3D圖形系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目 錄
第1章 概述 1
1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 1
1.2 應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用程序 1
1.3 研究方法 2
1.4 系統(tǒng)架構(gòu) 2
1.5 實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展 3
1.6 實(shí)現(xiàn)范例 3
1.7 圖形標(biāo)準(zhǔn) 4
1.8 高級(jí)應(yīng)用程序和后續(xù)發(fā)展 4
1.9 本書內(nèi)容 5
1.10 補(bǔ)充材料 6
第2章 對(duì)象和圖形設(shè)備 7
2.1 圖形對(duì)象 7
2.1.1 圖形對(duì)象的描述 8
2.1.2 圖形對(duì)象的離散化和重構(gòu) 8
2.2 圖形設(shè)備和表達(dá) 10
2.2.1 向量設(shè)備 10
2.2.2 光柵化（矩陣）設(shè)備 10
2.3 圖形設(shè)備分類 11
2.3.1 概念 12
2.3.2 分類 12
2.4 圖形工作站 13
2.4.1 窗口系統(tǒng) 13
2.4.2 視圖轉(zhuǎn)換 14
2.5 GP圖形包 15
2.5.1 GP特征 15
2.5.2 GP中的顏色屬性 16
2.5.3 GP中對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 17
2.5.4 控制例程 18
2.5.5 視見例程 19
2.5.6 繪制例程 21
2.5.7 圖形輸入和交互例程 22
2.6 補(bǔ)充材料 24
2.7 本章練習(xí) 25
第3章 交互式圖形界面 27
3.1 創(chuàng)建交互式程序 27
3.2 交互基礎(chǔ) 27
3.2.1 圖形反饋 28
3.2.2 邏輯輸入元素 28
3.2.3 概覽 28
3.3 界面機(jī)制 29
3.3.1 非交互式 29
3.3.2 事件驅(qū)動(dòng) 29
3.3.3 回調(diào)模型 30
3.3.4 包含多個(gè)視圖的回調(diào) 31
3.4 界面對(duì)象 32
3.4.1 多視口 32
3.4.2 基于視圖的回調(diào) 36
3.5 工具箱 40
3.5.1 基本元素 40
3.5.2 tk包 41
3.5.3 示例 46
3.6 多邊形直線編輯器 47
3.7 回顧 54
3.8 補(bǔ)充材料 55
3.9 本章練習(xí) 56
第4章 幾何體 57
4.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的幾何體 57
4.1.1 應(yīng)用和功能 57
4.1.2 計(jì)算內(nèi)容 57
4.1.3 方案匯總 57
4.2 歐幾里得空間 58
4.2.1 定義 58
4.2.2 元素和操作 58
4.2.3 度量屬性 60
4.2.4 坐標(biāo)和基 61
4.3 歐幾里得空間中的轉(zhuǎn)換 62
4.3.1 線性轉(zhuǎn)換 62
4.3.2 等距 63
4.3.3 仿射轉(zhuǎn)換 63
4.4 投影空間 63
4.4.1 投影空間模型 64
4.4.2 標(biāo)準(zhǔn)化和齊次坐標(biāo) 64
4.4.3 齊次表達(dá) 65
4.5 ????3中的投影轉(zhuǎn)換 66
4.6 幾何體對(duì)象的轉(zhuǎn)換 73
4.6.1 轉(zhuǎn)換操作修正 73
4.6.2 轉(zhuǎn)換點(diǎn)和方向 73
4.6.3 轉(zhuǎn)換射線 74
4.6.4 切平面上的轉(zhuǎn)換 76
4.6.5 轉(zhuǎn)換的雙重解釋 76
4.7 補(bǔ)充材料 77
4.7.1 小結(jié) 77
4.7.2 程序設(shè)計(jì)層 78
4.8 本章練習(xí) 78
第5章 顏色 81
5.1 顏色的基本知識(shí) 81
5.1.1 顏色的波長模型 81
5.1.2 物理顏色系統(tǒng) 82
5.1.3 色彩的心理學(xué)研究 82
5.1.4 顏色計(jì)算 84
5.2 設(shè)備顏色系統(tǒng) 85
5.2.1 顏色的處理 85
5.2.2 RGB-CMY轉(zhuǎn)換 85
5.3 顏色規(guī)范系統(tǒng) 87
5.3.1 亮度：色度分解 87
5.3.2 顏色選擇的HSV系統(tǒng) 88
5.4 離散化顏色實(shí)體 92
5.5 補(bǔ)充材料 93
5.5.1 資料鏈接 93
5.5.2 回顧 94
5.6 本章練習(xí) 94
第6章 數(shù)字圖像 95
6.1 基礎(chǔ)知識(shí) 95
6.1.1 圖像的離散和連續(xù)模型 95
6.1.2 圖像的量化 96
6.1.3 矩陣表達(dá) 97
6.2 圖像的表現(xiàn)格式 97
