论结合实际，着重培养学生的编程实现能力，即利用DirectX或OpenGL进行图形编程的能力，通俗易懂、深入浅出，并较多地融合最新3D游戏图形开发技术和作者在从事相关领域科研开发工作时的成果。作者还将根据教学实践自主开发了一套“3D图形教学辅助演示系统”，可以交互地演示图形生成过程，效果直观，交互方便，便于学生理解。

随着计算机软硬件技术的进步，计算机图形学技术发展很快，在各方面的应用也越来越广。特别是近几年以动画、游戏为代表的数字娱乐产业的迅猛发展，极大地推动了计算机图形学相关学科的发展。目前计算机图形学是计算机应用、软件工程、数字媒体等专业的核心课之一。
　　我们自2005年开始教授计算机图形学课程以来，一直较难找到一本合适的教科书，目前市面上的教材中虽然不乏优秀之作，但我们发现这些教材在用于实际教学时还存在以下一些问题：
　　1）多以二维图形和理论阐述为主。对直线、圆、曲线等基本图形算法讲述较多，但是目前的图形学应用主要是3D的，二维图形算法已经非常成熟和硬件化了。
　　2）对当前应用领域中所用到的最新图形技术涉及较少。随着动画、游戏等技术的发展，计算机图形技术涌现了越来越多的新方法和新技术，但现有的教材无法紧跟最新技术的发展，内容陈旧。
　　3）实践案例教学内容欠缺。目前的教材没有理论结合实践，缺乏讲解具体算法的实现方法，要么主要讲理论，要么讲程序语言OpenGL的简单使用方法，与实际应用需求严重脱节，使得学生学习一学期后也无法进行具体的图形编程。
　　为此，迫切需要有一本教学内容与时俱进、理论与实践并重的教材，不仅要把经典计算机图形学的基本原理讲透，而且能适当融合当前三维计算机图形技术的最新发展，并结合具体实践开展案例教学。基于上面的考虑，我们编写了这本教材，并已经以讲义的形式进行过几年的教学，效果良好。
　　本书在内容上偏重于三维计算机图形的最新技术，在介绍基本图形生成处理技术的基础上，进一步介绍了特效绘制技术、LOD技术、GPU加速技术等，以及3D图形开发技术的最新进展。同时本书将理论与实际相结合，着重培养学生的编程实现能力，即利用DirectX或OpenGL进行图形编程的能力。此外，本书通俗易懂、深入浅出，并较多地融合了最新3D游戏图形开发技术以及作者在相关领域的科研成果。作者还根据教学实践开发了一套辅助教师教学的“3D图形教学辅助演示系统”，该系统可以交互地演示图形生成过程，效果直观，交互方便，便于学生理解。
　　本书的主要特色：
　　1）偏重最新的3D计算机图形技术。用较少的篇幅介绍最经典的二维图元绘制算法，然后重点介绍当前用得最广泛的三维图形技术，融合最新3D游戏图形开发技术和作者在相关领域的科研成果。
　　2）理论结合实际。在每一章讲完理论后，紧接着介绍如何采用DirectX或OpenGL进行具体编程实现的方法和步骤，使学生可以利用所学知识做出自己的图形，提高了学生的学习兴趣与编程能力。
　　3）图文并茂，交互演示。每章都有图例演示，提供相关程序运行结果截图和项目应用实例。作者根据教学实践自主开发的“3D图形教学辅助演示系统”在教学应用中获得较好的效果，很方便教师授课。教师可登录华章网站（www.hzbook.com)免费获取。
　　本书可以作为高校本科生的教材，也可供从事计算机图形学、游戏和动画开发等工作的研究生、科研人员和从业人员参考。
　　本书在编写的过程中得到了机械工业出版社的大力支持，也得到彭群生、王章野、伍品芳等教授的指导和帮助，同时得到了张卓鹏、李晨辉、许彦如、肖昭、栾天娇、戴金球、钱嫕婧等同学的帮助，在此一并表示感谢。
　　由于作者水平有限，不妥和错误之处恳请广大读者批评指正。

编者
2010年6月

计算机\图形图像

本书结合了作者多年教授计算机图形学课程及从事相关领域研究的经验编写而成，是一本教学内容与时俱进、理论与实践并重的教材，不仅透彻地讲解了经典计算机图形学的基本原理，而且融合了当前3D计算机图形技术的最新发展，并结合具体实践开展案例教学，使学生能快速掌握3D计算机图形学技术。

本书特色：
着重介绍最新的3D计算机图形技术，融合了最新的3D游戏图形开发技术和作者在相关领域的科研成果。
理论结合实际，培养学生的编程实现能力。
图文并茂，交互演示。书中含有大量的图例和项目应用实例。
本书为授课教师提供电子教案和教辅，其中包括作者自主开发的“3D图形教学辅助演示系统”，生动形象，直观易懂，在实际教学中获得了广泛的好评。

