国外经典教材 计算机科学与技术 交互式计算机图形学 基于OPENGL的自顶向下方法 第4版PDF|Epub|txt|kindle电子书版本网盘下载

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第1章 图形系统和模型1

1.1 计算机图形学的应用1

1.1.1 信息的显示2

1.1.2 设计2

1.1.3 仿真与动画3

1.1.4 用户界面3

1.2 计算机图形系统4

1.2.1 像素与帧缓存5

1.2.2 输出设备6

1.2.3 输入设备8

1.3 图像：物理方法和人工合成方法8

1.3.1 对象与观察者9

1.3.2 光照与图像10

1.3.3 成像模型12

1.4 成像系统13

1.4.1 针孔照相机13

1.4.2 人眼视觉系统15

1.5 虚拟照相机模型16

1.6 程序员接口18

1.6.1 笔式绘图仪模型19

1.6.2 三维API软件包21

1.6.3 彩图介绍23

1.6.4 建模-绘制模式24

1.7 图形系统的体系结构25

1.7.1 显示处理器25

1.7.2 流水线体系结构26

1.7.3 图形处理流水线27

1.7.4 顶点处理27

1.7.5 裁剪与图元组装28

1.7.6 光栅化28

1.7.7 片元处理28

1.8 可编程流水线28

1.9 性能特性29

1.10 小结30

1.11 补充阅读材料30

1.12 习题31

第2章 图形学编程33

2.1 Sierpinski镂垫33

2.2 编写二维应用程序34

2.3 OpenGL API工具包39

2.3.1 图形函数40

2.3.2 图形流水线和状态机41

2.3.3 OpenGL接口41

2.4 图元与属性42

2.4.1 多边形基本概念44

2.4.2 OpenGL里的多边形类型46

2.4.3 球体的近似表示47

2.4.4 字符48

2.4.5 曲线和曲面50

2.4.6 属性50

2.5 颜色51

2.5.1 RGB颜色53

2.5.2 索引颜色55

2.5.3 设置颜色属性56

2.6 视图处理57

2.6.1 正交视图57

2.6.2 二维视图60

2.6.3 矩阵模式60

2.7 控制函数61

2.7.1 与Windows操作系统的交互作用61

2.7.2 纵横比和视口63

2.7.3 main、display和myinit函数64

2.7.4 程序结构65

2.8 Sierpinski镂垫程序65

2.9 多边形与递归67

2.10 三维Sierpinski镂垫69

2.10.1 使用三维点69

2.10.2 在三维空间里使用多边形71

2.10.3 隐藏面消除73

2.11 描绘隐函数曲线74

2.12 小结82

2.13 补充阅读材料83

2.14 习题84

第3章 输入与交互87

3.1 交互模式87

3.2 输入设备88

3.2.1 物理输入设备89

3.2.2 逻辑设备92

3.2.3 输入模式92

3.3 客户-服务器结构94

3.4 显示列表95

3.4.1 显示列表的定义和运行97

3.4.2 字符和显示列表98

3.4.3 GLUT库里的字体101

3.5 事件驱动编程102

3.5.1 使用指向输入设备102

3.5.2 窗口事件105

3.5.3 键盘事件106

3.5.4 显示函数和空闲回调函数106

3.5.5 窗口管理107

3.6 菜单108

3.7 拾取109

3.8 一个简单的画图程序115

3.9 建立交互模型120

3.10 交互式动画程序123

3.10.1 旋转的正方形123

3.10.2 双缓存125

3.10.3 使用定时器126

3.11 交互式程序的设计127

3.12 逻辑运算128

3.12.1 绘制可删除的直线129

3.12.2 异或操作（XOR）和颜色132

3.12.3 光标与覆盖层位平面132

3.13 小结133

3.14 补充阅读材料134

3.15 习题134

第4章 几何对象与坐标变换138

4.1 标量、点和矢量138

4.1.1 几何对象139

4.1.2 与坐标无关的几何对象141

4.1.3 数学观点：矢量与仿射空间141

4.1.4 计算机科学的观点142

4.1.5 几何抽象数据类型142

4.1.6 直线144

4.1.7 仿射加144

4.1.8 凸性145

4.1.9 点积和叉积146

4.1.10 平面147

4.2 三维几何图元148

4.3 坐标系与标架150

