本教材全面论述计算机图形学的基本原理、方法及其应用。本书首先对计算机图形学的应用、计算图形系统作了介绍，然后对计算机图形学系统原理、基本图元的生成技术、图形变换、交互技术、三维图形表示及真实感图形绘制等内容进行了阐述。同时结合实践，重在培养学生图形编程动手能力。
本书根据作者多年的教学经验写作而成，在内容组织及课程实验的配备上充分考虑了教师的教学计划和学生的理解接受能力，将理论教学与实践内容有机地结合起来，使学生在掌握计算机图形学的核心理论和算法的同时，具备2D和3D图形程序的基本编程能力。
本书特点：
精选内容，突出主线。增添了成熟的新内容，强调核心算法，重心向3D真实感图形技术偏移。
强调交互动画技术。不仅介绍了交互动画技术的理论知识，还在实验环节专门配置了交互和动画实验。
与OpenGL编程技术结合，设有配套实验。加强实践教学，配套有极富特色的实验单元，由浅入深、由易到难、由2D到3D，循序渐进。
图文并茂。强调用图说话，全书配套两百多幅图片，浅显易懂，并配有彩页进一步说明问题。
案例突出。附有大量的程序代码，供读者上机验证参考。
本书全面地介绍了计算机图形学的基础知识，强调课程的理论教学与实践内容并重，配套有实验内容。编写本书的目的是让学生了解计算机图形学技术的发展、应用和最新成果，掌握计算机图形学的核心理论和算法，使学生具有基本2D和3D图形程序的空间造型、基本图形编程能力和实践应用能力。
本书根据作者多年的教学实践经验编写而成，在内容安排和课程实验的配置上充分考虑了教师的教学计划与学生的接受理解能力。全书共分11章。第1章绪论，介绍计算机图形学及其相关概念，计算机图形学的发展、应用及相关技术；第2章计算机图形系统组成，包括计算机图形系统的体系结构、硬件设备以及图形软件及其标准；第3章OpenGL编程基础，首先叙述了OpenGL的一些基本概念，然后通过简单实例介绍OpenGL编程的基本知识；第4章基本图元的生成，包括点、直线、圆的生成算法，多边形的填充算法，字符生成和光栅图形的反走样算法；第5章OpenGL中基本图元的绘制，介绍了点、直线、多边形、圆、字符绘制方法以及反走样的实现；第6章图形用户界面与交互技术，首先对人机交互技术与图形用户界面做了系统叙述，然后详细描述了OpenGL交互与动画技术的实现，包括键盘和鼠标交互、时间动画等技术；第7章图形变换，包括二维几何变换及组合变换、二维观察流程、二维直线裁剪算法及其实现、三维几何变换及组合变换、OpenGL三维图形变换及其实例；第8章三维观察与投影变换，包括三维观察流程、投影变换、平行投影与透视投影、三维裁剪以及OpenGL三维观察实现；第9章真实感图形绘制，叙述了颜色模型、光照基础知识、Phong光照模型、消隐技术、OpenGL的简单光照实现；第10章曲线曲面造型，首先叙述了曲线曲面基础知识，然后分别对Bézier、B样条、NURBS和多结点样条曲线曲面的定义及性质做了详细介绍，并对这几种曲线曲面造型算法进行了比较，最后讲述了OpenGL曲线曲面绘制方法；第11章三维形体的表示，对现有几种三维形体造型方法及其应用场合做了阐述，给出了OpenGL分形和粒子系统的实现方法。
本书具有如下特点：
1）精选内容、突出主线。计算机图形学在发展过程中不断推陈出新，为适应教学，本书增添了成熟的新内容，强调核心算法，对部分图形学算法进行取舍，重心向3D真实感图形技术偏移。
2）强调交互和动画技术。交互与动画是计算机图形学的重要环节。本书不仅介绍了交互和动画技术的理论知识，在实验环节还设有专门的交互和动画实验，并且几乎每个实验都有交互和动画部分。
3）与OpenGL编程技术结合，设有配套实验。加强实践教学，配套极富特色的实验单元。所有配套实验单元均是笔者自主设计，每个实验单元都是一个完整案例。例如鼠标画线、太阳系、3D机器人、漫游场景、线段窗口裁剪、雾透明与阴影、曲线曲面造型等。整个实验穿插验证性、设计性和综合性，由浅至深、由易到难、由简单到交互、由2D到3D，循序渐进。
4）本书图文并茂，强调“用图说话”，浅显易懂，并配有彩页突显效果。
5）书中案例的所有代码均通过Windows7/Windows8、OpenGL库和Microsoft Visual Studio 2010 C++编译环境测试，主要分Win32窗口项目和控制台程序两种类型，可以登录华章网站（www.hzbook.com）下载。
