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計算機圖形學——理論、工具與應用（第3版） ( 簡體 字) |
| 作者：魏海濤 | 類別：1. -> 教材 -> 數位影像處理 |
| 譯者： |
| 出版社：電子工業出版社 |  3dWoo書號： 36566
詢問書籍請說出此書號！【缺書】
NT售價： 195 元 |
| 出版日：9/1/2013 |
| 頁數：300 |
| 光碟數：0 |
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站長推薦：   |
| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787121207938 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：第3版前言
一、 教材編寫的指導思想
本教材圍繞“實現三維圖形顯示的基本方法是程序設計和計算機仿真”這一命題， 在“可計算性的實現前提可計算性的實現前提是指待解問題被模型與系統形式化方法所描述， 這種描述要轉換成算法， 算法要有合理的復雜度（即程序的使用有明確的邊界范圍限制）。形式化方法描述指用數學模型、 流程圖與邏輯符號進行描述， 且這種描述要遵從邏輯上的一致性（一致性事物的基本特征或特性相同， 其他特性或特征相類似， 不能有矛盾）。”與“計算機仿真理論架構原理計算機仿真理論架構原理包括系統、 建模、 仿真算法與評估。系統指由相互聯系、 相互作用的要素或部件組成的具有一定結構和功能的有機整體， 它決定了被研究任務與考察對象的組成與邊界范圍。大型復雜的系統一般由多個相對簡單的子系統構成， 具有多樣性、 層次性、 動態性、 智能性與關聯性等特征。”思想指導下， 以3D動畫與圖形標準為教學目標， 用系統分析與綜合的方法系統分析與綜合的方法： 如為實現三維圖形的自動顯示這一目標， 本教材先把這一總任務分解成多個相對獨立的各個子任務形成各章的教學內容， 并提出各章要解決的基本問題。最后， 將各章解決問題方法進行集合， 構成一個自動運行并完成指定任務的完整系統， 以達到設定的教學目標。組織教材內容的編寫。教材中先用二維圖形建立軟件系統的概念； 然后根據仿真原理建立描述可視物體、 燈光、 照相機等物理模型所需多個數學模型為主線， 構建了仿真光線在計算機場景與照相機模型中傳播并在照相機鏡頭中生成3D動畫圖形的教學方法， 使讀者能在物理仿真、 數學建模與軟件系統概念的指引下， 編程實現三維圖形軟件系統， 以此實現三維動畫圖形的自動顯示。因計算機動畫設計中包含了圖形標準， 所以同時講解了OpenGL圖形標準繪圖工具， 便于讀者應用各種可視化編程軟件開發應用程序， 做到與國內外目前計算機圖形學課程的教學現狀[32,34-41]相接軌。本課程可作為軟件工程課程的教學實習對象， 并期待能用計算機圖形學課程解決傳統的軟件工程課程中存在的教學困惑俠義的軟件工程包括兩個步驟： （1）用一組規則約定并經抽象形成理論或工具等方法； （2）以此規范并協調多人分工協作編寫程序源代碼與程序測試等開發過程， 即用第二步加強對第一步的理解。這是避免大型程序系統開發走彎路并取得成功的基本保證。在該課程教學中， 若僅進行講授而不進行實習， 那么該課程教學并不完備。廣義的軟件工程包括大型工程應用中所涉及具體軟件的整體開發技術與實現等過程。傳統的課程教學中， 并沒有明確是否應包含復雜大系統的數學建模與系統仿真等要求（實際應用軟件的開發過程有這些要求， 但其教科書往往沒有這些內容）， 也不清楚以什么問題作為教學案例以達到該課程設定的教學目標。這導致該課程的實習部分不易進行， 使其課程教學出現了教學困惑——即不能把一門理論與實踐并重的課程， 僅當作一門純理論課程來傳授。。
二、 授課所用的教學模式與教學方法
用3D動畫系統案例的形式培養讀者熟悉科學研究的工作方法， 并以此使讀者掌握計算機程序設計的基本方法。科學研究的工作方法遵循以下原則：
