《計算機圖形學基礎教程（第2版）》是2012年11月21日清華大學出版社出版的圖書，作者是孫家廣、胡事民。
基本介紹
- 書名：計算機圖形學基礎教程（第2版）
- 作者：孫家廣、胡事民
- ISBN：9787302207115
- 定價：26元
- 出版社：清華大學出版社
- 出版時間：2012年11月21日
- 裝幀：平裝
- 開本：16
內容簡介,作者簡介,序言,圖書前言,圖書目錄,
內容簡介
《計算機圖形學基礎教程（第2版）》是講述計算機圖形學基本原理和最新進展的一本圖形學基礎教材，是作者在清華大學多年教學經驗的基礎上，同時參考了國內外最新的相關教材和部分最新的研究成果編寫而成。本書按內容分為5章，分別講授計算機圖形學的最新概況，光柵圖形學的基本原理，幾何造型技術的基礎，真實感圖形學的基礎知識和圖形標準。基本上涵蓋了圖形學的主要內容。本書可作為各高等院校本科生、研究生學習計算機圖形學的教材，並可供相關專業技術人員和計算機教育工作者參考使用。
作者簡介
孫家廣 清華大學教授，清華大學信息學院院長兼軟體學院院長，清華大學學術委員會副主任，國務院學位委員會委員、學科評議組成員、教育部計算機科學與技術教育指導委員會副主任、軟體工程教育指導委員會主任、國家企業信息化軟體工程技術研究中心主任、信息科學技術國家實驗室主任、中國工程圖學學會理事長、國家自然科學基金委員會副主任。1999年選為中國工程院院士。孫家廣長期從事計算機圖形學、輔助設計、軟體形式化驗證及軟體工程與系統的教學研究工作, 在基於Web技術的產品數據管理框架，線框、曲面、實體和特徵統一表示的造型算法，多資源、多事件、多進程協同軟體開發工具等方面取得了創新性成果。
胡事民 清華大學計算機系教授，計算機系學位分委員會主席，可視媒體研究中心主任,教育部長江學者獎勵計畫特聘教授。 2002年獲得國家傑出青年基金資助，2006年被聘為國家重大基礎研究（973）計畫項目首席科學家。 主要從事計算機圖形學與人機互動、幾何計算、智慧型信息處理等方面的教學與研究工作，已在ACM/IEEE Transactions和Computer Aided Design等重要國際刊物上發表論文40餘篇。擔任多個國際重要會議的程式委員會主席和委員及Elsevier期刊 Computer Aided Design的編委。
序言
清華大學計算機系列教材已經出版發行了近30種，包括計算機專業的基礎數學、專業技術基礎和專業等課程的教材，覆蓋了計算機專業大學本科和研究生的主要教學內容。這是一批至今發行數量很大並贏得廣大讀者讚譽的書籍，是近年來出版的大學計算機教材中影響比較大的一批精品。
本系列教材的作者都是我熟悉的教授與同事，他們長期在第一線擔任相關課程的教學工作，是一批很受大學生和研究生歡迎的任課教師。編寫高質量的大學（研究生）計算機教材，不僅需要作者具備豐富的教學經驗和科研實踐，還需要對相關領域科技發展前沿的正確把握和了解。正因為本系列教材的作者們具備了這些條件，才有了這批高質量優秀教材的出版。可以說，教材是他們長期辛勤工作的結晶。本系列教材出版發行以來，從其發行的數量、讀者的反映、已經獲得的許多國家級與省部級的獎勵，以及在各個高等院校教學中所發揮的作用上，都可以看出本系列教材所產生的社會影響與效益。
計算機科技發展異常迅速、內容更新很快。作為教材，一方面要反映本領域基礎性、普遍性的知識，保持內容的相對穩定性；另一方面，又需要跟蹤科技的發展，及時地調整和更新內容。本系列教材都能按照自身的需要及時地做到這一點，如《計算機組成與結構》一書10年中共出版了3版，其他如《數據結構》等也都已出版了第2版，使教材既保持了穩定性，又達到了先進性的要求。本系列教材內容豐富、體系結構嚴謹、概念清晰、易學易懂，符合學生的認識規律，適合於教學與自學，深受廣大讀者的歡迎。系列教材中多數配有豐富的習題集和實驗，有的還配備多媒體電子教案，便於學生理論聯繫實際地學習相關課程。
隨著我國進一步的開放，我們需要擴大國際交流，加強學習國外的先進經驗。在大學教材建設上，也應該注意學習和引進國外的先進教材。但是，計算機系列教材的出版發行實踐以及它所取得的效果告訴我們，在當前形勢下，編寫符合國情的具有自主著作權的高質量教材仍具有重大意義和價值。它與前者不僅不矛盾，而且是相輔相成的。本系列教材的出版還表明，針對某個學科培養的要求，在教育部等上級部門的指導下，有計畫地組織任課教師編寫系列教材，還能促進對該學科科學的、合理的教學體系和內容的研究。