本书由黄静教授编写，陈嘉同学进行了部分校对工作。在编写过程中，得到了北京师范大学珠海分校质量工程项目及信息技术学院史兰芳老师的大力支持。同时，作为笔者攻读博士期间的导师，澳门科技大学唐泽圣教授和齐东旭教授在研究学习方面给予了巨大帮助。其中，唐泽圣教授亲自为本书写序，并对本书的编写给出了非常中肯的意见；齐东旭教授为本书提供了多结点样条曲线曲面造型的理论知识和相关参考文献。感谢澳门科技大学资讯科技学院的蔡占川副教授、梁延研助理教授和叶奔同学（毕业于北京师范大学珠海分校，现于澳门科技大学攻读博士学位）的帮助。此外，感谢金山西山居杨林助理总裁对本书的关注和支持。
本书在编写过程中借鉴了国内外许多专家、学者的观点，参考了许多相关教材、专著、网络资料，在此向有关作者表示衷心的感谢。
由于编者水平有限且时间仓促，本书难免有不足和错误之处，请各位专家、读者批评指正。
作者
2015年5月
计算机\图形学
本书根据作者多年的教学经验写作而成，在内容组织及课程实验的配备上充分考虑了教师的教学计划和学生的理解接受能力，将理论教学与实践内容有机地结合起来，使学生在掌握计算机图形学的核心理论和算法的同时，具备2D和3D图形程序的基本编程能力。本书特点：
1）精选内容,突出主线。增添了成熟的新内容，强调核心算法，重心向3D真实感图形技术偏移。
2）强调交互动画技术。不仅介绍了交互动画技术的理论知识，还在实验环节专门配置了交互和动画实验，几乎每个实验都有这方面的内容。
3）与OpenGL编程技术结合，设有配套实验。加强实践教学，配套有极富特色的实验单元，由浅入深、由易到难、由2D到3D、循序渐进。
4）图文并茂。强调用图说话，全书配套两百多幅图片，浅显易懂，并配有彩页进一步说明问题。
5）案例突出。附有大量的程序代码，供读者上机验证参考。
黄静：暂无
序一
序二
前言
教学建议
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
1.3 计算机图形学的应用6
1.4 计算机图形学的相关技术9
1.4.1 OpenGL技术9
1.4.2 DirectX技术10
1.4.3 Web3D技术10
本章小结11
习题111
第2章 计算机图形系统组成12
2.1 概述12
2.1.1 计算机图形系统的功能12
2.1.2 计算机图形系统的结构13
2.2 图形显示与观察设备14
2.3 图形输入设备20
2.4 图形输出设备23
2.5 图形软件及其标准24
本章小结27
习题227
第3章 OpenGL编程基础28
3.1 OpenGL简介28
3.2 OpenGL的功能29
3.3 OpenGL的组成30
3.4 OpenGL体系结构33
3.5 OpenGL工作流程33
3.6 OpenGL数据类型34
3.7 OpenGL函数命名约定35
3.8 OpenGL编程初探36
3.8.1 OpenGL编程入门36
3.8.2 OpenGL程序结构37
本章小结37
习题337
第4章 基本图元的生成38
4.1 点的生成算法38
4.2 直线的生成算法39
4.2.1 DDA算法39
4.2.2 Bresenham算法40
4.3 圆的生成算法41
4.4 区域填充算法44
4.4.1 多边形扫描转换算法44
4.4.2 边缘填充算法49
4.4.3 种子填充算法50
4.5 字符的生成51
4.6 光栅图形的反走样51
本章小结53
习题453
第5章 OpenGL中基本图元的绘制54
5.1 点的绘制55
5.2 直线的绘制55
5.3 可填充的图元绘制57
5.4 多边形的绘制模式58
5.5 圆和椭圆的绘制61
5.6 状态的保存63
5.7 字符的绘制65
5.8 反走样的实现67
本章小结68
习题568
第6章 图形用户界面与交互技术69
6.1 概述69
6.2 人机交互用户界面的设计原则70
6.3 逻辑输入设备及数据输入处理71
6.3.1 逻辑输入设备72
6.3.2 数据输入处理73
6.4 基本交互技术74
6.4.1 基本绘图技术74
6.4.2 基本三维交互技术74
6.5 OpenGL交互与动画技术的实现75
6.5.1 窗口改变回调函数75
6.5.2 闲置回调函数75
6.5.3 重绘回调函数76
6.5.4 单、双缓存技术77
6.5.5 键盘交互78
6.5.6 鼠标交互80
6.5.7 快捷菜单82
6.5.8 子窗口与多窗口83
6.5.9 显示列表84
6.5.10 拾取操作88
本章小结95
习题695
第7章 图形变换96
7.1 二维基本几何变换96
7.1.1 平移变换96
7.1.2 比例变换97
7.1.3 旋转变换98
7.1.4 对称变换98
7.1.5 错切变换100
7.2 齐次坐标101
7.2.1 齐次坐标的概念101
7.2.2 二维齐次坐标变换102
7.3 组合变换103
7.3.1 组合平移103
7.3.2 组合旋转104
