计算机图形学

出版时间：2010-7  出版社：电子工业  作者：(美)赫恩//巴克|译者:蔡士杰//宋继强//蔡敏  页数：702  
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前言

计算机图形学是一种最令人兴奋的且发展最快的现代技术。自从本书第一版面市以来，计算机图形已成为一般的应用软件和计算机系统的标准特点。计算机图形方法普遍地应用于许多产品的设计、培训模拟、音乐视频和电视广告产品、动画、数据分析、科学研究以及其他应用之中。各种应用领域所需的许多技术和硬件设备已经投入使用或正在开发之中。特别值得一提的是，当前计算机图形学研究中有许多与改善图片生成的效率和速度有关。为了生成一张自然景象的真实感视图，图形程序必须模拟实际的光照效果和物理对象的折射。因此，当前计算机图形学的趋势是将改进的物理原理的近似结合到图形算法中，从而更好地模拟物体和照明环境之间的复杂交互。第三版的特色本书第三版的内容来自于我们多年来开设的各种课程的要点，这些课程包括计算机图形学引论、高级计算机图形学、科学计算可视化、专题和项目课程。在撰写本书第一版时，许多图形学课程和应用仅处理二维方法，因而我们将二维和三维图形技术分开讨论。本书第一版的前一半内容讲述了二维计算机图形处理的基础概念，而在后面讨论三维方法。不过现在三维图形的应用非常普遍，并且许多主要的计算机图形学课程或者主要处理三维方法，或者较早地介绍三维图形；因此，第三版的主要特点是将二维和三维主题集成在一起。我们也扩充了许多相关主题，包括图形学当前的发展概况和新应用的讨论。本书第三版涵盖的内容有：图形系统当前的硬件和软件组成、分形几何、光线追踪、样条、光照模型、表面绘制、计算机动画、虚拟现实、图形算法的并行实现、反走样、超二次曲面、BSP树、粒子系统、基于物理的建模、科学计算可视化、辐射度、凹凸映射和变形；主要扩展的内容有：动画、对象表示、三维观察流水线、光照模型、表面绘制技术和纹理映射。第三版中另一有意义的改变是引入现在广泛应用并且多数计算机系统都具备的0penGL图形子程序。0penGL软件包为使用通用语言（如c和c++）进行编程以及创建计算机图形显示，提供了巨大的、有效的且设备无关的函数集合。0penGL的辅助库提供对需要设备交互的输入和输出操作以及其他的图形过程（如生成圆柱形状、球形对象和B样条的处理）。程序设计示例第三版中提供了20多个完整的C++程序示例，这些都是采用流行的0penGL软件包中的图形子程序库编写的。这些程序展示了基本构图技术、二维和三维几何变换、二维和三维观察方法、透视投影、样条生成、分形方法、交互鼠标输入、拾取操作、菜单和子菜单显示以及动画技术的应用。另外，书中还给出了100多个c++／0penGL程序段，用于展示裁剪、光照效果、表面绘制、纹理映射和许多其他计算机图形方法的算法实现。

内容概要

　　 本书是一本内容丰富、取材新颖的计算机图形学著作，并在其前一版的基础上进行了全面扩充，增加了许多新的内容，覆盖了近年来计算机图形学的最新发展和成就。全书层次分明、重点突出，并附有使OpenGL编写的大量程序以及各种效果图，是一本难得的优秀教材。    本书共分为15章，全面系统地讲解了计算机图形学的基本概念和相关技术。作者首先对计算机图形学进行综述；然后讲解了二维图形的对象表示、算法及应用，三维图形的相关技术、建模和变换等；接着介绍了光照模型、颜色模型和动画技术。本书还新增了有关层次建模和图形文件格式的介绍，最后的附录给出了计算机图形学中用到的基本数学概念。    本书可作为信息技术等相关专业本科生和研究生的教材或参考书，也可作为计算机图形技术人员的参考资料。

