计算机图形学

出版时间：2011-1  出版社：电子工业出版社  作者：任爱华，谢淼　编著  页数：517  
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前言

本书是计算机图形学精品教材，在重点介绍图形学原理的同时，还利用图形软件包训练学生的编程能力，熟悉和使用交互式图形系统。图形学的发展迅速，出乎人们的预料，可以说所有的领域都从计算机图形学的发展和应用中获得了巨大的好处。尤其是在电影产业中，已经在商业与艺术效果上成功地使用了计算机三维图形模拟角色的特技，人们很难区分影片中出现的角色是真实的生物还是计算机造型；美国的立体电影“阿凡达”，正是采用立体显示技术的典型示例。拥有立体显示技术的立体电视也许是未来电视产业发展的趋势。在互联网上，图形学的影响也持续激增，图形显示为理解复杂枯燥的信息提供了直观手段，使互联网世界更加丰富多彩。由于计算机图形在人与计算机之间能建立起直观的形象及高效率的对话手段，所以图形学随着计算机的发展和应用而渗透到各个领域中。通常人们会利用办公软件绘制图表；编辑由数码相机获取的图像；利用数字视频的图像整理家庭照片等。在国际互联网上还可找到免费的相当于计算机图形专业人员所用的三维图形软件，计算机图形系统出现了初级免费软件与昂贵的高端软件两极分化的局面。图形学及其硬件设备的发展不仅使图形学的实际能力得到了提高，而且也降低了图形工作站的成本。随着图形学的不断发展，图形软件标准不断地更新和完善。 从第一个图形国际标准GKS（Graphical Kernel System）出现之后， 又有GKS3D和PHIGS（Programmer s Hierarchical Interactive Graphics System）图形标准相继公布为国际标准（ISO standard）。 特别是PHIGS的扩充版PHIGS+，它不仅包含PHIGS全部功能，还增加了曲线、曲面、光源与光线、真实图形显示等功能。PHIGS与PHIGS+在科学与工程应用中，特别是实时几何图形中被广泛地应用。国际图形标准与那些更有效的事实上的标准(De Facto Standards)相互补充，这些有效的图形软件有：APPLE公司的QuickDraw；工作站上基于X Window系统的Xlib二维整数型光栅图形包；Silicon Graphics公司的OpenGL；另外还有Pixar公司的RenderMan界面工具，它用于光原理仿真绘制，以及Adobe System公司的PostScript页描述语言 (PDL)，使用向量来产生图形及字形，它用于印刷纸上的页面描述及屏幕映像描述，PostScript在此领域被其后续版本Portable Document Format（PDF）所取代，而对于字体领域也相继被后续实现版本TrueType和OpenType所取代；在CAD领域，Autodesk 公司的AutoCAD软件所提供的.dwg文件格式是二维绘图设计领域中的事实标准格式。丰富多彩的图形软件，使得用户界面的感观更加真实，三维效果的加入使得在信息的管理、表现、检索上更加方便和形象。图形学的发展越来越重视在物体的建模和绘制两方面的仿真、动画以及物理过程，从而尽可能真实地表达所建立的物体外观及其行为。由于绘制图形工作不再是瓶颈问题， 所以研究人员正在利用人工智能技术来辅助物体模型设计、辅助运动布局设计以及辅助二维、三维图形显示的设计。今天，图形学的发展如此迅速，作为图形学的教科书也需要周期性地更新与扩充。本书重点介绍了图形学的基础知识和实践，并对当前图形学发展的最新技术也提供了实例介绍。作为该书的读者，需具备一些高级语言程序设计知识、基本数据结构与算法基础以及具备简单线性代数基础，一些必要的数学基础可参见附录A。读者可以通过书中组织的单元顺序，从简单的应用基础开始，循序渐进，逐步掌握图形学中一些较高深的内容。本书第1章，介绍了图形学的发展史以及相关硬、软件的应用情况；第2章，对当前在PC上流行的一些常用图形软件和图像处理软件进行了简单介绍；第3章，描述了二维图形光栅扫描算法的实现，目的是加强二维图形系统的实践环节。第4章，介绍图形学硬件以及软件，主要涉及图形系统的输入/出设备及其相关硬件以及计算机图形软件标准；第5章、第6章，介绍在平面及三维空间中的变换概念、矩阵表示、统一线性变换与仿射变换的齐次坐标的使用，以及三维视图的描述；第7章，介绍三维图形系统的应用实例，目的是加强三维图形系统的实践环节，同时也希望读者通过本章的学习，能够掌握OpenGL的基础编程方法；第8章，主要介绍交互技术；第9章，描述真实感图形的显示；第10章，介绍曲线与曲面生成算法； 第11章，介绍实体造型算法；第12章，是动画技术简介；第13章，介绍两个实际的交互式图形系统，二维的画板系统与三维交互式环境的编程实现；第14章，配合实例介绍虚拟现实与可视化的基本实现技术；第15章，介绍了立体显示的相关技术。附录A中给出了空间与矩阵的基础知识，附录B中提供了二维动画程序开发的实例。本书用简单的实例程序阐述复杂晦涩的图形学概念与理论，方便读者对其算法与原理的理解。在上述章节中，第3章二维图形扫描算法和第10章曲线与曲面的光栅扫描生成算法，主要是描述基本图形的绘制算法，针对每个算法，配有在TC3.0环境下的实现程序及其流程图。其余章节也都基于各章节所述知识点给出实例程序，结合知识点帮助读者深入了解原理的实现技术。本书授课建议学时数为36学时，每章学时数具体安排见表1。本书附带有光盘，其结构如图a所示。表1    图形学课时分配章 节  学时数第1章   2第2章   1第3章   4第4章   1第5章   6第6章   6第7章   2第8章   2第9章   2第10章   2第11章   2第12章   2第13章   2第14章   1第15章   1图a  光盘目录结构Graphics.exe，为光盘实例演示程序，插入光驱中自动运行。Source文件夹中包含如下两个子目录：算法解析实例教程其中，“算法解析”文件夹中包含第3章和第10章介绍的画线算法的C语言源代码；而“实例程序”文件夹中包含除了第3和10章之外，其他各章实例程序的源文件，文件中的源代码已加入了详细注释。“设计文档”文件夹中包含了书中关键实例的设计方案，读者可以配合Source目录下的相应源程序进行阅读。教案文件夹中包含了计算机图形学本科课程所用课件，供教师参考，同时也方便读者根据课件内容自学本课程。