6.2.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 97
6.2.2 訪問圖像矩陣 99
6.3 圖像編碼 100
6.3.1 PPM格式 100
6.3.2 直接編碼 100
6.4 補(bǔ)充材料 102
6.4.1 修正 102
6.4.2 圖像格式 103
6.5 本章練習(xí) 103
第7章 3D場(chǎng)景描述 105
7.1 三維場(chǎng)景 105
7.1.1 三維場(chǎng)景的元素 105
7.1.2 三維場(chǎng)景表達(dá) 106
7.1.3 場(chǎng)景描述語言 106
7.2 語言概念 107
7.2.1 表達(dá)式語言 107
7.2.2 表達(dá)式中的語法和語義 108
7.2.3 程序的編譯和解釋 109
7.2.4 語言開發(fā)工具 110
7.3 擴(kuò)展語言 110
7.3.1 語法分析器 110
7.3.2 詞法分析器 112
7.3.3 符號(hào)分析器 115
7.3.4 參數(shù)和值 117
7.3.5 節(jié)點(diǎn)和表達(dá)式 119
7.3.6 輔助函數(shù) 121
7.4 子語言和應(yīng)用程序 123
7.4.1 基于擴(kuò)展語言的接口 123
7.4.2 實(shí)現(xiàn)語義 124
7.4.3 生成解釋器 125
7.5 補(bǔ)充材料 125
7.5.1 修正 125
7.5.2 擴(kuò)展 126
7.5.3 相關(guān)信息 126
7.6 本章練習(xí) 127
第8章 三維幾何體模型 129
8.1 建模基礎(chǔ)知識(shí) 129
8.1.1 模型和幾何體描述 129
8.1.2 表達(dá)模式 131
8.2 幾何圖元 132
8.2.1 圖元對(duì)象定義 133
8.2.2 泛型接口 134
8.2.3 圖元示例 138
8.3 表面和多邊形網(wǎng)格的近似計(jì)算 147
8.3.1 近似方法 147
8.3.2 分段式線性近似方法 147
8.4 多邊形表面 147
8.4.1 n邊多邊形 148
8.4.2 三角形 150
8.4.3 三角形列表 154
8.5 補(bǔ)充材料 156
8.6 本章練習(xí) 157
第9章 建模技術(shù) 159
9.1 建模系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí) 159
9.1.1 用戶界面 159
9.1.2 模型操作 160
9.1.3 建模技術(shù) 160
9.1.4 系統(tǒng)架構(gòu) 160
9.2 構(gòu)造模型 161
9.2.1 CSG結(jié)構(gòu) 162
9.2.2 簡單的CSG表達(dá)式語言 164
9.2.3 三維場(chǎng)景描述語言中的CSG表達(dá) 166
9.2.4 三維場(chǎng)景描述語言中的CSG對(duì)象的解釋 167
9.3 生成式建模技術(shù) 168
9.3.1 生成式模型的多邊形近似表達(dá) 169
9.3.2 生成式模型的類型 171
9.3.3 旋轉(zhuǎn)曲面 172
9.4 補(bǔ)充材料 172
9.5 本章練習(xí) 173
第10章 層次結(jié)構(gòu)和體系結(jié)構(gòu)對(duì)象 175
10.1 幾何鏈接 175
10.1.1 層次結(jié)構(gòu) 175
10.1.2 幾何轉(zhuǎn)換 176
10.1.3 仿射不變性 177
10.2 層次結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換 178
10.2.1 棧操作 178
10.2.2 轉(zhuǎn)換 180
10.3 對(duì)象分組 183
10.3.1 層次結(jié)構(gòu)描述 183
10.3.2 對(duì)象 183
10.3.3 分組和對(duì)象列表 185
10.3.4 對(duì)象轉(zhuǎn)換 187
10.3.5 收集列表中的對(duì)象 188
10.3.6 參數(shù)化鏈接 189
10.4 動(dòng)畫 191
10.4.1 動(dòng)畫時(shí)鐘 191
10.4.2 過程式動(dòng)畫的構(gòu)建 193
10.4.3 動(dòng)畫的執(zhí)行過程 193
10.5 補(bǔ)充材料 195
10.6 本章練習(xí) 196
第11章 視見相機(jī)轉(zhuǎn)換 199
11.1 視見處理過程 199
11.1.1 視見操作和參考空間 199
11.1.2 虛擬相機(jī)和視見參數(shù) 200
11.1.3 定義視見參數(shù) 202
11.2 視見轉(zhuǎn)換 205
11.2.1 相機(jī)轉(zhuǎn)換 206
11.2.2 剪裁轉(zhuǎn)換 208
11.2.3 透視轉(zhuǎn)換 209
11.2.4 設(shè)備轉(zhuǎn)換 212
11.2.5 轉(zhuǎn)換序列 213
11.3 視見規(guī)范 214
