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第一部分 绪论：感知、光、颜色和数学1

第1章 导论：投影的虚幻世界1

1.1 引言1

1.2 范围1

1.3 建模和虚拟环境2

1.4 真实感和实时6

1.5 存在和沉浸感12

1.6 虚拟环境如何工作18

1.7 小结32

第2章 虚拟环境的数学基础34

2.1 引言34

2.2 维度34

2.3 位置和方向：点和矢量35

2.4 方向和角度39

2.5 平面保持变换42

2.6 四元数48

2.7 小结51

第3章 光照——光亮度方程53

3.1 光照：计算机图形学的基本问题53

3.2 光53

3.3 简化假设55

3.4 光亮度56

3.5 反射57

3.6 光亮度方程58

3.7 光亮度方程的解60

3.8 可见性62

3.9 小结62

第4章 颜色以及人对光的反应64

4.1 引言：颜色作为光谱分布64

4.2 视觉系统简单模型66

4.3 发射器系统简单模型68

4.4 产生可感知颜色68

4.5 CIE-RGB颜色匹配函数70

4.6 CIE-RGB色度空间72

4.7 CIE-XYZ色度空间75

4.8 CRT显示器的一些特性78

4.9 RGB和XYZ颜色空间之间的转换80

4.10 颜色范围和不可显示颜色81

4.11 小结：技术整合83

第二部分 从真实到实时Ⅰ85

第5章 计算机图形的绘画隐喻85

5.1 引言：绘画隐喻85

5.2 模拟绘画隐喻87

5.3 图形的主要概念91

5.4 小结93

第6章 局部光照和光线跟踪95

6.1 引言95

6.2 漫反射和朗伯定律96

6.3 计算局部漫反射98

6.4 局部镜面反射的简单模型99

6.5 用光线投射渲染局部光照模型100

6.6 对递归光线跟踪的介绍102

6.7 包括透明对象的递归光线跟踪104

6.8 光线跟踪算法的一些细节106

6.9 OpenGL中的光照107

6.10 VRML97中的光照109

6.11 小结110

第7章 照相机的一般化111

7.1 引言111

7.2 从WC到UVN观察坐标系的映射112

7.3 在光线跟踪中使用一般照相机113

7.4 VRML97例子114

7.5 小结115

第8章 场景构造116

8.1 引言116

8.2 多边形和平面116

8.3 多面体120

8.4 场景层次结构123

8.5 使用OpenGL127

8.6 使用VRML97129

8.7 小结131

第9章 投影：照相机模型的实现136

9.1 引言136

9.2 完整的照相机描述137

9.3 投影139

9.4 合成矩阵146

9.5 计算视图矩阵T146

9.6 技术整合151

9.7 视图实现与场景图的结合151

9.8 在OpenGL中观察152

9.9 创建3D立体视图157

9.10 小结163

第10章 裁剪多边形168

10.1 引言168

10.2 Sutherland-Hodgman算法（二维）168

10.3 裁剪多边形——Weiler-Atherton 算法169

10.4 在三维中裁剪多边形172

10.5 小结177

第11章 可见性确定178

11.1 引言178

11.2 背面删除179

11.3 列表优先权算法180

11.4 二叉空间分割树183

第12章 多边形渲染191

12.1 引言191

12.2 多边形光栅光191

12.3 小结194

第13章 图像空间渲染和纹理生成196

13.1 引言196

13.2 Z缓冲区可见性算法196

13.3 平滑的明暗处理200

13.4 纹理生成202

13.5 VRML98例子215

13.6 小结217

第三部分 从实时到真实219

第14章 阴影：达到实时性真实219

14.1 引言219

14.2 阴影本影220

14.3 阴影半影229

14.4 小结240

第15章 辐射度介绍241

15.1 引言241

15.2 形状因子：两面片之间的能量241

15.3 辐射度方程243

15.4 形状因子的计算244

15.5 渐进细化方法246

15.6 网络化248

15.7 渲染251

15.8 小结252

第16章 快速光线跟踪253

16.1 引言253

16.2 相交计算253

16.3 包围体和层次结构253

16.4 一致空间细分255

16.5 非一致空间细分256

16.6 光线相关性方法257

16.7 小结259

第17章 直线裁剪和渲染261

17.1 引言261

17.2 裁剪线段261

17.3 线段的光栅化269

17.4 在一致细分空间中跟踪光线272

17.5 小结275

第四部分 实体、曲线和曲面277

第18章 体素构造表示277

18.1 引言277

18.2 二次曲面278

18.3 光线的分类和组合281

18.4 小结282

第19章 计算机辅助几何设计介绍283

19.1 引言283

19.2 多项式和开花283

19.3 开花和Bezier曲线286

19.4 Bezier曲线和Bernstein基290

19.5 升阶Bezier曲线293

19.6 有理Bezier曲线295

19.7 曲线的拼接：连续性297

19.8 B样条曲线300

19.9 B样条基函数308

19.10 对曲面的介绍310

19.11 参数化曲面311

19.12 三角形Bezier画片313

19.13 三次B样条插值315

19.14 求解多项式318

19.15 小结322

第五部分 虚拟环境中的动态特性和交互323

第20章 虚拟世界中人的动态特性323

20.1 引言323

20.2 虚拟现实模型323

20.3 人体仿真326

20.4 与虚拟人体的交互328

20.5 对象间的碰撞检测330

20.6 一般性碰撞检测331

20.7 有关VRML的注解332

20.8 小结332

第21章 实时交互333

21.1 引言333

21.2 桌面交互设备333

21.3 选择334

21.4 操作335

21.5 移动336

21.6 界面中通道的屏蔽338

21.7 C语言例子339

21.8 VRML例子342

21.9 小结343

第六部分 从真实到实时Ⅱ345

第22章 基于光线的全局光照方法345

22.1 引言345

22.2 光线跟踪方法345

22.3 分布式光线跟踪348

22.4 路径跟踪354

22.5 辐射度和光线跟踪的集成357

22.6 光子跟踪358

22.7 小结361

第23章 虚拟环境的高级实时渲染362

23.1 引言362

23.2 可见性处理362

23.3 多分辨率表示372

23.4 基于图像的渲染375

23.5 光域378

23.6 全屏幕反走样383

23.7 VRML例子386

23.8 小结386

附录A VRML介绍388

A.1 引言388

A.2 基于VRML的场景描述388

A.3 基于VRML的动画描述392

A.4 基于VRML的交互式体验395

A.5 小结396

参考文献397

索引414