内容概要

　　本书是北京航空航天大学教学研究成果。从计算机应用的角度出发，对计算机图形学的基本概念、原理和方法进行了全面的介绍。全书共分15章，内容包括：绪论;常用图形软件简介；基于光栅扫描的二维图元生成算法；图形硬件与图形软件的标准化；几何变换；三维视图；三维图形的绘制实践；图形用户界面与交互技术；真实感图形的显示；曲线与曲面；实体建模；计算机动画技术简介；简单图形系统的实现；虚拟现实与可视化技术，以及立体显示技术。书中的两个附录主要介绍图形学中用到的空间矩阵的数学基础以及二维动画系统的程序开发实例。在本书所附光盘中，提供了书中涉及的所有实验用例的演示及讲解、编程实现的全部源代码、设计文档，以及教师讲课用幻灯片PPT讲稿。　　本书在系统地介绍了图形学的基本原理和方法的基础上，针对图形学的应用特点，在应用层面上为读者提供了广泛的视野；提供学习和掌握对各种图形软件的一般实践方法；为读者今后在图形学专业领域的深入学习打下必要基础。　　本书可用作计算机专业的本科生的教材，其内容注重基础性、实用性及先进性，也可供研究生或者应用计算机图形学的科技工作者学习参考。

书籍目录

第1章　绪论　1.1　计算机图形学基本概念　1.2　计算机图形学的典型应用领域及其分类　　1.2.1　典型应用领域　　1.2.2　应用分类　1.3　交互式图形学　　1.3.1　交互式概念　　1.3.2　交互式图形系统框架　1.4　计算机图形学及相关技术的发展　　1.4.1　图形学发展历程　　1.4.2　输出技术　　1.4.3　输入技术　　1.4.4　软件可移植性及图形标准　1.5　图形学当前的研究动态　　1.5.1　真实感图形实时绘制　　1.5.2　计算机动画　　1.5.3　与计算机网络技术的紧密结合　1.6　本章小结　1.7　习题与思考　1.8　参考文献第2章　常用图形软件简介　2.1　平面类　　2.1.1　ANIMO　　2.1.2　CorelDRAW　　2.1.3　Illustrator　　2.1.4　ImageReady　　2.1.5　PageMaker与InDesign　　2.1.6　Painter　　2.1.7　Paint　Shop　Pro　　2.1.8　PhotoImpact　　2.1.9　PhotoLine　　2.1.10　PhotoShop　　2.1.11　Photoshop　Elements　2.2　三维类　　2.2.1　3D　Studio　Max　　2.2.2　Bryce　　2.2.3　Canoma　　2.2.4　COOL　3D　　2.2.5　Dimensions　　2.2.6　Extreme　3D　　2.2.7　Houdini　　2.2.8　Lightscape　　2.2.9　LightWave　3D　　2.2.10　Maya　　2.2.11　Mental　Ray　　2.2.12　Poser　　2.2.13　RenderMan　　2.2.14　Rhino　3D　　2.2.15　SoftImage　3D/XSI　　2.2.16　Sumatra　　2.2.17　Swift　3D　2.3　多媒体类　　2.3.1　After　Effects　　2.3.2　Authorware　　2.3.3　Combustion　　2.3.4　Digital　Fusion　　2.3.5　Director　　2.3.6　Premiere　　2.3.7　Ulead　Video　Studio　　2.3.8　Toolbook　2.4　网络类　　2.4.1　DreamWeaver　　2.4.2　Drumbeat　　2.4.3　Fireworks　　2.4.4　Flash　　2.4.5　FreeHand　　2.4.6　FrontPage　　2.4.7　GIF　Animator　　