圖書前言
本書是在2005版《計算機圖形學基礎教程》的基礎上修訂而成。
《計算機圖形學基礎教程》是根據作者在清華大學多年教學實踐，並參考了國內外最新的相關教材和部分最新的研究成果編寫而成。第2版教材主要修訂了以下內容：
1. 增加了第1章的1.5節，介紹清華大學近年來的最新研究成果。
2. 增加了第3章的3.9節，介紹格線表示、簡化與細分。
3. 增加了第4章的4.1節，介紹圖形繪製的基本概念和流程，提高本章整體上的可讀性。
4. 將第4章4.8節層次細節的內容移入第3章的3.9節，增加有關景物模擬的內容。
5. 刪除第5章VRML的內容，改寫Open GL的內容，增加一些常見的功能，並給出更多的示例。
本教程第1版出版4年來，被國內一大批高等院校採用，相關的老師、同學及讀者提出了許多寶貴的建議，在此表示衷心感謝。徐昆、來煜坤參與了第2版教材的修訂，在此也一併表示感謝。
《計算機圖形學基礎教程》是根據作者在清華大學多年教學實踐，並參考了國內外最新的相關教材和部分最新的研究成果編寫而成。第2版教材主要修訂了以下內容：
1. 增加了第1章的1.5節，介紹清華大學近年來的最新研究成果。
2. 增加了第3章的3.9節，介紹格線表示、簡化與細分。
3. 增加了第4章的4.1節，介紹圖形繪製的基本概念和流程，提高本章整體上的可讀性。
4. 將第4章4.8節層次細節的內容移入第3章的3.9節，增加有關景物模擬的內容。
5. 刪除第5章VRML的內容，改寫Open GL的內容，增加一些常見的功能，並給出更多的示例。
本教程第1版出版4年來，被國內一大批高等院校採用，相關的老師、同學及讀者提出了許多寶貴的建議，在此表示衷心感謝。徐昆、來煜坤參與了第2版教材的修訂，在此也一併表示感謝。
圖書目錄
第1章 緒論1
1.1 計算機圖形學的研究內容1
1.2 計算機圖形學發展的歷史回顧1
1.3 計算機圖形學的套用及研究前沿3
1.3.1 計算機輔助設計與製造3
1.3.2 可視化4
1.3.3 真實感圖形實時繪製與自然景物仿真5
1.3.4 計算機動畫6
1.3.5 用戶接口7
1.3.6 計算機藝術7
1.4 圖形設備8
1.4.1 圖形顯示設備8
1.4.2 圖形處理器12
1.4.3 圖形輸入設備13
1.5 最新研究成果15
1.5.1 繪製15
1.5.2 幾何16
1.5.3 視頻17
習題118
第2章 光柵圖形學19
2.1 直線段的掃描轉換算法19
2.1.1 數值微分法19
2.1.2 中點畫線法20
2.1.3 Bresenham算法22
2.2 圓弧的掃描轉換算法23
2.2.1 圓的特徵23
2.2.2 中點畫圓法24
2.3 多邊形的掃描轉換與區域填充24
2.3.1 多邊形的掃描轉換25
2.3.2 區域填充算法28
2.4 字元31
2.4.1 點陣字元32
2.4.2 矢量字元32
2.4.3 字元屬性32
2.5 裁剪33
2.5.1 直線段裁剪33
2.5.2 多邊形裁剪37
2.5.3 字元裁剪40
2.6 反走樣40
2.6.1 提高解析度40
2.6.2 區域採樣41
2.6.3 加權區域採樣42
2.7 消隱42
2.7.1 消隱的分類43
2.7.2 消除隱藏線43
2.7.3 消除隱藏面45
習題256
第3章 幾何造型技術57
3.1 參數曲線和曲面57
3.1.1 曲線曲面的表示57
3.1.2 曲線的基本概念58
3.1.3 插值、擬合和光順61
3.1.4 參數化62
3.1.5 參數曲線的代數和幾何形式63
3.1.6 連續性64
3.1.7 參數曲面的基本概念65
3.2 Bézier曲線與曲面66
3.2.1 Bézier曲線的定義和性質66
3.2.2 Bézier曲線的遞推算法69
3.2.3 Bézier曲線的拼接70
3.2.4 Bézier曲線的升階與降階71
3.2.5 Bézier曲面72
3.2.6 三邊Bézier曲面片74
3.3 B樣條曲線與曲面78
3.3.1 B樣條的遞推定義和性質78
3.3.2 B樣條曲線的性質79
3.3.3 de Boor 算法80
3.3.4 節點插入算法83
3.3.5 B樣條曲面84
3.4 NURBS曲線與曲面84