作者简介

作者：（美国）赫恩（Donald Hearn） （美国）巴克（M.Pauline Baker） 译者：蔡士杰 宋继强 蔡敏 等 合著者：蔡士杰Donald Hearn，从1985年开始任教于伊利诺伊大学Urbana-Champmgn分校的计算机科学学院。Hewn博士担任过多门课程的教学工作，其中包括计算机图形学、科学计算可视化、计算科学、数学和应用科学等。他还指导过多个研究项目并在该领域发表了大量的学术论文。 M.Pauline Baker，印第安纳大学一普度大学计算机科学学院和信息学院的教授。Baker博士担任着可视化和交互空间渗透技术实验室主任一职，同时她也是一位杰出的科学家。Baker博士正在研究使用计算机图形和虚拟现实技术进行科学数据挖掘。在此之前，她还担任过伊利诺伊大学NCSA的可视化和虚拟环境实验室副主任。

书籍目录

第1章  计算机图形学综述	　1.1　图和表	　1.2　计算机辅助设计	　1.3　虚拟现实环境	　1.4　数据可视化	　1.5　教学与培训	　1.6　计算机艺术	　1.7　娱乐	　1.8　图像处理	　1.9　图形用户界面	　1.10  小结	　参考文献	第2章  图形系统概述	　2.1　视频显示设备	　2.2　光栅扫描系统	　2.3　图形工作站和观察系统	　2.4　输入设备	　2.5　硬拷贝设备	　2.6　图形网络	　2.7　因特网上的图形	　2.8　图形软件	　2.9　OpenGL简介	　2.10  小结	　参考文献	　练习题	第3章  输出图元	　3.1　坐标系统	　3.2　OpenGL中指定二维世界坐标系统	　3.3　OpenGL画点函数	　3.4　OpenGL画线函数	　3.5　画线算法	　3.6　并行画线算法	　3.7　帧缓存值的装载	　3.8　OpenGL曲线函数	　3.9　圆生成算法	　3.10   椭圆生成算法	　3.11   其他曲线	　3.12   并行曲线算法	　3.13   像素编址和对象的几何要素	　3.14   填充区图元	　3.15   多边形填充区	　3.16   OpenGL多边形填充区函数	　3.17   OpenGL顶点数组	　3.18   像素阵列图元	　3.19   OpenGL像素阵列函数	　3.20   字符图元	　3.21   OpenGL字符函数	　3.22   图形分割	　3.23   OpenGL显示列表	　3.24   OpenGL显示窗口重定形函数	　3.25   小结	　示例程序	　参考文献	　练习题	第4章  图元的属性	　4.1　OpenGL状态变量	　4.2　颜色和灰度	　4.3　OpenGL颜色函数	　4.4　点的属性	　4.5　线的属性	　4.6　曲线属性	　4.7　OpenGL点属性函数	　4.8　OpenGL线属性函数	　4.9　填充区属性	　4.10   通用扫描线填充算法	　4.11   凸多边形的扫描线填充	　4.12   曲线边界区域的扫描线填充	　4.13   不规则边界区域的填充方法	　4.14   OpenGL填充区属性函数	　4.15   字符属性	　4.16   OpenGL字符属性函数	　4.17   反走样	　4.18   OpenGL反走样函数	　4.19   OpenGL查询函数	　4.20   OpenGL属性组	　4.21   小结	　参考文献	　练习题	第5章  几何变换	　5.1　基本的二维几何变换	　5.2　矩阵表示和齐次坐标	　5.3　逆变换	　5.4　二维复合变换	　5.5　其他二维变换	　5.6　几何变换的光栅方法	　5.7　OpenGL光栅变换	　5.8　二维坐标系间的变换	　5.9　三维空间的几何变换	　5.10   三维平移	　5.11   三维旋转	　5.12   三维缩放	　5.13   三维复合变换	　5.14   其他三维变换	　5.15   三维坐标系间的变换	　5.16   仿射变换	　5.17   OpenGL几何变换函数	　5.18   小结	　参考文献	　练习题	第6章  二维观察	　6.1　二维观察流水线	　6.2　裁剪窗口	　6.3　规范化和视口变换	　6.4　OpenGL二维观察函数	　6.5　裁剪算法	　6.6　二维点裁剪	　6.7　二维线裁剪	　6.8　多边形填充区裁剪	　6.9　曲线的裁剪	　6.10   文字的裁剪	　6.11   小结	　参考文献	　练习题	第7章  三维观察	　7.1　三维观察概念综述	　7.2　三维观察流水线	　