计算机图形学形成于20世纪60年代，现在已逐渐发展成为以图形硬件设备、图形处理专用算法和图形软件系统等为研究内容的一门成熟学科，并成为计算机学科中最活跃的分支之一。
　　本书以作者多年来讲授“计算机图形学”的讲义为蓝本编写而成。在结构编排上，本书以基础概念、图形显示、图形生成、图形观察、图形建模和图形动画为主线，便于读者系统地领悟计算机图形学的发展和应用宗旨。在描述方式上，采取启发式方法使读者能从概念、技术和应用三个不同层次上理解计算机图形学的内容。

　　本书特色
● 注重概念性：以“授之以渔”为出发点，注重表述计算机图形学的概念内涵、算法原理和思想方法，避免繁琐的公式推导和复杂的软件实现技术。
● 注重系统性：没有简单地罗列概念和定义，而是注重概念的系统性，将计算机图形学的所有内容用一条知识主线贯穿起来，使读者能学以致用。
● 注重形象性：书中采用很多图示来对各种概念进行解释，便于读者学习时理解和记忆。
● 本书部分内容得到国家自然科学基金 (69903006, 60373065) 和教育部“新世纪优秀人才资助计划”(NCET-04-0460) 的资助。


　　封面图片介绍
　　南京大学北大楼建于1917年，由美国建筑师司迈尔 (A. G. Smal) 设计，陈明记营造厂承建，建筑面积3473平方米。大楼地上2层，地下1层，砖木结构，采用中国传统的建筑形式设计，同时又糅合了西方的建筑布局，在大楼南立面的中部，建有一座高5层的正方形塔楼，将大楼分隔成对称的东西两半，塔楼顶部又冠以十字形脊顶，是西洋式钟楼的一种变形。大楼墙壁用明代城墙砖砌筑，清水勾缝，墙面布满了爬藤植物。这幢大楼现已成为南京大学的标志性建筑，入选新金陵48景，现为南京大学办公楼。

无

计算机图形学是目前计算机学科中最活跃的分支之一，已成为信息技术领域不可缺少的重要内容和发展基石。同时，计算机图形学应用已经渗透到科研、工程、商业、艺术等社会生活和工业生产的几乎一切领域，并与这些领域的发展相互推动和促进。
　　本书是根据作者多年来为高等院校计算机科学与技术学科本科生和硕士生讲授计算机图形学课程的实践经验而编写的。本书主要有以下特点：
　　* 重概念：在编写过程中，我们以“授之以渔”为出发点，注重表述计算机图形学的概念内涵、算法原理和思想方法，既没有将计算机图形学中繁琐的公式推导和复杂的软件实现技术作为重点，也没有强调计算机图形学的使用技能。我们认为，对于有志于从事计算机图形学研究的读者来说，课程和教材只能起到“领进门”的作用，深入、系统的知识必须借助这一领域的专著才能真正获得。同样，对于关心软件实现和应用技能的读者来说，唯一的解决办法不是看许多书籍，而是不断地去实践，在理解的同时注重实习和应用，才能深切体会概念的内涵，领悟概念与技能间的关系。
　　* 重系统：本书注重概念的系统性，使读者能学以致用。在内容的编排上，不是采用传统的二维与三维或硬件和软件的分类方式，而是归结为以基础概念、图形显示、图形生成、图形观察、图形建模和图形动画为主线，使读者能从概念、技术和应用三个不同层次上同时理解图形学内容。
　　* 重形象：“一图胜千言”是图形图像领域的一句名言，本书充分体现了这一特点，没有简单地罗列各种概念，也没有严格地定义每个概念，而是将概念的图解放在十分重要的位置，采用很多图示来对各种概念进行解释，便于读者学习时理解和记忆。
　　本书由孙正兴和周良共同筹划，由孙正兴统一审核和定稿。第1章和第2章由孙正兴编写，第3章和第6章由周良编写，第4章和第5章由郑洪源编写，第7章由谢强编写。本书的部分内容得到了国家自然科学基金（69903006，60373065）和教育部“新世纪优秀人才资助计划”（NCET040460）的资助。由于编者水平所限，书中难免存在不足，恳请读者和同行指正。