3.4.1 NURBS曲線的定義85
3.4.2 齊次坐標表示86
3.4.3 權因子的幾何意義86
3.4.4 圓錐曲線的NURBS表示87
3.4.5 NURBS曲線的修改87
3.4.6 非均勻有理B樣條（NURBS）曲面89
3.5 Coons曲面89
3.5.1 基本概念89
3.5.2 雙線性Coons曲面90
3.5.3 雙三次Coons曲面91
3.6 形體在計算機內的表示92
3.6.1 引言93
3.6.2 形體表示模型94
3.6.3 形體的邊界表示模型99
3.7 求交分類104
3.7.1 求交分類簡介104
3.7.2 求交分類策略105
3.7.3 基本的求交算法106
3.8 實體造型系統簡介109
3.8.1 Parasolid系統110
3.8.2 ACIS系統112
3.9 三角格線114
3.9.1 三角格線的概念114
3.9.2 三角格線的半邊表示115
3.9.3 格線處理概述116
3.9.4 格線簡化117
3.9.5 格線細分119
3.9.6 特徵敏感格線重剖120
習題3122
第4章 真實感圖形學124
4.1 真實圖像的生成124
4.2 顏色視覺125
4.2.1 基本概念126
4.2.2 三色學說127
4.2.3 CIE色度圖127
4.2.4 常用的顏色模型129
4.3 簡單光照明模型131
4.3.1 相關知識132
4.3.2 Phong光照明模型133
4.3.3 增量式光照明模型135
4.3.4 陰影的生成137
4.4 局部光照明模型138
4.4.1 理論基礎138
4.4.2 局部光照明模型140
4.5 光透射模型141
4.5.1 透明效果的簡單模擬141
4.5.2 Whitted光透射模型142
4.5.3 Hall光透射模型143
4.5.4 簡單光反射透射模型144
4.6 紋理及紋理映射145
4.6.1 紋理概述145
4.6.2 二維紋理域的映射146
4.6.3 三維紋理域的映射147
4.6.4 幾何紋理147
4.7 整體光照明模型148
4.7.1 光線跟蹤算法148
4.7.2 輻射度方法156
4.8 實時真實感圖形學技術163
4.8.1 基於圖像的繪製技術164
4.8.2 景物模擬165
習題4169
第5章 圖形標準170
5.1 OpenGL概述170
5.2 OpenGL程式結構172
5.3 基本幾何元素繪製174
5.4 坐標變換182
5.5 光照處理189
5.6 顯示列表194
5.7 紋理貼圖196
習題5201
附錄A 計算機圖形學的數學基礎202
A.1 矢量運算202
A.2 矩陣運算203
A.3 齊次坐標204
A.4 線性方程組的求解205
附錄B 圖形的幾何變換206
B.1 視窗區到視圖區的坐標變換206
B.2 二維圖形的幾何變換207
B.3 三維圖形幾何變換209
附錄C 形體的投影變換212
C.1 投影變換分類212
C.2 世界坐標與觀察坐標212
C.3 正平行投影（三視圖）213
C.4 斜平行投影214
C.5 透視投影214
參考文獻216
1.1 計算機圖形學的研究內容1
1.2 計算機圖形學發展的歷史回顧1
1.3 計算機圖形學的套用及研究前沿3
1.3.1 計算機輔助設計與製造3
1.3.2 可視化4
1.3.3 真實感圖形實時繪製與自然景物仿真5
1.3.4 計算機動畫6
1.3.5 用戶接口7
1.3.6 計算機藝術7
1.4 圖形設備8
1.4.1 圖形顯示設備8
1.4.2 圖形處理器12
1.4.3 圖形輸入設備13
1.5 最新研究成果15
1.5.1 繪製15
1.5.2 幾何16
1.5.3 視頻17
習題118
第2章 光柵圖形學19
2.1 直線段的掃描轉換算法19
2.1.1 數值微分法19
2.1.2 中點畫線法20
2.1.3 Bresenham算法22
2.2 圓弧的掃描轉換算法23
2.2.1 圓的特徵23
2.2.2 中點畫圓法24
2.3 多邊形的掃描轉換與區域填充24
2.3.1 多邊形的掃描轉換25
2.3.2 區域填充算法28
2.4 字元31
2.4.1 點陣字元32
2.4.2 矢量字元32
2.4.3 字元屬性32
2.5 裁剪33
2.5.1 直線段裁剪33
2.5.2 多邊形裁剪37
2.5.3 字元裁剪40