2.4.8　Swish　2.5　工程类　　2.5.1　ACIS　　2.5.2　3D　Studio　VIZ　　2.5.3　AutoCAD　　2.5.4　AutoDesk　VIZ　　2.5.5　CAXA　　2.5.6　MicroStation　　2.5.7　Pro/Enginer　　2.5.8　Unigraphics　2.6　工具类　　2.6.1　ACDSee　　2.6.2　SWF　Browse　　2.6.3　EXE2SWF　　2.6.4　FiLMBOX　　2.6.5　FlashForge　　2.6.6　Konvertor　　2.6.7　SnagIt　2.7　编程类　　2.7.1　Cg图形编程语言　　2.7.2　C#中图形编程　　2.7.3　Delphi中图形编程　　2.7.4　OpenGL　　2.7.5　RomPager　Java图形包　　2.7.6　VC++中图形编程功能　　2.7.7　VRML虚拟现实建模语言　2.8　本章小结　2.9　习题与思考第3章　基于光栅扫描的二维图元生成算法第4章　图形硬件与图形软件标准化第5章　几何变换第6章　三维视图第7章　三维图形的绘制实践第8章　图形用户界面与交互技术第9章　真实感图形的显示第10章　曲线与曲面第11章　实体建模第12章　计算机动画技术简介第13章　简单图形系统的实现第14章　虚拟现实与可视化技术第15章　立体显示技术附录A　空间与矩阵概念附录B　动画制作综合实例之摔跤游戏的制作参考文献图形学概念索引

章节摘录

插图：1.2.1 典型应用领域计算机图形学所应用的领域已无处不在，如在工业、商业、政府部门、教育领域、娱乐及家庭方面的应用最为广泛。下面列举一些典型的应用领域。1 图形用户界面图形所具有的直观和逼真的特点是文字和报表所无法比拟的。所谓“一目了然”、“耳闻不如目睹”，都是说明形象观察的优越性和必要性。图、文结合改变了计算机交互操作的用户界面，开辟了计算机应用的很多新领域。现在，不论大、小计算机（台式机还是笔记本电脑）上运行的应用程序，提供图形用户界面是非常普遍的。这些用户界面依赖于窗口系统来管理多重同步任务，并且通过单击鼠标，允许用户选择屏幕上的菜单、项目、图标和物体，只是在正文输入操作时才有必要使用键盘，如文字处理软件、桌面出版系统都是用户界面技术的典型应用。2 图示用图形该应用领域将计算机图形用于生成报告的插图、生成投影设备的透明胶片或幻灯片。这些图示图形出现在各类报告和公告中用于归纳、总结、统计和分析信息。典型的图示图形有：条形图、折线图、曲面图、饼图等，总之是那些可以给出多个参数之间关系的演示图。3 办公自动化与电子出版系统自从个人计算机的桌面出版系统出现以来，以图形方式建立和传播信息手段与日俱增，人们以往把出版工作送到专门的出版社去完成，而如今在自己的办公室里便可以完成。办公自动化与电子出版可以产生传统的打印文档（硬拷贝）以及电子文档（软拷贝），文档中可包括正文、表格、图形和图像。现在发展起来的超媒体（Hypemedia）系统可以方便地浏览互联网上的多媒体文档。4 计算机辅助设计与制图计算机辅助设计与制造（CAD／CAM）是计算机图形学在工业界应用的最重要领域。交互式的图形工作站在机械、电子、建筑等行业中早已取代了绘图板加丁字尺的传统设计方法，担负起繁重的日常出图任务及总体方案的优化和细节设计工作。

编辑推荐

《计算机图形学》是高等学校创新型“十二五”规划计算机教材。

用户评论 (总计7条)

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•   计算机图形学 内容还行
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