計算機圖形學學習指導與習題解答

《計算機圖形學學習指導與習題解答》是2010年出版的圖書，作者是Zhigang Xiang，譯者是龔亞萍等。

基本介紹

• 書名：計算機圖形學學習指導與習題解答
• 作者：Zhigang Xiang
• 譯者：龔亞萍等
• ISBN：9787302238515
• 出版社：39.5元
• 出版時間：2010年
• 裝幀：平裝

內容簡介

計算機圖形學是使用數學算法將二維或三維圖形轉化為計算機顯示器的柵格形式的科學。簡單地說，計算機圖形學主要是研究如何在計算機中表示圖形以及利用計算機進行圖形計算、處理和顯示的相關原理與算法。

本書介紹計算機圖形學的基本原理，內容全面豐富。

本書詳細說明重要知識點，用豐富的例子，讓讀者全面透徹地理解和掌握概念。每章最後都有大量習題和補充題，覆蓋面廣，難易適中，並給出詳盡答案，使讀者能舉一反三，靈活運用理論知識解決實際問題，並檢驗知識的掌握程度。本書可單獨作為有關計算機圖形學基本原理的教材，它還是有價值的參考書。本書面向學習目標，討論計算機圖像生成過程中的重要概念、數學基礎知識以及實現的算法。書中有數百道習題與解析，可幫助讀者更深入地理解圖形學概念，另外，還有許多實例輔助說明解題技巧。

本書講解計算機圖形學領域相對持久的關鍵知識。書中清晰地解釋基本概念以及它們之間的相互關係，不涉及與高級設備或計算環境相關的信息。這裡討論計算機圖形學的整體框架，重點說明數學知識和算法實現。算法用偽代碼表示，不用特定的程式語言。所有示例都有詳細的說明，可以輕鬆轉換為特定計算機系統的工作版本。

基於這種編寫原則，所有讀者均能從中獲益。如果您只想了解計算機圖形學，不去做具體實現，那么，可以將本書作為一本入門讀物；對於相關專業的教師和學生，可將本書作為任何基礎教材的補充參考；對於從事計算機圖形學的人員，因為本書易於理解，沒有圖形系統程式設計師手冊那么晦澀難懂，所以，可以將本書作為實踐路途中的墊腳石。

