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三维计算机图形学

“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材

作者:
孔令德 等
定价:
58.00 元
版面字数:
680千字
开本:
16开
装帧形式:
平装
版次:
1
最新版次
印刷时间:
2020年
ISBN:
978-7-04-053471-9
物料号:
53471-00
出版时间:
2020-05-28
读者对象:
高等教育
一级分类:
计算机/教育技术类
二级分类:
计算机类专业核心课程
三级分类:
计算机图形学

为引导读者从原理到算法、从算法到代码,逐步深入学习三维计算机图形学,本书从光照入手重点讲解以“Utah茶壶”为案例的自由曲面建模方法,以BlinnPhong模型和CookTorrance模型为代表的局部光照模型算法,以光线跟踪算法和辐射度方法为代表的全局光照模型算法,并依据图形生成原理将每个算法封装为类,集成所有类构造三维场景。

本书主要知识点有简单三维物体和自由曲面的建模方法、三维几何变换算法、透视投影算法、三角形填充算法、深度缓冲消隐算法、光照模型算法、纹理映射算法、光线跟踪算法和辐射度方法。本书精心设计了50多个案例来展示算法效果,让读者从代码中学习算法的编程实现。书中提供了Visual C++ 2010之MFC绘图函数的使用方法,帮助初学者熟悉使用C++语言绘图。本书适合作为高等学校计算机、数字媒体技术等相关专业本科生、研究生教材,也可以作为游戏开发、数控加工、VR/AR从业人员的参考书。