7.3　三维观察坐标系参数	　7.4　世界坐标系到观察坐标系的变换	　7.5　投影变换	　7.6　正投影	　7.7　斜投影	　7.8　透视投影	　7.9　视口变换和三维屏幕坐标系	　7.10   OpenGL三维观察函数	　7.11   三维裁剪算法	　7.12   OpenGL任选裁剪平面	　7.13   小结	　参考文献	　练习题	第8章  三维对象的表示	　8.1　多面体	　8.2　OpenGL多面体函数	　8.3　曲面	　8.4　二次曲面	　8.5　超二次曲面	　8.6　OpenGL二次曲面和三次曲面函数	　8.7　柔性对象	　8.8　样条表示	　8.9　三次样条插值方法	　8.10   Bezier样条曲线	　8.11   Bezier曲面	　8.12   B样条曲线	　8.13   B样条曲面	　8.14   beta样条	　8.15   有理样条	　8.16   样条表示之间的转换	　8.17   样条曲线和曲面的显示	　8.18   OpenGL的逼近样条函数	　8.19   扫描表示法	　8.20   结构实体几何法	　8.21   八叉树	　8.22   BSP树	　8.23   分形几何方法	　8.24   形状语法和其他过程方法	　8.25   粒子系统	　8.26   基于物理的方法	　8.27   数据集可视化	　8.28   小结	　参考文献	　练习题	第9章  可见面判别算法	　9.1　可见面判别算法的分类	　9.2　后向面判别	　9.3　深度缓存算法	　9.4　A缓存算法	　9.5　扫描线算法	　9.6　深度排序算法	　9.7　BSP树算法	　9.8　区域细分算法	　9.9　八叉树算法	　9.10   光线投射算法	　9.11   可见性检测算法的比较	　9.12   曲面	　9.13   线框可见性算法	　9.14   OpenGL可见性检查函数	　9.15   小结	　参考文献	　练习题	第10章  光照模型与面绘制算法	　10.1　光源	　10.2　表面光照效果	　10.3　基本光照模型	　10.4　透明表面	　10.5　雾气效果	　10.6　阴影	　10.7　照相机参数	　10.8　光强度显示	　10.9　半色调模式和抖动技术	　10.10   多边形绘制算法	　10.11   光线跟踪方法	　10.12   辐射度光照模型	　10.13   环境映射	　10.14   光子映射	　10.15   添加表面细节	　10.16   用多边形模拟表面细节	　10.17   纹理映射	　10.18   凹凸映射	　10.19   帧映射	　10.20   OpenGL 光照和表面绘制函数	　10.21   OpenGL纹理函数	　10.22   小结	　参考文献	　练习题	第11章  图形用户界面和交互输入方法	　11.1　图形数据的输入	　11.2　输入设备的逻辑分类	　11.3　图形数据的输入功能	　11.4　交互式构图技术	　11.5　虚拟现实环境	　11.6　OpenGL支持交互式输入设备的函数	　11.7　OpenGL的菜单功能	　11.8　图形用户界面的设计	　11.9　小结	　参考文献	　练习题	第12章  颜色模型和颜色应用	　12.1　光的特性	　12.2　颜色模型	　12.3　标准基色和色度图	　12.4　RGB颜色模型	　12.5　YIQ颜色模型	　12.6　CMY和CMYK颜色模型	　12.7　HSV颜色模型	　12.8　HLS颜色模型	　12.9　颜色选择及其应用	　12.10   小结	　参考文献	　练习题	第13章  计算机动画	　13.1　计算机动画的光栅方法	　13.2　动画序列的设计	　13.3　传统动画技术	　13.4　通用计算机动画功能	　13.5　计算机动画语言	　13.6　关键帧系统	　13.7　运动的描述	　13.8　关节链形体动画	　13.9　周期性运动	　13.10   OpenGL动画子程序	　13.11   小结	　参考文献	　练习题	第14章  层次建模	　14.1　基本建模概念	　14.2　建模软件包	　14.3　通用层次建模方法	　14.4　使用OpenGL显示列表的层次建模	　14.5　小结	　参考文献	　练习题	第15章  图形文件格式	　15.1　图像文件结构	　15.2　降色方法	　15.3　文件压缩技术	　15.4　主流文件格式的结构	　15.5　小结	　参考文献　练习题附录A　计算机图形学的数学基础	参考文献	索引