（1）開發選題。找任務、 檢索閱讀資料、 提出問題或自由選題并并為此命名是開發選題的基礎。自由選題要確立研究問題（應是國際上目前受關注、 有發展前途的重要領域或方向或疑難問題）的創新性（如填補空白或修改傳統的理論， 新技術、 新方法的發明創造； 或在前人工作基礎上進行補充完善等）、 科學性（對自然現象提出疑問和假設， 并通過科研實踐證明、 演繹、 顯示答案。科研實踐是一個試錯的過程， 即通過不斷犯錯而逐漸揭示事物的本來面目）、 目標性（設定所期望的結果）、 可行性（有能力與條件達到所設定的目標）， 并理順課題的申報渠道。如計算機圖形學的學科（教學科目與知識類別）屬性與教學內容， 是目前國際計算機圖形學教育界多年（從1999年-2011年）關注的疑難問題[32,33,1,104]。
（2）分析問題。真實照片由物體、 燈光與照相機3個主要因素決定， 由此提煉描述這些物理模型所需多個教學基本點。如用幾何模型、 材質模型、 紋理模型描述可視物體模型； 用點光源的光線幾何模型、 顏色模型、 照明模型、 光線跟蹤算法與輻射度算法等描述燈光模型（點發光體）； 根據照相機的觀察參數， 用幾何模型的幾何變換、 裁剪、 投影、 多邊形填充與紋理映射、 圖像融合等算法描述照相機模型； 對光線跟蹤算法需重構照相機模型。
（3）提出解決問題的方法（提出假說）。教材中先用二維圖形建立軟件系統的概念， 然后以建立描述可視物體、 燈光、 照相機等物理模型所需多個數學模型為主線， 建立仿真光線傳播生成三維圖形的概念。注意： 選定的研究問題、 解決問題的方法是否創新或有意義， 以及研究人員的實力是取得創新成果的基礎。
（4）做實驗解決問題（尋找證據支持假說）。在物理仿真、 數學建模與軟件系統概念的指引下， 選擇數據結構、 設計算法、 編寫程序源代碼并調試、 測試運行程序， 以構建三維圖形軟件系統。向該運行軟件輸入各種圖形模型的描述數據與命令， 計算機能自動生成像照片一樣效果的三維真實感圖形。物體運動或變形、 燈光變幻、 照相機運動， 可形成計算機動畫。
（5）取得新成果（用查新方法驗證）。對學科已有的系統理論與方法進行漸進改進或更新， 發表學術論文、 推廣該成果， 直至論證申報新開發項目或教學改革項目， 推動學科不斷向前發展。當我們在國內外率先界定計算機圖形學的學科內涵、 論證計算機圖形學是可視化與物理仿真應用程序后[1,104]， 為健全、 理順、 提煉本教材（第3版）的教學內容奠定了理論基礎。
由此構建計算機程序設計教學的完整過程（計算機應用程序設計的基本規律與基本方法， 詳見0.4節的最后結論）， 并形成了面向科學思維的教學方法。該教學方法要求把科學研究的工作方法、 系統分析與綜合的方法、 思考問題的方法、 查找資料與抽象的方法等知識產生的方法（簡稱方法論）引入課程教學中， 有效講解學科專業知識是如何根據需求并通過研究各種問題產生的原因， 進而形成本學科的理論體系（計算機圖形學的理論體系， 用可計算性的現實前提與計算機仿真理論架構原理有效描述）與其學科結構（詳見導論）， 這是科學思維產生的結果。掌握這種方法， 將為人們日后取得創新成果打下基礎。
三、 教材的適用對象、 教學安排與修訂情況
教材中的例題均是在Windows環境中編程實現的。學習本課程， 要求讀者具有C++語言的編程基礎與數據結構方面的知識， 并對基礎物理學有一個基本的了解。
本教材可作為高等院校計算機、 信息處理、 數學、 物理、 機械、 地理、 建筑、 園林、 紡織、 工藝美術、 土木工程等專業的本科生， 正確認識圖形數學模型的構建與顯示規律、 掌握計算機程序設計的基本方法、 計算機仿真入門的重要教科書。
本次修訂重寫了教材的導論與各章小結， 每章先通過提出基本問題來介紹各章的教學要點， 精簡了相關教學內容， 對于一批重要術語（黑體字標明）的基本含義進行了詮釋， 改變國外目前以圖形標準為主的計算機圖形學教學模式[32,34-40]不能概括計算機圖形學的研發成果與發展規律等被動局面， 有效解決國內外計算機圖形學教育界長期對本課程的教學困惑[1,104]。
感謝浙江大學的彭群生教授對本教材寫作的大力支持與親切指導； 感謝廈門大學的趙致琢教授、 上海交大的何援軍教授， 空軍預警學院（原空軍雷達學院）的楊瑞娟、 魯漢榕、 吳彩華、 高燕、 戴志平、 俞志強、 周焰（他們參與了教材的策劃討論、 試用、 審稿、 校對、 畫圖、 實例設計等工作）、 熊家軍、 徐毓、 肖兵、 魏忠、 蔡益朝、 賓雪蓮、 代科學、 郭樂江、 李嵩斌老師和參考文獻作者的幫助； 感謝關心、 使用本教材的所有讀者； 這些支持與幫助使作者能順利完成本教材的修訂工作。對于書中不妥之處， 懇切讀者批評指正。