4.3.1 矢量表示与N-元组152

4.3.2 坐标系变换153

4.3.3 表示变换的示例155

4.3.4 齐次坐标156

4.3.5 标架变换的示例159

4.3.6 表示矩阵的运算处理161

4.4 OpenGL里的标架系统162

4.5 建立一个彩色立方体模型166

4.5.1 立方体模型166

4.5.2 内侧面与外侧面167

4.5.3 对象表示的数据结构168

4.5.4 彩色立方体169

4.5.5 双线性插值169

4.5.6 顶点数组171

4.6 仿射变换173

4.7 平移、旋转和缩放175

4.7.1 平移变换175

4.7.2 旋转变换176

4.7.3 缩放变换178

4.8 齐次坐标表示的变换公式179

4.8.1 平移180

4.8.2 缩放181

4.8.3 旋转181

4.8.4 剪切变换183

4.9 变换的串乘运算184

4.9.1 绕某一固定点的旋转185

4.9.2 一般的旋转变换186

4.9.3 实例变换187

4.9.4 绕任一轴旋转188

4.10 OpenGL中的变换矩阵192

4.10.1 当前变换矩阵192

4.10.2 旋转、平移和缩放193

4.10.3 在OpenGL中绕固定点旋转194

4.10.4 变换次序194

4.10.5 立方体的旋转195

4.10.6 矩阵的装载、压栈和弹栈操作196

4.11 三维应用程序的交互方式197

4.11.1 利用屏幕区域设置交互197

4.11.2 一个虚拟跟踪球198

4.11.3 平滑旋转199

4.11.4 递增式旋转200

4.12 四元数201

4.12.1 复数与四元数201

4.12.2 四元数与旋转202

4.13 小结204

4.14 补充阅读材料205

4.15 习题205

第5章 视图208

5.1 经典视图和计算机视图208

5.1.1 经典视图210

5.1.2 正射投影210

5.1.3 轴测法投影211

5.1.4 斜投影212

5.1.5 透视图213

5.2 计算机视图214

5.3 照相机定位215

5.3.1 照相机标架的定位215

5.3.2 两个视图处理API工具包220

5.3.3 Look-At函数223

5.3.4 其他视图API工具包224

5.4 简单投影225

5.4.1 透视投影225

5.4.2 正交投影228

5.5 OpenGL的投影视图229

5.5.1 OpenGL的透视投影230

5.5.2 OpenGL的平行视图232

5.6 隐藏面消除232

5.7 交互式网格显示234

5.7.1 网格234

5.7.2 在场景中漫游236

5.7.3 多边形偏移238

5.8 平行投影矩阵239

5.8.1 投影归一化239

5.8.2 正交投影矩阵240

5.8.3 斜投影242

5.9 透视投影矩阵244

5.9.1 透视正则化245

5.9.2 OpenGL的透视变换248

5.10 投影与阴影249

5.11 小结252

5.12 补充阅读材料253

5.13 习题253

第6章 明暗处理255

6.1 光与材质255

6.2 光源258

6.2.1 彩色光源259

6.2.2 环境光260

6.2.3 点光源260

6.2.4 聚光灯261

6.2.5 远距离光源262

6.3 Phong反射模型263

6.3.1 环境反射265

6.3.2 漫反射265

6.3.3 镜面反射266

6.3.4 改进的Phong模型268

6.4 矢量计算269

6.4.1 法向矢量270

6.4.2 反射角度272

6.5 多边形的明暗处理273

6.5.1 平面明暗处理274

6.5.2 插值和Gouraud明暗处理方法276

6.5.3 Phong明暗处理方法277

6.6 球面的递归细分逼近278

6.7 OpenGL中的光源282

6.8 OpenGL程序中的材质设置284

6.9 球体模型的明暗处理285

6.10 全局照明287

6.11 小结288

6.12 补充阅读材料289

6.13 习题290

第7章 从顶点到片元292

7.1 绘制实现的基本策略292

7.2 绘制实现过程的4个主要任务294

7.2.1 建模295

7.2.2 几何处理295

7.2.3 光栅化296

7.2.4 片元处理297

7.3 裁剪297

7.4 线段裁剪298

7.4.1 Cohen-Sutherland裁剪算法298