圖書目錄

第1章 計算機圖形學基礎1

1.1 概述1

1.1.1 圖像處理4

1.1.2 人機互動4

1.2 本書概述4第2章 圖像表示5

2.1 RGB顏色模型5

2.2 直接編碼7

2.3 查找表7

2.4 顯示器8

2.4.1 彩色顯示器9

2.5 印表機10

2.5.1 半色調10

2.5.2 半色調逼近10

2.5.3 抖動12

2.5.4 誤差擴散12

2.6 圖像檔案13

2.7 設定像素的顏色屬性14

2.8 綜合實例： 可視化曼德布洛特集合15

2.8.1 朱里阿集合17

習題與解析17

補充題22第3章 掃描轉換23

3.1 掃描轉換點23 計算機圖形學學習指導與習題解答(第2版)目錄 3.2 掃描轉換直線24

3.2.1 直接使用直線方程24

3.2.2 DDA算法24

3.2.3 Bresenham畫線算法25

3.3 掃描轉換圓27

3.3.1 定義圓27

3.3.2 Bresenham畫圓算法28

3.3.3 中點畫圓算法30

3.3.4 任意圓心位置的圓31

3.4 掃描轉換橢圓32

3.4.1 多項式定義橢圓32

3.4.2 極坐標定義橢圓32

3.4.3 旋轉橢圓軸33

3.4.4 中點畫橢圓算法33

3.5 弧和扇形弧的掃描轉換36

3.5.1 扇形37

3.6 矩形的掃描轉換38

3.7 區域填充38

3.7.1 4連通和8連通39

3.7.2 邊界填充算法39

3.7.3 擴散遞歸區域填充40

3.7.4 掃描轉換算法40

3.8 掃描轉換字元42

3.8.1 點陣圖字型42

3.8.2 輪廓字型42

3.9 消除鋸齒43

3.9.1 階梯形43

3.9.2 亮度不等43

3.9.3 細節失真問題43

3.9.4 消除鋸齒技術44

3.9.5 預過濾和後過濾44

3.9.6 區域採樣44

3.9.7 超取樣45

3.9.8 低通濾波45

3.9.9 像素移相46

3.10 綜合實例： 遞歸定義的圖形46

3.10.1 C曲線46

3.10.2 Koch曲線47

3.10.3 Sierpinski三角形47

習題與解析48

補充題61第4章 二維變換62

4.1 幾何變換62

4.1.1 平移變換62

4.1.2 繞原點旋轉變換63

4.1.3 相對原點的縮放變換63

4.1.4 關於坐標軸的鏡面反射變換64

4.1.5 幾何逆變換64

4.2 坐標變換64

4.2.1 平移變換64

4.2.2 繞原點旋轉變換65

4.2.3 相對原點的縮放變換65

4.2.4 關於坐標軸的鏡面反射變換65

4.2.5 坐標逆變換66

4.3 組合變換67

4.3.1 基本變換的矩陣表示67

4.3.2 矩陣連線68

4.3.3 矩陣表示注意事項69

4.4 圖例變換69

4.4.1 嵌套圖例和多級結構70

習題與解析71

補充題80第5章 二維觀察與裁剪82

5.1 視窗到視區映射83

5.2 點裁剪84

5.3 線段裁剪84

5.3.1 Cohen-Sutherland算法84

5.3.2 中點分割算法86

5.3.3 Liang-Barsky算法87

5.4 多邊形裁剪88

5.4.1 凸多邊形裁剪視窗88

5.4.2 Sutherland-Hodgman算法89

5.4.3 Weiler-Atherton算法90

5.5 綜合實例： 二維圖形處理流程91

5.5.1 搖移和縮放93

5.5.2 雙緩衝區93

5.5.3 查找表動畫93

習題與解析93

補充題105第6章 三維變換106

6.1 幾何變換106

6.1.1 平移106

6.1.2 縮放106

6.1.3 旋轉107

6.1.4 繞?z?軸旋轉107

6.1.5 繞?y?軸旋轉107

6.1.6 繞?x?軸旋轉107

6.2 坐標變換108

6.3 組合變換109

6.4 圖例變換109

習題與解析110

補充題116第7章 數學投影118

7.1 投影分類118

7.2 透視投影119

7.2.1 基本原理119

7.2.2 透視投影的數學描述119

7.2.3 透視異常120

7.3 平行投影122

7.3.1 基本原理122

7.3.2 平行投影的數學表示122

習題與解析123

補充題139第8章 三維觀察與裁剪140

8.1 三維觀察140

8.1.1 指定視平面140

8.1.2 視平面坐標140

8.1.3 指定觀察體142

8.2 裁剪143

8.2.1 通過有限觀察體裁剪143

8.2.2 裁剪策略144

8.2.3 裁剪算法146

8.3 觀察變換146

8.3.1 規範化觀察坐標146

8.3.2 螢幕投影平面146

8.3.3 構造三維觀察147

8.4 綜合實例： 三維圖形處理流程147

習題與解析148

補充題161第9章 幾何表示162

9.1 簡單的幾何形體162

9.1.1 點和線162

9.1.2 折線162

9.1.3 多邊形162

9.2 線框模型163

9.2.1 多邊形格線模型的表示163

9.2.2 多面體表示164

9.2.3 線框模型的優缺點164

9.3 曲面表示164

9.4 曲線繪製164