2.6 反走樣40
2.6.1 提高解析度40
2.6.2 區域採樣41
2.6.3 加權區域採樣42
2.7 消隱42
2.7.1 消隱的分類43
2.7.2 消除隱藏線43
2.7.3 消除隱藏面45
習題256
第3章 幾何造型技術57
3.1 參數曲線和曲面57
3.1.1 曲線曲面的表示57
3.1.2 曲線的基本概念58
3.1.3 插值、擬合和光順61
3.1.4 參數化62
3.1.5 參數曲線的代數和幾何形式63
3.1.6 連續性64
3.1.7 參數曲面的基本概念65
3.2 Bézier曲線與曲面66
3.2.1 Bézier曲線的定義和性質66
3.2.2 Bézier曲線的遞推算法69
3.2.3 Bézier曲線的拼接70
3.2.4 Bézier曲線的升階與降階71
3.2.5 Bézier曲面72
3.2.6 三邊Bézier曲面片74
3.3 B樣條曲線與曲面78
3.3.1 B樣條的遞推定義和性質78
3.3.2 B樣條曲線的性質79
3.3.3 de Boor 算法80
3.3.4 節點插入算法83
3.3.5 B樣條曲面84
3.4 NURBS曲線與曲面84
3.4.1 NURBS曲線的定義85
3.4.2 齊次坐標表示86
3.4.3 權因子的幾何意義86
3.4.4 圓錐曲線的NURBS表示87
3.4.5 NURBS曲線的修改87
3.4.6 非均勻有理B樣條（NURBS）曲面89
3.5 Coons曲面89
3.5.1 基本概念89
3.5.2 雙線性Coons曲面90
3.5.3 雙三次Coons曲面91
3.6 形體在計算機內的表示92
3.6.1 引言93
3.6.2 形體表示模型94
3.6.3 形體的邊界表示模型99
3.7 求交分類104
3.7.1 求交分類簡介104
3.7.2 求交分類策略105
3.7.3 基本的求交算法106
3.8 實體造型系統簡介109
3.8.1 Parasolid系統110
3.8.2 ACIS系統112
3.9 三角格線114
3.9.1 三角格線的概念114
3.9.2 三角格線的半邊表示115
3.9.3 格線處理概述116
3.9.4 格線簡化117
3.9.5 格線細分119
3.9.6 特徵敏感格線重剖120
習題3122
第4章 真實感圖形學124
4.1 真實圖像的生成124
4.2 顏色視覺125
4.2.1 基本概念126
4.2.2 三色學說127
4.2.3 CIE色度圖127
4.2.4 常用的顏色模型129
4.3 簡單光照明模型131
4.3.1 相關知識132
4.3.2 Phong光照明模型133
4.3.3 增量式光照明模型135
4.3.4 陰影的生成137
4.4 局部光照明模型138
4.4.1 理論基礎138
4.4.2 局部光照明模型140
4.5 光透射模型141
4.5.1 透明效果的簡單模擬141
4.5.2 Whitted光透射模型142
4.5.3 Hall光透射模型143
4.5.4 簡單光反射透射模型144
4.6 紋理及紋理映射145
4.6.1 紋理概述145
4.6.2 二維紋理域的映射146
4.6.3 三維紋理域的映射147
4.6.4 幾何紋理147
4.7 整體光照明模型148
4.7.1 光線跟蹤算法148
4.7.2 輻射度方法156
4.8 實時真實感圖形學技術163
4.8.1 基於圖像的繪製技術164
4.8.2 景物模擬165
習題4169
第5章 圖形標準170
5.1 OpenGL概述170
5.2 OpenGL程式結構172
5.3 基本幾何元素繪製174
5.4 坐標變換182
5.5 光照處理189
5.6 顯示列表194
5.7 紋理貼圖196
習題5201
附錄A 計算機圖形學的數學基礎202
A.1 矢量運算202
A.2 矩陣運算203
A.3 齊次坐標204
A.4 線性方程組的求解205
附錄B 圖形的幾何變換206
B.1 視窗區到視圖區的坐標變換206
B.2 二維圖形的幾何變換207
B.3 三維圖形幾何變換209
附錄C 形體的投影變換212
C.1 投影變換分類212
C.2 世界坐標與觀察坐標212
C.3 正平行投影（三視圖）213
C.4 斜平行投影214
C.5 透視投影214
參考文獻216