章节摘录

插图：电子束的强度受设置在控制栅极上的电压电平控制。控制栅极是一个金属圆筒，紧挨着阴极安装。若在控制栅极上加上较高的负电压，则将阻止电子活动从而截断电子束，使之停止从控制栅极末端的小孔通过。而在控制栅极上施以较低的负电压，则仅仅减少了通过的电子数量。由于荧光层发射光的强度依赖于轰击屏幕的电子数量，因此可以通过改变控制栅极的电压来控制显示的光强。我们使用图形软件命令来设定各个屏幕位置的亮度级，这将在第3章进行讨论。CRT的聚焦系统用来控制电子束在轰击荧光层时会聚到一个小点。否则，由于电子互相排斥，电子束在靠近屏幕时会散开。聚焦既可以用电场实现，也可以用磁场实现。对于静电聚焦，电子束通过如图2.3所示的带正电荷的金属圆筒，该圆筒形成一个静电透镜。静电透镜的作用是使电子束聚焦在屏幕的中心，正如光学透镜将光束聚焦在指定的焦距一样。类似透镜的聚焦效果，可以由环绕CRT封装外部安装的线圈所形成的磁场来完成。磁性聚焦透镜能在屏幕上产生最小尺寸的亮点。在高精度系统中，还使用附加的聚焦硬件，以保持电子束能聚焦到所有屏幕位置。因为多数CRT弯曲部分的直径大于从聚焦系统到屏幕中心的距离，所以电子束到屏幕不同点所经过的距离是不同的。因此，电子束只能在屏幕中心正确聚焦。当电子束移到屏幕边框时，所显示的图像会变得模糊。系统可按电子束的屏幕位置来调整聚焦，从而弥补这一缺陷。电子束的偏转受电场或磁场控制。CRT现在通常配备一个装在CRT封装外部的磁性偏转线圈，如图2.2 所示。使用两对线圈，将它们成对地安装在CRT封装的颈部，一对安装在颈部的顶部和底部，另一对设置在颈部两侧。每对线圈产生的磁场造成横向偏转力，该力正交于磁场方向，也垂直于电子束的行进方向。一对线圈实现水平偏转，另一对则实现垂直偏转。

编辑推荐

《计算机图形学(第3版)》的第三版介绍了设计、使用和理解计算机图形系统及其应用的基本原理，并且提供了一些OPENGL编程实例。书中详细讨论了图形系统的软件和硬件组成，并且将二维和三维图形的相关内容集成到一起。对于没有计算机图形学背景知识的读者，作者提供了有关的基础概念，描述了如何创建从简单的线条图到复杂的真实场景的图片。《计算机图形学(第3版)》主要包含的新特性：对OpenGL计算机图形核心编程库GLU及辅助库GLUT提供了完整和综合的解释；包含了100多个内容广泛的编程实例，展示了OpenGL函数的使用；提供了20多个完整的C++程序，给出了使用C++编写的实例；将三维和二维计算机图形方法的讨论结合在一起。

用户评论 (总计113条)