9.5 多項式基函式165

9.5.1 三次Hermite多項式165

9.5.2 B樣條166

9.5.3 Bernstein多項式166

9.6 插值問題167

9.6.1 拉格朗日多項式插值167

9.6.2 三次Hermite插值167

9.6.3 樣條插值168

9.7 逼近問題169

9.7.1 Bézier-Bernstein逼近169

9.7.2 Bézier-Bernstein逼近特性169

9.7.3 貝塞爾-B樣條逼近170

9.7.4 閉合曲線170

9.7.5 貝塞爾-B樣條逼近的特性171

9.8 曲面繪製171

9.8.1 有向格線171

9.8.2 插值面片172

9.9 曲線和曲面變換173

9.10 二次曲面174

9.10.1 球體174

9.10.2 橢圓體174

9.10.3 單體雙曲面174

9.10.4 雙體雙曲面174

9.10.5 橢圓柱體175

9.10.6 橢圓拋物面175

9.10.7 雙曲拋物面176

9.11 綜合實例： 地形圖生成176

9.11.1 中點位移176

9.11.2 Brownian碟形分布177

習題與解析178

補充題182第10章 隱藏面消隱183

10.1 深度比較183

10.2 ?Z?-緩衝區算法185

10.3 後向面消隱186

10.4 畫家算法186

10.4.1 指定優先權187

10.4.2 測試?P?是否遮擋?Q?187

10.4.3 算法188

10.5 掃描轉換算法188

10.5.1 ?y?掃描188

10.5.2 ?x?掃描188

10.5.3 連貫性類型189

10.5.4 掃描線算法189

10.6 細分算法191

10.6.1 環繞多邊形隱藏的多邊形消隱192

10.6.2 細分算法193

10.7 消除隱藏線193

10.8 繪製數學曲面193

10.8.1 繪製曲面的周長算法194

10.8.2 可見性測試195

10.8.3 繪製數學曲面的Wright算法195

習題與解析196

補充題211第11章 顏色與著色模型212

11.1 光與色212

11.1.1 光的基本特徵213

11.1.2 廣義三原色理論213

11.1.3 CIE ?XYZ?顏色模型214

11.1.4 CIE色度圖214

11.1.5 顏色域映像215

11.1.6 NTSC ?YIQ?顏色模型216

11.2 Phong模型216

11.3 插值的著色方法218

11.3.1 恆量著色218

11.3.2 Gouraud著色219

11.3.3 Phong著色220

11.4 紋理220

11.4.1 投影紋理220

11.4.2 映射紋理221

11.4.3 實體紋理222

習題與解析223

補充題229第12章 光線跟蹤231

12.1 單孔攝影231

12.2 遞歸的光線跟蹤算法232

12.3 光線的參數向量表示234

12.4 光線與物體表面求交234

12.4.1 與坐標系平面求交234

12.4.2 與任意平面求交235

12.4.3 與球面求交236

12.4.4 與一般隱式表示的曲面求交237

12.5 執行效率237

12.5.1 自適應深度控制技術237

12.5.2 包圍盒技術238

12.5.3 多層包圍盒技術238

12.5.4 空間相關性技術或空間再分技術238

12.6 圖形保真239

12.6.1 超取樣239

12.6.2 自適應超取樣239

12.6.3 隨機超取樣239

12.7 其他視覺效果239

12.7.1 環境映射239

12.7.2 軟陰影240

12.7.3 模糊反射240

12.7.4 半透明240

12.7.5 運動模糊241

習題與解析241

補充題249附錄A 二維計算機圖形數學251

A.1 二維笛卡兒坐標系251

A.1.1 在笛卡兒坐標系中測量距離252

A.1.2 在笛卡兒坐標系中測量角度252

A.1.3 描述笛卡兒坐標系中的直線252

A.1.4 曲線與參數方程253

A.2 極坐標系254

A.2.1 坐標系轉換254

A.3 向量255

A.3.1 向量屬性255

A.3.2 坐標向量和分量256

A.3.3 點積257

A.4 矩陣257

A.4.1 矩陣運算特徵257

A.4.2 逆矩陣和單位矩陣259

A.5 函式和變換259

A.5.1 函式圖形260

A.5.2 複合函式260

A.5.3 反函式261

習題與解析261附錄B 三維計算機圖形數學274

B.1 三維笛卡兒坐標274

B.1.1 方向274

B.1.2 右手規則274

B.1.3 三維空間中點的笛卡兒坐標275

B.1.4 距離公式275

B.2 三維曲線和三維曲面275

B.2.1 三維曲線275

B.2.2 三維曲面276

B.3 三維向量277

B.3.1 直線的向量方程279

B.3.2 平面的向量方程279

B.4 齊次坐標系280

B.4.1 二維投影面280

B.4.2 投影面上點和線的齊次坐標281

B.4.3 齊次坐標與笛卡兒坐標的關係281

B.4.4 三維投影面和齊次坐標282

習題與解析282補充題答案292