本教材的修訂， 受到空軍預警學院“十二五”國家級規劃教材出版基金的資助。
本書提供相關的教學資源。需要的老師， 可登錄華信教育資源網（www.hxedu.com.cn）注冊后進行下載， 也可與作者直接聯系， 作者Email:weihaitaogood@126.com
作 者 |
內容簡介：本書是“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材。
全書分為兩個篇章，分別對二維圖形學和三維圖形學基礎進行了講解，主要包括計算機圖形學導論、圖形的描述與生成、圖形的基本運算、圖形的觀察運算、圖形的數據結構以及平面物體、曲面物體、燈光模型的構建與顯示和OpenGL圖形標準與應用等內容。同時，本書提出了改革國內外計算機圖形學以圖形標準為主的教學模式的相關建議，界定了計算機圖形學的學科內涵與計算機科學的學科結構，明確了計算機圖形學作為可視化與物理仿真應用程序在計算機科學中的地位與作用，構建了計算機圖形學“理論（軟件系統、建模、仿真、程序設計）、工具（OpenGL圖形標準）與應用（3D動畫）”3個學科形態的教材新體系，形成了面向科學思維的教學方法。
全書配套有電子課件、算法程序源代碼等教學資源，供教師教學參考。
本教材可作為高等院校計算機、信息處理、數學、物理、機械、地理、土木工程等專業的本科生與研究生，掌握計算機程序設計的基本方法、計算機仿真入門并進行計算思維訓練的重要教科書。 |
目錄：第0章 計算機圖形學導論
0.1 計算機圖形學的系統理論
0.2 計算機圖形學研發的多種開發工具
0.3 計算機圖形學的應用
0.4 計算機圖形學學科當前的研究熱點與發展方向
0.5 計算機圖形學學習的參考資料
本章小結： 建設成熟的課程教學內容是搞好課程教學工作的前提
習題0
上篇 二維圖形學基礎
第1章 線段圖形的描述與生成
1．1 直線的描述與生成
1．1．1 直線的簡單微分算法
1．1．2 直線的整數算法
1.2 圓與橢圓的描述與生成
1.2.1 圓的角度微分法
1.2.2 橢圓的角度微分法
1.3 自由曲線的描述與生成
1.3.1 三次樣條曲線
1.3.2 三次參數樣條曲線
1.3.3 貝齊埃曲線
1.3.4 B樣條曲線
1.4 矢量字符的描述與生成
本章小結： 直線與曲線的描述、 建模與生成
習題1
第2章 實面積圖形的描述與生成
2.1 多邊形的描述與填充
2.1．1 多邊形的定義與性質
2.1.2 多邊形的填充原理
2.1.3 多邊形的（YX）填充算法
2.1.4 多邊形的Y-X填充算法
2.1.5 多邊形的優先級填充算法
2.2 直線的反走樣顯示處理技術
2.2.1 反走樣直線的面積采樣生成算法
2.2.2 反走樣直線的加權面積采樣生成算法
本章小結： 多邊形的描述、 建模、 生成與直線的反走樣顯示技術
習題2
第3章 圖形的基本運算
3．1 圖形的幾何變換
3.1.1 幾何變換常用的齊次坐標變換矩陣
3.1.2 二維圖形的連續幾何變換
3．2 圖形的布爾運算
3．2．1 正則布爾運算公式
3．2．2 A， B多邊形之間的相互關系， 對生成新多邊形的影響
本章小結： 圖形建模方法的提升
習題3
第4章 圖形的觀察運算
4.1 圖形的開窗
4．1．1 圖形學中常用的坐標系
4.1.2 窗口、 視區及圖形的窗視坐標變換
4.2 圖形的裁剪
4．2．1 點與字符的裁剪
4．2．2 直線的裁剪
4.2.3 曲線的裁剪
4.2.4 實面積多邊形的裁剪
本章小結： 圖形數據輸出顯示的完整處理過程
習題4
第5章 圖形數據與命令的輸入
5.1 圖形數據輸入常用的編程處理方法
5.1.1 利用高級圖形專用語言編程輸入圖形數據
5.1.2 利用圖形輸入設備交互輸入圖形數據
5.1.3 圖形標準為圖形數據輸入提供的交互處理方法
5.2 光柵掃描圖形顯示器常用的交互輸入處理技術
5.2.1 光柵掃描圖形顯示器的工作原理與軟件功能
5.2.2 圖形的定位、 拾取、 命令選擇等交互輸入處理技術
5.3 圖形系統交互設計的基本方法