7.4.2 Liang-Barsky裁剪算法300

7.5 多边形裁剪301

7.6 其他图元的裁剪305

7.6.1 包围盒与包围体305

7.6.2 曲线、曲面和字符306

7.6.3 帧缓存里的裁剪操作307

7.7 三维裁剪307

7.8 光栅化310

7.9 Bresenham算法313

7.10 多边形光栅化315

7.10.1 内外测试法315

7.10.2 OpenGL与凹多边形317

7.10.3 填充与排序318

7.10.4 泛洪填充法318

7.10.5 奇异性319

7.11 隐藏面消除319

7.11.1 景物空间和图像空间319

7.11.2 排序与隐藏面消除321

7.11.3 扫描线填充算法321

7.11.4 背面剔除323

7.11.5 Z-Buffer算法324

7.11.6 带Z-Buffer算法的扫描转换326

7.11.7 深度排序和画家算法327

7.12 反走样330

7.13 显示器因素332

7.13.1 颜色系统332

7.13.2 颜色矩阵335

7.13.3 γ校正336

7.13.4 抖动技术与半色调技术336

7.14 小结337

7.15 补充阅读材料339

7.16 习题339

第8章 离散技术342

8.1 缓存342

8.2 数字图像344

8.3 缓存写操作346

8.3.1 写入模式347

8.3.2 异或写入模式349

8.4 OpenGL的位运算与像素运算349

8.4.1 OpenGL缓存和像素管道350

8.4.2 位图351

8.4.3 光栅字体352

8.4.4 像素与图像353

8.4.5 查找表354

8.5 示例356

8.5.1 Mandelbrot集合356

8.5.2 验证第7章的算法358

8.5.3 用于拾取操作的缓存359

8.6 映射方法359

8.7 纹理映射361

8.8 OpenGL的纹理映射366

8.8.1 二维纹理映射367

8.8.2 纹理采样369

8.8.3 纹理坐标设置372

8.8.4 纹理对象374

8.8.5 多纹理通道374

8.9 纹理生成过程375

8.10 环境贴图376

8.11 合成技术380

8.11.1 不透明性与融合381

8.11.2 图像合成382

8.11.3 OpenGL中的融合与图像合成382

8.11.4 反走样383

8.11.5 从后至前绘制与从前至后绘制385

8.11.6 景深提示和雾效果386

8.12 多通道绘制与累加缓存387

8.12.1 场景反走样388

8.12.2 凹凸贴图和浮雕效果388

8.12.3 图像处理389

8.12.4 OpenGL的图像处理扩展集390

8.12.5 其他多通道方法390

8.13 采样与走样391

8.13.1 采样理论391

8.13.2 重构396

8.13.3 量化398

8.14 小结398

8.15 补充阅读材料399

8.16 习题400

第9章 可编程着色器402

9.1 可编程流水线402

9.2 着色语言403

9.3 OpenGL功能扩展405

9.3.1 OpenGL版本和扩展集405

9.3.2 GLSL和Cg406

9.4 OpenGL着色语言（上）406

9.4.1 顶点着色器406

9.4.2 片元着色器408

9.5 OpenGL着色语言（下）409

9.5.1 GLSL执行过程409

9.5.2 数据类型与修饰符410

9.5.3 运算符与函数412

9.6 着色器连接到OpenGL程序413

9.7 顶点移动415

9.7.1 缩放顶点位置415

9.7.2 渐变效果416

9.7.3 粒子系统417

9.8 光照作用与着色器418

9.8.1 Phong着色418

9.8.2 非真实感着色421

9.9 片元着色器422

9.10 基于顶点与基于片元的Phong着色模型422

9.11 采样器424

9.12 立方体贴图427

9.12.1 反射贴图427

9.12.2 折射429

9.12.3 法线贴图432

9.13 凹凸映射433

9.13.1 凹凸贴图的原理433

9.13.2 高度场与凹凸映射435

9.13.3 凹凸映射与片元着色器436

9.13.4 示例437

9.14 小结438

9.15 补充阅读材料439

9.16 习题439

第10章 建模441

10.1 图符与实例441

10.2 层级模型443

10.3 机器手445

10.4 树与树的遍历448