  • 目录
    • 前辅文
      • 第1章 双缓冲动画基础
        • 1.1 计算机图形学的概念
          • 1.2 计算机图形学的应用领域
            • 1.2.1 计算机游戏
              • 1.2.2 计算机辅助几何设计
                • 1.2.3 虚拟现实
                  • 1.2.4 计算机辅助教学
                  • 1.3 计算机图形学的相关学科
                    • 1.4 计算机图形学的确立与发展
                      • 1.4.1 国外计算机图形学的发展
                        • 1.4.2 我国计算机图形学的发展
                        • 1.5 图形显示器的工作原理
                          • 1.5.1 光栅扫描显示器
                            • 1.5.2 液晶显示器
                            • 1.6 三维图形显示技术
                              • 1.6.1 投影技术
                                • 1.6.2 三维立体显示方法
                                • 1.7 双缓冲动画技术
                                  • 1.7.1 双缓冲动画原理
                                    • 1.7.2 动画技术相关函数
                                    • 1.8 综合案例1:小球碰撞动画
                                      • 1.9 本章小结
                                        • 习题
                                        • 第2章 简单三维物体建模
                                          • 2.1 物体的表示方法
                                            • 2.2 计算机图形学中常用的坐标系
                                              • 2.3 基于顶点的边界表示法
                                                • 2.3.1 几何信息与拓扑信息
                                                  • 2.3.2 双表结构
                                                  • 2.4 立方体建模
                                                    • 2.4.1 点表与面表
                                                      • 2.4.2 类的设计
                                                      • 2.5 球体建模
                                                        • 2.5.1 无点表和面表
                                                          • 2.5.2 球体的点表和面表
                                                          • 2.6 综合案例2:金字塔建模
                                                            • 2.7 本章小结
                                                              • 习题
                                                              • 第3章 三维仿射变换
                                                                • 3.1 三维变换
                                                                  • 3.1.1 平移变换
                                                                    • 3.1.2 缩放变换
                                                                      • 3.1.3 旋转变换
                                                                        • 3.1.4 反射变换
                                                                          • 3.1.5 错切变换
                                                                            • 3.1.6 仿射变换
                                                                            • 3.2 基于齐次坐标的三维变换
                                                                              • 3.2.1 齐次坐标
                                                                                • 3.2.2 三维几何变换形式
                                                                                  • 3.2.3 三维几何变换矩阵
                                                                                    • 3.2.4 三维基本几何变换矩阵
                                                                                    • 3.3 三维复合变换
                                                                                      • 3.3.1 相对于任一参考点的三维变换
                                                                                        • 3.3.2 相对于任意方向的三维变换
                                                                                        • 3.4 坐标系变换
                                                                                          • 3.5 综合案例3:三维球体类动画
                                                                                            • 3.6 本章小结
                                                                                              • 习题
                                                                                              • 第4章 三维投影变换
                                                                                                • 4.1 投影分类
                                                                                                  • 4.2 正交投影
                                                                                                    • 4.3 斜投影
                                                                                                      • 4.4 透视投影
                                                                                                        • 4.4.1 透视投影坐标系
                                                                                                          • 4.4.2 世界坐标系到观察坐标系的变换
                                                                                                            • 4.4.3 观察坐标系到屏幕坐标系的变换
                                                                                                              • 4.4.4 透视投影分类
                                                                                                              • 4.5 综合案例4:立方体透视投影旋转动画
                                                                                                                • 4.6 本章小结
                                                                                                                  • 习题
                                                                                                                  • 第5章 自由曲面建模
                                                                                                                    • 5.1 Bezier曲线
                                                                                                                      • 5.1.1 Bezier曲线的定义
                                                                                                                        • 5.1.2 Bezier曲线的几何作图法
                                                                                                                          • 5.1.3 Bezier曲线的拼接
                                                                                                                          • 5.2 Bezier曲面
                                                                                                                            • 5.2.1 双三次Bezier曲面的定义
                                                                                                                              • 5.2.2 双三次Bezier曲面的递归细分
                                                                                                                                • 5.2.3 双三次Bezier曲面的法向量
                                                                                                                                  • 5.2.4 双三次Bezier曲面的应用
                                                                                                                                  • 5.3 综合案例5:Utah茶壶线框模型动画
                                                                                                                                    • 5.4 本章小结
                                                                                                                                      • 习题
                                                                                                                                      • 第6章 直线光栅化
                                                                                                                                        • 6.1 DDA算法
                                                                                                                                          • 6.1.1 0≤k≤1斜率的直线
                                                                                                                                            • 6.1.2 任意斜率的直线
                                                                                                                                            • 6.2 Bresenham算法
                                                                                                                                              • 6.2.1 0≤k≤1斜率的直线
                                                                                                                                                • 6.2.2 整数Bresenham算法
                                                                                                                                                  • 6.2.3 通用整数Bresenham算法
                                                                                                                                                    • 6.2.4 颜色渐变直线算法
                                                                                                                                                    • 6.3 反走样直线
                                                                                                                                                      • 6.3.1 反走样技术分类
                                                                                                                                                        • 6.3.2 超采样技术
                                                                                                                                                          • 6.3.3 反走样简化模型
                                                                                                                                                          • 6.4 Wu反走样直线算法
                                                                                                                                                            • 6.4.1 反走样原理
                                                                                                                                                              • 6.4.2 构造距离误差项
                                                                                                                                                                • 6.4.3 Wu算法
                                                                                                                                                                  • 6.4.4 颜色渐变直线反走样算法
                                                                                                                                                                  • 6.5 综合案例6:绘制红绿蓝直线校核图
                                                                                                                                                                    • 6.6 本章小结
                                                                                                                                                                      • 习题
                                                                                                                                                                      • 第7章 填充三角形
                                                                                                                                                                        • 7.1 多边形的光栅化
                                                                                                                                                                          • 7.1.1 多边形的表示方法
                                                                                                                                                                            • 7.1.2 多边形的着色模式
                                                                                                                                                                              • 7.1.3 马赫带效应
                                                                                                                                                                                • 7.1.4 双线性颜色插值算法
                                                                                                                                                                                • 7.2 填充矩形
                                                                                                                                                                                  • 7.2.1 平面着色模式填充矩形
                                                                                                                                                                                    • 7.2.2 边界像素处理规则
                                                                                                                                                                                      • 7.2.3 光滑着色模式填充矩形
                                                                                                                                                                                      • 7.3 边标志算法
                                                                                                                                                                                        • 7.3.1 基本思想
                                                                                                                                                                                          • 7.3.2 光滑着色模式填充三角形
                                                                                                                                                                                            • 7.3.3 光栅化边
                                                                                                                                                                                            • 7.4 有效边表算法
                                                                                                                                                                                              • 7.4.1 x扫描线法
                                                                                                                                                                                                • 7.4.2 示例三角形
                                                                                                                                                                                                  • 7.4.3 有效边与有效边表
                                                                                                                                                                                                    • 7.4.4 桶表与边表
                                                                                                                                                                                                    • 7.5 综合案例7:边标志算法填充正六边形
                                                                                                                                                                                                      • 7.6 本章小结