5．3．1 圖形系統交互設計的重要性與發展
5．3．2 圖形系統交互設計的基本方法
本章小結： 提高向計算機輸入數據的效率， 是人們編程追求的目標之一
習題5
第6章 圖形的數據結構
6．1 復合圖形元素
6．1．1 圖形組
6．1．2 重復圖
6．2 圖形的基本編輯功能
6．3 圖形系統的數據結構與數據處理流程
本章小結： 圖形軟件系統的構建原理
習題6
下篇 三維圖形學基礎
第7章 照相機模型的建立與三維幾何圖形的顯示
7．1 三維圖形幾何模型的幾何變換
7．2 三維圖形幾何模型的投影（用矩陣方式描述光線的傳播過程）
7．2．1 三維圖形幾何模型常用的坐標系
7.2.2 平行投影的基本原理與描述方法
7.2.3 正透視投影的基本原理與描述方法
7．3 照相機模型功能描述方法
7.3.1 照相機模型的兩種觀察空間與描述方法
7.3.2 三維直線的平行投影顯示在照相機模型中的實現方法
7．3．3 三維直線的透視投影顯示在照相機模型中的實現方法
本章小結： 照相機模型顯示三維圖形的原理
習題7
第8章 平面物體幾何模型的構建與圖形顯示
8．1 平面物體的描述與數據結構
8.1.1 平面物體的幾何信息與拓撲信息
8．1．2 平面物體幾何模型常用的表示方法
8.1.3 平面物體幾何模型常用的數據結構
8.2 平面物體的全剖切運算
8．2．1 全剖面的定義與平面物體的頂點分類
8．2．2 被剖物體有效剖面的形成
8．2．3 被剖平面物體截面的形成
8．2．4 形成新的剖面體
8．3 平面物體的集合運算
8．3．1 求交
8．3．2 分類
8．3．3 合并
8．4 平面物體線框模型的真實感圖形顯示——隱藏線的消除
8.5 平面物體表面模型的真實感圖形顯示——隱藏面的消除
8．5．1 Z緩沖器算法
8．5．2 掃描線深度緩存算法
8．5．3 間隔掃描線算法
8.5.4 Warnock算法
8．5．5 多邊形的BSP算法
8.5.6 A緩沖器算法
本章小結： 平面物體幾何建模與圖形顯示方法的成熟
習題8
第9章 曲面物體幾何模型的構建基礎與線框模型圖形顯示
9.1 三維物體幾何模型常用的描述方法
9．1．1 八叉樹表示法
9．1．2 掃描表示法
9．1．3 邊界表示法
9．1．4 元球表示法
9．1．5 蒙皮表示法
9．1．6 物體幾何模型表示方法的選擇
9.2 曲面物體的幾何造型
9．2．1 常用曲面的數學描述函數
9.2.2 幾何造型中的相交計算問題
9.2.3 用旋轉曲面以及貝齊埃曲線、 曲面構建茶壺的幾何模型
9.3 曲面物體線框模型的圖形顯示
9.3.1 曲面物體輪廓線的定義與圖形顯示
9.3.2 用等值線方法顯示曲面物體的幾何形狀
本章小結： 曲面物體幾何模型的構建與圖形顯示任重而道遠
習題9
第10章 燈光模型的建立與光照物體的圖形顯示
10．1 燈光物理模型
10．1．1 光源與光線幾何模型
10．1．2 顏色
10．1．3 顏色模型
10.2 物體的照明模型
10.2.1 物體的簡單光照模型
10.2.2 透明體的透明模型
10．3 曲面物體表面模型的真實感圖形顯示
10．3．1 曲面物體、 透明物體表面的著色處理
10．3．2 物體表面的紋理顯示（逐點仿真光線照射物體表面產生的反光顯示效果）
10．3．3 物體的陰影顯示
10．4 高度真實感圖形的顯示技術
10．4．1 整體光照模型與光線跟蹤算法
10．4．2 輻射度算法（仿真漫射光傳播確定物體表面的色彩與亮度）
本章小結： 用仿真光線傳播的方法生成像照片一樣的三維真實感圖形
習題10
第11章 OpenGL圖形標準與應用
11.1 OpenGL的基本功能與工作原理
11.2 Windows中OpenGL編程的環境設置與語法約定
11.3 OpenGL中讀寫一個像素點的實現方法
11.4 OpenGL用幾何與材質參數、 燈光與照相機參數描述并顯示光照物體圖形
11.5 OpenGL的堆棧與圖形的幾何變換
11.6 OpenGL的紋理與物體表面光滑紋理的圖形顯示
11.7 OpenGL的交互輸入與拾取
本章小結： 調用圖形標準輕松實現三維圖形的實時顯示
本教材界定重要專業術語索引
參考文獻 |
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