　　编者
　　2006年4月于南京

计算机图形学形成于20世纪60年代，现在已逐渐发展成为以图形硬件设备、图形处理专用算法和图形软件系统等为研究内容的一门成熟学科，并成为计算机学科中最活跃的分支之一。 本书以作者多年来讲授“计算机图形学”的讲义为蓝本编写而成。在结构编排上，本书以基础概念、图形显示、图形生成、图形观察、图形建模和图形动画为主线，便于读者系统地领悟计算机图形学的发展和应用宗旨。在描述方式上，采取启发式方法使读者能从概念、技术和应用三个不同层次上理解计算机图形学的内容。 本书特色 ● 注重概念性：以“授之以渔”为出发点，注重表述计算机图形学的概念内涵、算法原理和思想方法，避免繁琐的公式推导和复杂的软件实现技术。 ● 注重系统性：没有简单地罗列概念和定义，而是注重概念的系统性，将计算机图形学的所有内容用一条知识主线贯穿起来，使读者能学以致用。 ● 注重形象性：书中采用很多图示来对各种概念进行解释，便于读者学习时理解和记忆。 ● 本书部分内容得到国家自然科学基金 (69903006, 60373065) 和教育部“新世纪优秀人才资助计划”(NCET-04-0460) 的资助。 封面图片介绍 南京大学北大楼建于1917年，由美国建筑师司迈尔 (A. G. Smal) 设计，陈明记营造厂承建，建筑面积3473平方米。大楼地上2层，地下1层，砖木结构，采用中国传统的建筑形式设计，同时又糅合了西方的建筑布局，在大楼南立面的中部，建有一座高5层的正方形塔楼，将大楼分隔成对称的东西两半，塔楼顶部又冠以十字形脊顶，是西洋式钟楼的一种变形。大楼墙壁用明代城墙砖砌筑，清水勾缝，墙面布满了爬藤植物。这幢大楼现已成为南京大学的标志性建筑，入选新金陵48景，现为南京大学办公楼。

孙正兴 周良 郑洪源 谢强：孙正兴: 孙正兴博士，南京大学计算机科学与技术系教授、博士生导师、学术委员会委员。研究兴趣包括：多媒体计算、视觉信息处理和智能人机交互等。现任江苏省微型电脑应用协会第五届理事会副理事长、多媒体技术专业委员会主任；江苏省计算机学会计算机辅助设计与图形学专业委员会主任。主持“中国博士后科学基金”项目一项、“国家自然科学基金”项目两项，曾获省部级科技进步三等奖三次；入选教育部“高等学校骨干教师资助计划(1999年度)”和“新世纪优秀人才支持计划(2004年度)”。
周良: 周良在职博士研究生，南京航空航天大学信息学院计算机系副教授。研究兴趣为智能人机交互、信息系统及信息安全。参与完成多项国家863 CIMS工程及省市信息化应用示范工程，曾获民航总局科学技术进步三等奖。
郑洪源: 郑洪源博士，南京航空航天大学信息学院计算机系副教授。研究兴趣为智能人机交互、信息系统及信息安全。参与完成多项国家863 CIMS工程及省市信息化应用示范工程。
谢强: 谢强博士，南京航空航天大学信息学院计算机系副教授。研究兴趣为智能人机交互、信息系统及信息安全。参与完成多项国家863 CIMS工程及省市信息化应用示范工程。