•   本书是国外高校采用率很高的计算机图形学教材，共分为26章，全面系统地讲解了计算机图形学的基本概念和相关技术。书中先介绍图形学相关的数学知识，然后依次讲解图形学的光栅算法、三维观察、隐藏面消除、光照、纹理、绘制等算法和理论，并介绍可视感知、计算机动画、基于图像的绘制、可视化以及构建交互式图形应用等。本书可作为信息技术等相关专业本科生、研究生计算机图形学课程的教材，也可以作为计算机图形学工作者的参考用书。
•   计算机图形学原理与OpenGL的最佳组合，Wonderful！
•   翻译不算差，做到了“信”与“达”，内容不用说，强大，好多地方很好启发性！图形学的此类书籍真的不可多得，适合做图形学专业的细看或是相关专业的参考。
  虽然还没看完，但是就感觉知识面还是比较广，讲的也比较深入，需要比较好的理论功底，同时讲解了OPENGL的使用，比较实用‘值得购买的一本书。
•   我觉得是很经典的一版计算机图形学的书
•   教材经典，内容详实，计算机图形研究的必读资料。
•   非常适合计算机图形的研究人员
•   经典的图形计算机书籍
•   对了解图形学，openGL有很大帮助，不过内容有点范，我想看的东西在这里没找到，还是给个好评吧
•   图形学，和opengl 的基础，讲的比较广，涉及的问题自己能想想的话会更有效率的，
•   很好的图形学理论入门书籍 同时也是OPENGL开发入门的好书
•   基础图形学知识还是要看这本书.不然 直接看高级的有些吃力.
•   这本书比较好~，结合了图形学和OPGL的使用，性价比高~
•   这本跟前面那本图形学真好交替看！
•   书厚 是学习图形学很好的书
•   商品质量都非常好。是一本经典的图形学学习图书
•   作为图形学入门书级很不错，有得啃了
•   非常好的书 图形学必备
•   比较经典，在图形学书里算是比较好的几本之一，收藏
•   许多高校以此为教材。有位德国归来的计算机系留学生，介绍说，德国的教授也推荐这本书的英文版本给他们作为教材。
  没有接触过计算机图像学的入门者，觉得有点难，但相当全面。很有指导价值。
•   初看了一下，都是讲如何用各种有效地算法去生成图形，很不错！不过，有一个缺点是书很臭，有一股异味，看的时候很难受
•   这书对于搞计算机图像编程和影视制作的人来说是相当重要的一本书啊，绝对的理论基础书籍啊~
•   经典的教材啊~只可惜学时太短，我们并没有把书中的内容学完，这本书确实太厚了~
•   经典书籍，讲解的很详细，还可以学习opengl。
•   买了基本没用过。。。不是书不好。。。是我没好好学
•   图像学书籍很好 毕竟是外国人写的书，要看翻译的怎么样
•   内容，基本讲OPENGL的
•   内容比较全面，比较好的书。
•   经典书，特别是几何变换阶段，讲得很不错
•   给了我一个震撼的印象，讲解非常详细。适合初学者。
•   老师选的教材，感觉内容很多但不是很详细
•   初略翻了一下 内容很足 深度也不错
  我还是喜欢看这种 大部头的教材 有读头
•   前一段时间一直没时间评价，看了下书中的内容，还不错，很适合初学者。
•   这书很好用，作为教材使
•   导师推荐的，先买来看看。刚刚看了几章，无论从内容到排版都很经典。
•   经典的书，内容系统，由浅入深，翻译也到位，是一本入门的好书，正在使用中。快递也给力，满分。
•   不错，适合研究生看
•   中科大的教材，正在看
•   很经典的著作，读起来受益匪浅！
•   老师讲的就是这本书, 推荐一下
•   这本书很适用，发货有速度，当天即到
•   书质很好，很 不错的一本书
•   美中不足就是这本书被翻译了
•   这本书貌似不出版了，好不容易才找到
•   内容不错，质量也很好，入门必选
•   内容不错，买来当工具书，随时翻看。
•   内容较细
•   书不错 看了看里面的内容 正好要用