11.3.1 初始化 214
11.3.2 相機(jī) 215
11.3.3 透視 216
11.3.4 設(shè)備 217
11.3.5 定義三維場(chǎng)景描述語言中的視見機(jī)制 218
11.4 補(bǔ)充材料 218
11.5 本章練習(xí) 219
第12章 視見的表面剪裁 221
12.1 剪裁操作的基本知識(shí) 221
12.1.1 空間剪裁 221
12.1.2 剪裁和視見 221
12.2 剪裁簡單情形 222
12.2.1 簡單拒絕 222
12.2.2 簡單接受 223
12.2.3 包含相反方向的面元 223
12.3 兩步剪裁 224
12.4 序列剪裁 228
12.5 補(bǔ)充材料 232
12.6 本章練習(xí) 233
第13章 光柵化 235
13.1 光柵化基礎(chǔ)知識(shí) 235
13.2 光柵化方法的分類 236
13.3 漸增式方法 236
13.3.1 內(nèi)在型漸增式光柵化 236
13.3.2 外在型漸增式光柵化 240
13.4 基于細(xì)分的光柵化 240
13.4.1 內(nèi)在型細(xì)分 241
13.4.2 外在型細(xì)分 242
13.5 補(bǔ)充材料 244
13.6 本章練習(xí) 244
第14章 可見表面計(jì)算 247
14.1 基礎(chǔ)知識(shí) 247
14.1.1 場(chǎng)景屬性和一致性 247
14.1.2 表達(dá)和坐標(biāo)系 248
14.1.3 分類 248
14.2 Z-緩沖區(qū) 249
14.3 光線跟蹤 251
14.3.1 與三維場(chǎng)景對(duì)象的交點(diǎn) 251
14.3.2 與CSG模型間的交點(diǎn) 252
14.4 Painter算法 254
14.4.1 近似Z-排序 254
14.4.2 完全Z-排序 255
14.5 其他可見性方法 256
14.5.1 空間細(xì)分 256
14.5.2 遞歸細(xì)分 257
14.6 補(bǔ)充材料 258
14.7 本章練習(xí) 259
第15章 局部光照模型 261
15.1 基礎(chǔ)知識(shí) 261
15.1.1 光照 261
15.1.2 光線傳播 262
15.1.3 表面和材質(zhì) 262
15.1.4 局部光照模型 263
15.2 光源 265
15.2.1 光線傳輸 265
15.2.2 光源的表達(dá) 267
15.3 局部光照 268
15.3.1 光照上下文 269
15.3.2 光照函數(shù) 269
15.4 材質(zhì) 271
15.4.1 描述材質(zhì) 271
15.4.2 材質(zhì)類型 271
15.5 語言規(guī)范 272
15.6 補(bǔ)充材料 273
15.7 本章練習(xí) 274
第16章 全局光照 275
16.1 光照模型 275
16.1.1 傳輸過程 276
16.1.2 邊界條件 276
16.1.3 輻射度方程 277
16.1.4 數(shù)值近似 278
16.1.5 光照計(jì)算方法 279
16.2 光線跟蹤方法 279
16.3 輻射度方法 285
16.4 補(bǔ)充材料 293
16.5 本章練習(xí) 293
第17章 貼圖技術(shù) 295
17.1 基礎(chǔ)知識(shí) 295
17.1.1 貼圖的概念 295
17.1.2 貼圖類型 296
17.1.3 貼圖應(yīng)用 296
17.2 紋理函數(shù) 297
17.2.1 表達(dá)方式 297
17.2.2 圖像定義 297
17.2.3 過程式定義 299
17.3 紋理貼圖 300
17.4 凹凸貼圖 302
17.5 反射貼圖 304
17.6 光源貼圖 306
17.7 補(bǔ)充材料 308
第18章 著色機(jī)制 309
18.1 著色函數(shù)采樣和重構(gòu) 309
18.2 采樣方法 309
18.3 基本的重構(gòu)方法 310
18.3.1 Bouknight著色 310
18.3.2 Gouraud方法 310
18.3.3 Phong方法 312
18.4 紋理屬性的重構(gòu) 313
18.4.1 插值和投影轉(zhuǎn)換 313
18.4.2 紋理的有理線性插值 315
18.5 圖像化 317
18.6 補(bǔ)充材料 318
第19章 三維圖形系統(tǒng) 321
19.1 系統(tǒng)A 321
19.1.1 生成模型 321
19.1.2 基于Z-緩沖區(qū)的渲染機(jī)制 323
19.2 系統(tǒng)B 325
19.2.1 CSG建模機(jī)制 325
19.2.2 基于光線跟蹤的渲染機(jī)制 326
19.3 系統(tǒng)C 329
19.3.1 基于圖元層次結(jié)構(gòu)的建模 329
19.3.2 基于Painter方法的渲染機(jī)制 329
19.4 項(xiàng)目 332
19.4.1 渲染圖像的程序 333
19.4.2 建模系統(tǒng) 333
19.4.3 渲染系統(tǒng) 335
參考文獻(xiàn) 337