第1章图形学基础
11计算机图形学的产生与发展
12计算机图形学的学科范畴
121计算机图形学的研究内容
122计算机图形学中的图形定义
123计算机图形学的相关学科
13计算机图形学应用及其发展
131人机交互技术
132计算可视化
133真实感图形显示
134虚拟现实技术
135计算机辅助设计
136计算机动画
14计算机图形系统
141计算机图形系统的软件
142计算机图形系统的硬件
15计算机图形软件标准
151图形软件标准的类型
152标准图形支撑软件
153可缩放矢量图形标准
16计算机图形系统的颜色模型
161颜色特征描述：颜色空间
162三基色原理和XYZ模型
163设备输出颜色模型
164用户交互颜色模型
165颜色模型间的转换和颜色插值
思考题
第2章图形显示与生成
21图形显示原理
211阴极射线管
212光栅扫描显示原理
213随机扫描显示原理
214液晶显示器
215数字墨水：开启“自然计算时代”
216其他图形输出设备
22线画图元生成
221图元生成的基本概念
222线段生成的Bresenham算法
223中点圆生成算法
224中点椭圆生成算法
23填充图元生成
231多边形扫描转换填充
232区域填充
233扫描转换填充与区域填充的比较
24字符图元生成
241字符编码标准
242点阵字符生成
243矢量字符生成
244点阵字符和矢量字符的比较
25反走样技术
251反走样的基本原理
252常用的反走样技术
思考题
第3章图形观察与变换
31图形观察和变换原理
311观察和变换过程
312图形系统中的坐标系
313图形系统中的图形变换
32窗口与视区变换
321窗视变换过程
322二维观察坐标系
323二维观察变换：规范化变换
324二维观察变换：工作站变换
33二维图形的裁剪
331裁剪的效率
332点的裁剪
333线段裁剪
334多边形裁剪
34二维几何变换
341二维变换的齐次表示
342二维基本几何变换
35三维几何变换
351三维坐标表示
352三维几何变换齐次矩阵
353三维基本几何变换
36三维投影变换
361平行投影
362透视投影
37图形观察变换
371观察坐标系定义
372观察坐标变换
373观察空间
374裁剪空间定义
思考题
第4章图形表示与建模
41规则形体的表示
411规则形体表示的基本概念
412实体的定义与运算
413三维形体的表示方法
42非规则形体的表示
421分形几何
422形状文法
423粒子系统
424基于物理的建模
思考题
第5章图形的真实感显示
51消隐技术
511消隐的基本概念
512后向面判别算法
513深度缓冲器算法
514A缓冲器算法
515画家算法
516BSP树算法
52光照模型
521简单光照模型
522面绘制模型
523整体光照模型
524基本效果模型
53OpenGL的光照模型
531建立光源
532定义材料性质
533真实感显示应用
思考题
第6章曲线和曲面基础
61曲线和曲面的基础知识
611曲线和曲面的参数化表示
612曲线和曲面的基本类型
613曲线和曲面的基函数表示
614曲线的连续性
62参数三次插值样条曲线
621参数三次插值样条曲线的类型和性质
622自然三次插值样条
623Hermite三次插值样条
624Cardinal样条
625KochanelBartels样条
63Bézier曲线和曲面
631Bernstein基函数及其性质
632Bézier曲线的定义和性质
633Bézier曲线生成的分割递推算法
634Bézier曲线逼近
635Bézier曲线的拼接
636Bézier曲线的升降阶
637Bézier曲面的定义和性质
64B样条曲线和曲面
641B样条基函数
642B样条曲线的定义
643B样条曲线的性质
644B样条曲线的类型
645B样条曲线的离散生成
646B样条曲线的节点插入
647B样条曲线的形状控制
648B样条曲线与Bézier曲线的比较
649B样条曲面的定义
65NURBS曲线和曲面
651有理样条曲线定义
652NURBS曲线的表示
653NURBS曲线的形状因子
654二次曲线的NURBS表示
655NURBS曲面的表示与性质
思考题
第7章图形动画原理
71计算机动画的概念和应用领域
711动画的基本原理
712计算机动画的概念
713计算机动画的应用领域
72计算机动画的基本原理
721计算机动画的基本类型
722计算机动画的关键技术
73二维动画的制作
731二维动画简介
732二维动画的制作过程
733二维动画的软件系统
74三维动画的制作
741三维动画简介
742三维动画的制作过程
743制作三维动画的软件系统
75计算机动画的最新发展
思考题
参考文献