•   还是很不错，了解了不少内容，原理等
•   才看到第二章
•   书不错，做专业GUI或图像处理的必读书
•   包装很好，对打算从事软件游戏开发的有些基础的同学我觉得不错，就是我想要的
•   书写的很详细，大部分是基础理论，练习题有答案就更好了
•   快递员态度不咋地 ，像我欠他钱似得
•   书很好，隔了这么久才来好评，不错不错
•   只能慢慢啃了。
•   挺好的，很满意。。。。
•   很不错，正版的，就是发货有点慢
•   书挺好的，送货也快！！
•   寒假回家再看，书是不错的
•   慢慢读吧，太厚了...
•   一辈子都看不懂的书
•   看着挺好的！！
•   还没看，但是是做可视化推荐用书
•   还在研究中。
•   现在看 Box2D, cocos2d, 接着 windows 编程大师, 再接着还有基本, 然后才是这本.
  加油吧, 为了草莓味的粉木耳~
•   但是现在用不到了，只能放着了。
•   看完这个再说你想做图吧
•   正在读，很有感觉
•   买了，但是看的机会比较少，其实书确实是不错的
•   经典的书。其实还有好些更经典的，但这方面研究的人不多，没人卖。
•   书相当厚实，品相也不错。既买了英文版，当然也得买中文版结合着看：中文看着省力，英文版放心。
•   书蛮好的，印刷也很不错，值这个钱
•   挺好的，和图书馆借的书一样。
•   做3D游戏一定要看 呵呵 学习中
•   读过，不买不行，因为急用!!hehe
•   书的质量还好.这本书确实是教材性质的书籍,讲的还可以,与实时计算机图形学都是不错的,只可惜那本没货,不然我会首选那本.
•   不错的图形学书籍，主要以opengl为主。
•   推荐~图形学入门不划
•   还不错的数据。基础的知识。但是要做比较专业的东西，还得多看外国的一些官员图形光纤追踪的书籍。这个仅仅是入门的初级知识。
•   我也是看评价说不错所以才买的。今天刚到手，目前只看了第一章和第二章一点。似乎讲解的蛮详细的。
•   很实惠，内容很全面
•   这本书是我们教材的，本来是外国的一个教材的，是一个英文版的，有了这个了，我就不用受英语的痛苦了，当当也很给力的，能够及时的送货的
•   good 有些算法解释，不只是告诉你如何调用函数
•   比较基础的一本书，看完之后再看iphone3D编程，加油。
•   老师推荐教材，学科比较热！！！
•   是本好书呢，我们的课本教材，挺不错的，很详细
•   一些关于硬件的不懂，一些数学公式的看了头痛。。。看了一点点，不管怎么样一定要翻一遍
•   这本书感觉难！！
•   教学的书~内容可以接受的了~~感觉就像大学的教科书
•   看了下目录，总体感觉内容挺全的
•   书的质量很不错，内容也很好，要开始好好学习啦~
•   需要一定的基础，初次看会被里面翻译过来的名词弄晕
•   讲解的很容易理解，注重细节，突出重点。图形学的此类书籍真的不可多得。
•   对绘制曲线将的很详细，例子都有vc例子
•   讲解非常棒，这是本很好的书。我非常喜欢。
•   想学习一些opengl的知识，数学知识和图形学的基础是很重要的。这本书就是讲解这些必备的基础知识的。想真正学好opengl和图形学，这本书应该是必备书。
•   书随手翻了下，是之前去书店看中的。由于工作中要用到计算机图形学方面的东西，就去书店看了下，发现国内大学教材都讲得很粗浅，这本国外的教材写的很详细，还没有仔细看。亚马逊到的书和我在书店看到的几乎是一样，所以可以断定是正版吧。
•   翻译一般般，翻译不给力
•   介绍了图形学一些基础知识，虽然没有很深入，但是可以通过这本书先了解一下一些图形学理论。
•   书刚到，前面有彩页，质量感觉很不错。大致翻了一下，感觉想opengl教程一样，毕竟这本书主要的实现工具是opengl啊。目录给人感觉涉及到的内容很多，全书六百多页，纸张也挺大，需要慢慢研读...