7.3.3 组合缩放104
7.3.4 对任一固定点旋转105
7.3.5 对任一固定点缩放105
7.3.6 对任一固定轴对称变换106
7.3.7 矩阵合并特性107
7.4 二维观察108
7.4.1 二维观察流程108
7.4.2 窗口到视区的变换110
7.4.3 OpenGL二维图形变换及其实例113
7.4.4 二维直线裁剪算法及其实现120
7.4.5 其他二维图形裁剪算法介绍128
7.5 三维几何变换129
7.5.1 三维基本几何变换129
7.5.2 三维组合变换134
7.5.3 OpenGL三维图形变换及其
实例136
本章小结141
习题7141
第8章 三维观察与投影变换142
8.1 三维观察142
8.1.1 三维观察流程142
8.1.2 三维观察坐标系142
8.1.3 从世界坐标系到观察坐标系的变换143
8.2 投影变换144
8.2.1 平行投影145
8.2.2 透视投影147
8.3 空间规范化149
8.4 三维裁剪152
8.4.1 三维区域码152
8.4.2 三维编码裁剪法153
8.5 OpenGL三维观察与投影函数154
本章小结157
习题8157
第9章 真实感图形绘制158
9.1 颜色模型158
9.1.1 RGB模型158
9.1.2 CMY模型159
9.1.3 HSV模型159
9.1.4 YIQ模型160
9.1.5 OpenGL颜色表示160
9.2 光照基础知识164
9.2.1 表面光照效果164
9.2.2 光源165
9.2.3 反射定律165
9.2.4 折射定律165
9.3 简单光照明模型166
9.3.1 环境反射光166
9.3.2 漫反射光166
9.3.3 镜面反射光167
9.3.4 Phong光照模型168
9.4 消隐技术170
9.4.1 消隐算法分类170
9.4.2 深度缓存算法171
9.4.3 OpenGL消隐算法的实现172
9.5 OpenGL的简单光照实现175
9.6 雾气效果180
9.7 透明的生成182
9.8 阴影的生成184
9.9 纹理映射187
9.9.1 纹理概念187
9.9.2 OpenGL基本纹理映射188
9.9.3 自动纹理映射193
9.9.4 Mipmap纹理映射技术195
本章小结197
习题9197
第10章 曲线曲面造型198
10.1 曲线曲面基础知识198
10.1.1 曲线曲面表示198
10.1.2 插值与逼近200
10.1.3 参数连续性与几何连续性201
10.2 Bézier曲线曲面203
10.2.1 Bézier曲线曲面的定义203
10.2.2 Bézier曲线曲面的性质205
10.3 B样条曲线曲面207
10.3.1 B样条曲线曲面的定义207
10.3.2 B样条曲线曲面的性质208
10.4 NURBS曲线曲面209
10.4.1 NURBS曲线曲面的定义209
10.4.2 NURBS曲线曲面的性质210
10.5 多结点样条曲线曲面211
10.5.1 多结点样条曲线曲面的定义211
10.5.2 多结点样条曲线曲面的性质213
10.6 曲线曲面造型算法比较214
10.7 OpenGL中曲线曲面绘制215
10.7.1 Bézier曲线曲面绘制215
10.7.2 NURBS曲线曲面绘制223
10.7.3 控制点基函数曲线曲面绘制230
本章小结242
习题10242
第11章 三维形体的表示243
11.1 构造实体几何表示法243
11.2 扫描表示法244
11.3 分解模型表示法245
11.4 边界表示法246
11.5 分形几何法247
11.5.1 分形几何概念247
11.5.2 分形几何模型248
11.5.3 OpenGL分形实现举例250
11.6 粒子系统254
11.6.1 粒子系统介绍254
11.6.2 OpenGL粒子系统255
本章小结259
习题11259
实验一 OpenGL图形编程入门260
实验二 OpenGL的简单动画267
实验三 OpenGL的键盘交互绘制272
实验四 OpenGL的鼠标交互绘制277
实验五 基本图元的生成算法282
实验六 2D图形变换291
实验七 2D太阳系绘制294
实验八 线段裁剪算法298
实验九 3D编程基础300
实验十 3D机器人306
实验十一 交互的3D漫游世界310
实验十二 简单光照和材质315
实验十三 雾、透明和阴影331
实验十四 3DS格式的模型显示349
实验十五 纹理映射371
实验十六 Bézier曲线曲面绘制383
实验十七 多结点样条曲线曲面绘制385
参考文献387