10.5 树形数据结构的应用451

10.6 动画455

10.7 图形对象456

10.7.1 方法、属性和消息457

10.7.2 一个立方体对象458

10.7.3 实现立方体对象460

10.7.4 对象与层级结构460

10.7.5 几何对象461

10.8 场景图462

10.9 一个简单的场景图形API工具包464

10.9.1 结点类464

10.9.2 几何结点466

10.9.3 照相机类468

10.9.4 光源和材质468

10.9.5 变换类470

10.9.6 机器人类470

10.9.7 实现观察者类472

10.9.8 实现结点类475

10.10 其他的树形结构478

10.10.1 CSG树479

10.10.2 BSP树480

10.10.3 四叉树和八叉树482

10.11 图形与因特网484

10.11.1 网络与协议484

10.11.2 超媒体与HTML语言485

10.11.3 数据库与VRML486

10.11.4 Java与Java小程序487

10.12 过程建模487

10.13 基于物理模型和粒子系统489

10.14 牛顿粒子490

10.14.1 独立粒子491

10.14.2 弹簧力492

10.14.3 吸引力与排斥力493

10.15 粒子系统的求解方法495

10.16 约束497

10.16.1 碰撞497

10.16.2 软约束499

10.17 小结500

10.18 补充阅读材料501

10.19 习题501

第11章 曲线与曲面503

11.1 曲线和曲面的表示方法503

11.1.1 显式表示法503

11.1.2 隐式表示504

11.1.3 参数形式505

11.1.4 参数多项式曲线507

11.1.5 参数多项式曲面508

11.2 设计准则509

11.3 三次多项式参数曲线511

11.4 插值512

11.4.1 调和函数514

11.4.2 三次插值面片515

11.5 Hermite曲线和曲面517

11.5.1 Hermite形式517

11.5.2 几何连续和参数连续519

11.6 Bezier曲线和曲面521

11.6.1 Bezier曲线521

11.6.2 Bezier曲面面片524

11.7 三次B-样条525

11.7.1 三次B-样条曲线525

11.7.2 B-样条与基函数528

11.7.3 样条曲面529

11.8 通用的B样条函数530

11.8.1 B-样条的递归定义530

11.8.2 均匀样条531

11.8.3 非均匀B-样条532

11.8.4 NURBS532

11.9 曲线和曲面的绘制533

11.9.1 多项式求值方法534

11.9.2 Bezier多项式的递归细分535

11.9.3 其他多项式曲线的细分绘制法537

11.9.4 细分Bezier曲面538

11.10 犹他大学的茶壶模型540

11.11 代数曲面541

11.11.1 二次曲面542

11.11.2 曲面的光线跟踪绘制方法542

11.11.3 曲线与曲面的细分方法543

11.11.4 网格的细分方法544

11.12 OpenGL里的曲线与曲面547

11.12.1 Bezier曲线547

11.12.2 Bezier曲面548

11.12.3 绘制茶壶549

11.12.4 NURBS函数550

11.12.5 二次曲面对象551

11.13 小结551

11.14 补充阅读材料552

11.15 习题552

第12章 高级绘制554

12.1 超越流水线绘制554

12.2 光线跟踪555

12.3 建立一个简单的光线跟踪器558

12.3.1 光线跟踪的递归算法558

12.3.2 求交计算560

12.3.3 光线跟踪的变异形式563

12.4 绘制方程563

12.5 辐射度法566

12.5.1 辐射度方程566

12.5.2 求解辐射度方程568

12.5.3 形状因子的计算方法569

12.5.4 实现辐射度算法571

12.6 RenderMan572

12.7 大规模场景绘制573

12.7.1 中排序绘制法575

12.7.2 后排序绘制576

12.7.3 先排序绘制579

12.8 基于图像的绘制580

12.9 小结582

12.10 补充阅读材料583

12.11 习题583

附录A 实例程序585

附录B 空间645

附录C 矩阵654

附录D OpenGL函数简介663

参考文献678