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。自学编程的书籍
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。
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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