前言
教学建议
第1章计算机图形学1
11计算机图形学概述1
12计算机图形学的发展历史2
13计算机图形学的应用领域3
131计算机辅助设计 (CAD/CAM)4
132科学计算可视化4
133图形化的用户界面5
134电脑游戏5
135动画特效5
136地理信息系统6
137虚拟现实系统7
138计算机艺术8
14计算机图形设备与图形系统8
141计算机图形设备8
142计算机图形系统10
15计算机图形的最新发展动向10
本章小结11
习题11
第2章基本图形生成算法12
21图形光栅化的原理12
22直线的光栅化算法13
221逐点比较法13
222数值微分法15
223中点Bresenham算法15
23圆的光栅化算法18
231简单方程法产生圆弧18
232Bresenham算法产生圆弧19
24其他图形的光栅化算法20
25基本图元的代码实现21
251基本图元的C语言实现21
252基本图元的MFC实现22
26多边形填充23
27宽图元25
271复制像素画宽图元25
272移动画笔画宽图元26
本章小结27
习题27
第3章3D图形中的数学基础28
31坐标系28
32向量30
321向量的基本概念30
322向量的基本运算30
323向量的代码实现32
33矩阵33
331矩阵的基本概念33
332矩阵的基本运算34
333Direct3D中的矩阵35
34空间几何的运算36
341几何形体的表达36
342几何体之间的空间关系38
本章小结41
习题41
第4章图形变换43
41二维及三维图形几何变换43
411二维图形几何变换43
412三维图形几何变换47
42投影与投影变换49
421平行投影49
422透视投影50
43图形变换的实现53
431Direct3D中的矩阵53
432Direct3D中的矩阵变换54
44编程实例56
本章小结57
习题58
第5章三维场景绘制基础59
51三维场景绘制流水线59
511世界变换59
512观察空间变换59
513背面拣选61
514光照61
515裁剪61
516投影64
517视口变换65
518光栅化66
52Direct3D的绘制流程66
521创建场景66
522绘制场景69
523Direct3D绘制流水线71
本章小结72
习题73
第6章真实感图形光照处理74
613D图形的颜色原理74
611颜色的光学性质74
612CIE色度图75
613颜色空间模型77
62光照明模型79
621简单光照明模型79
622基于简单光照明模型的多边形绘制83
623整体光照明模型和光线跟踪算法84
63光照的Direct3D编程实现86
631Direct3D颜色定义86
632光源88
633材质91
634Direct3D顶点颜色91
本章小结92
习题92
第7章纹理映射技术93
71纹理映射的基本原理94
711纹理的基本概念94
712纹理映射的概念94
713纹理映射中的几何关系95
72纹理映射的实现过程96
721纹理映射的OpenGL实现96
722纹理映射的Direct3D实现100
73高级纹理映射技术102
731纹理的优化处理技术102
732多重纹理映射104
733凹凸纹理105
734环境映射技术108
本章小结111
习题111
第8章场景组织与管理技术112
813D场景组织方式112
811场景图112
812基于绘制状态的场景管理114
82优化场景绘制的几何剖分技术115
821四叉树115
822八叉树116
823BSP树117
83三维场景的快速可见性判断119
831入口技术119
832遮挡剔除121
833潜在可见集方法123
84LOD加速绘制技术124
841LOD技术分类125
842LOD的主要简化方法分类125
843典型LOD的简化方法126
本章小结127
习题127
第9章游戏特效绘制技术128
91广告牌技术128
92粒子系统技术130
921粒子的属性130
922粒子系统的创建131
93精灵动画技术132
94Warping特效技术134
95烟、雾、火特效技术136
951粒子系统137
952分形几何137
953过程纹理137
954细胞自动机137
955基于物理的方法137
96眩光特效技术139
961太阳及镜头光晕的绘制139
962光晕淡入淡出效果140
963可见性判断140
本章小结141
习题141
第10章地形绘制技术142
101地形绘制的基本理论142
1011地形生成142
1012地表纹理144
1013地形光照145
1014地形的雾化效果147
102简单地形的绘制方法147
1021生成地形高度数据147
1022创建地形网格148
1023添加纹理149
1024计算阴影149
1025添加雾化效果150
103高级地形绘制技术150
1031地形LOD技术简介151
1032基于GeoMipmapping的地形LOD技术152
本章小结155
习题156
第11章阴影绘制技术157
111阴影的基本原理157
112平面阴影技术158
1121投影矩阵158
1122模板缓存159
1123绘制过程160
113复杂阴影实现技术161
1131阴影图算法161
1132阴影体算法163
本章小结166
习题167
第12章碰撞检测技术168
121碰撞检测的基本原理168
1211概念168
1212碰撞检测问题描述170
1213碰撞检测算法分类171
122高级碰撞检测技术176
1221基于图像空间的碰撞检测算法176
1222基于一般表示模型的碰撞检测算法177
1223面向可变形体的碰撞检测算法177
123基本碰撞检测算法实现178
1231使用边界框测试碰撞178
1232使用边界球测试碰撞180
124示例程序181
1241边界框碰撞181
1242边界球碰撞185
本章小结188
习题188
第13章计算机动画技术189
131计算机动画概述189
132计算机三维动画过程190
133关键帧动画192
134过程动画193
1341三维纹理映射与过程纹理193
1342L系统194
1343傅里叶合成技术197
135变形动画197
136基于物理模型的动画199
1361刚体动力学模拟200
1362弹性变形体模拟200
1363流体模拟200
137人体和关节动画201
1371人体骨架模型201
1372运动学方法202
1373动力学方法203
1374基于运动捕获的方法204
本章小结214
习题215
第14章GPU硬件加速技术216
141GPU硬件加速的原理217
142GPU与CPU比较218
143HLSL着色器218
1431HLSL简介218
1432HLSL的数据类型219
1433编写HLSL着色器代码219
1434在Direct3D程序中加载HLSL221
1435HLSL的Effect框架222
1436基于HLSL的光照效果程序223
144GLSL着色器225
1441GLSL数据类型226
1442GLSL的输入输出226
1443顶点着色器与片段着色器操作231
1444GLSL光照示例程序232
本章小结237
习题237
附录A图形开发库Direct3D编程入门238
附录BOpenGL简介249
参考文献254