                                                                                                                                                                                                        • 习题
                                                                                                                                                                                                        • 第8章 可见面算法
                                                                                                                                                                                                          • 8.1 消隐算法分类
                                                                                                                                                                                                            • 8.2 隐藏线消除算法
                                                                                                                                                                                                              • 8.2.1 凸多面体消隐算法
                                                                                                                                                                                                                • 8.2.2 曲面体消隐算法
                                                                                                                                                                                                                  • 8.2.3 三维向量类
                                                                                                                                                                                                                    • 8.2.4 背面剔除算法
                                                                                                                                                                                                                    • 8.3 隐藏面消除算法
                                                                                                                                                                                                                      • 8.3.1 三维屏幕坐标系
                                                                                                                                                                                                                        • 8.3.2 计算伪深度
                                                                                                                                                                                                                          • 8.3.3 面消隐算法分类
                                                                                                                                                                                                                          • 8.4 深度缓冲器算法
                                                                                                                                                                                                                            • 8.4.1 算法原理
                                                                                                                                                                                                                              • 8.4.2 算法描述
                                                                                                                                                                                                                                • 8.4.3 计算多边形表面内的采样点深度
                                                                                                                                                                                                                                  • 8.4.4 初始化缓冲器
                                                                                                                                                                                                                                    • 8.4.5 匹配缓冲器数组的下标
                                                                                                                                                                                                                                    • 8.5 深度排序算法
                                                                                                                                                                                                                                      • 8.5.1 算法原理
                                                                                                                                                                                                                                        • 8.5.2 算法描述
                                                                                                                                                                                                                                        • 8.6 综合案例8:三维五角星旋转动画
                                                                                                                                                                                                                                          • 8.7 本章小结
                                                                                                                                                                                                                                            • 习题
                                                                                                                                                                                                                                            • 第9章 三维场景局部光照模型
                                                                                                                                                                                                                                              • 9.1 颜色模型
                                                                                                                                                                                                                                                • 9.1.1 原色系统
                                                                                                                                                                                                                                                  • 9.1.2 RGB颜色模型
                                                                                                                                                                                                                                                    • 9.1.3 CMY颜色模型
                                                                                                                                                                                                                                                    • 9.2 简单光照模型
                                                                                                                                                                                                                                                      • 9.2.1 材质属性
                                                                                                                                                                                                                                                        • 9.2.2 环境光
                                                                                                                                                                                                                                                          • 9.2.3 漫反射光
                                                                                                                                                                                                                                                            • 9.2.4 镜面反射光
                                                                                                                                                                                                                                                              • 9.2.5 光源衰减
                                                                                                                                                                                                                                                                • 9.2.6 增加颜色
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 9.2.7 简单光照模型算法
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 9.3 光滑着色
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 9.3.1 三角形网格近似表示曲面
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 9.3.2 Gouraud明暗处理
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 9.3.3 Phong明暗处理
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 9.3.4 Gouraud明暗处理和Phong明暗处理的对比
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 9.4 CookTorrance局部光照模型
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 9.4.1 Fresnel项
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 9.4.2 微平面分布函数
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 9.4.3 几何衰减因子
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 9.4.4 漫反射率与镜面反射率的约束关系
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 9.5 简单透明算法
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 9.5.1 简单透明算法
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 9.5.2 雾算法
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 9.6 简单阴影算法
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 9.6.1 阴影的分类
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 9.6.2 两步阴影算法
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 9.7 纹理映射
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 9.7.1 纹理的定义
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 9.7.2 纹理分类
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 9.7.3 颜色映射
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 9.7.4 环境映射
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 9.7.5 两步纹理映射
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 9.7.6 三维纹理
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 9.7.7 凹凸纹理
                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 9.7.8 纹理反走样
                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 9.8 综合案例9:Utah茶壶双面纹理映射算法
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 9.9 本章小结
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 习题
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 第10章 复杂场景全局光照模型
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 10.1 全局光照模型
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 10.1.1 直接光照与间接光照
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 10.1.2 绘制方程
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 10.1.3 光线传播方式
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 10.2 光线跟踪算法
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 10.2.1 基本原理
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 10.2.2 Whitted模型
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 10.2.3 光线的表示
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 10.2.4 光线与物体的碰撞测试
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 10.2.5 几何对象
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 10.2.6 观察平面
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 10.2.7 设置三维场景
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 10.2.8 光线跟踪函数
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 10.2.9 反射光线函数
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 10.2.10 折射光线函数
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 10.2.11 着色函数
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 10.2.12 阴影函数
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 10.2.13 反走样函数
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 10.3 辐射度方法
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 10.3.1 名词解释
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 10.3.2 Lambertian反射体
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 10.3.3 辐射度
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 10.3.4 形状因子
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 10.3.5 算法实现
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 10.4 综合案例10:光线跟踪算法渲染圆环和球的三维场景
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 10.5 本章小结
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 习题
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 第11章 MFC绘图基础
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 11.1 MFC上机操作步骤
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 11.1.1 应用程序向导
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 11.1.2 查看工程信息
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 11.1.3 类的继承关系
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 11.2 设置绘图环境
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 11.2.1 单文档窗口显示参数
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 11.2.2 CDC派生类
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 11.2.3 GDI工具类
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 11.2.4 映射模式
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 11.2.5 颜色表示
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 11.2.6 GDI对象
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 11.3 CDC类的绘图函数
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 11.4 位图操作
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 11.4.1 位图分类
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 11.4.2 颜色表
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 11.4.3 位图文件结构
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 11.4.4 位图操作函数
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 11.5 输出文本和字体
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 11.5.1 输出文本
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 11.5.2 输出字体
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 11.6 交互式绘图
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 11.7 综合案例11:交互式绘制直线
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 11.8 本章小结
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 习题
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 第12章 实验项目指导
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 12.1 实验项目设计思想
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 12.2 实验目的
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 12.3 实验项目示例
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 12.4 实验指导
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 12.5 实验效果
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 参考文献
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                课程网址: null

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