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上篇 理论篇 3

第1章 绪论 3

1.1 概述 3

1.1.1 计算机图形学的概念 3

1.1.2 计算机图形学的研究内容 3

目录 3

1.1.3 计算机图形学与图像处理的关系 4

1.2 计算机图形学的发展 4

1.2.1 计算机图形学的发展简史 4

1.2.2 计算机图形学的发展动向 6

1.3 计算机图形学的应用 8

1.4 计算机图形系统 10

1.4.1 计算机图形系统硬件 10

1.4.2 计算机图形系统软件 11

习题 11

2.1.1 直线的DDA算法 13

第2章 基本图形的生成与计算 13

2.1 直线的生成算法 13

2.1.2 直线的Bresenham算法 14

2.2 二次曲线 17

2.2.1 圆弧和椭圆弧的拟合法 17

2.2.2 二次曲线的参数拟合法 25

2.3 自由曲线 30

2.3.1 抛物线参数样条曲线 31

2.3.2 Hermite曲线 32

2.3.3 三次参数样条曲线 36

2.3.4 Bezier曲线 39

2.3.5 B样条曲线 43

2.4 区域填充算法 46

2.4.1 基础知识 46

2.4.2 扫描线填色算法 47

2.4.3 种子填色算法 53

2.5 字符的生成 54

2.5.1 点阵式字符 55

2.5.2 矢量式字符 55

2.5.3 方向编码式字符 55

2.5.4 轮廓字型技术 56

2.6 图形裁剪 57

2.6.1 直线的剪裁 57

2.6.2 多边形的剪裁 62

2.6.3 字符串的剪裁 66

习题 67

第3章 图形变换 69

3.1 二维图形的几何变换 69

3.1.1 二维图形的几何基本变换 69

3.1.2 二维图形几何变换的表示 72

3.2.2 显示器域和视图区 74

3.2.1 用户域和窗口区 74

3.2 窗口视图变换 74

3.2.3 窗口区和视图区的坐标变换 75

3.2.4 从规格化坐标（NDC）到设备坐标（DC）的变换 76

3.3 三维图形的几何变换 78

3.3.1 变换矩阵 78

3.3.2 平移变换 78

3.3.3 比例变换 78

3.3.4 绕坐标轴的旋转变换 79

3.3.5 绕任意轴的旋转变换 79

3.4 形体的投影变换 81

3.4.1 投影变换分类 81

3.4.2 正平行投影（三视图） 82

3.4.3 斜平行投影 82

3.4.4 透视投影 83

3.4.5 投影空间 87

3.4.6 用户坐标系到观察坐标系的变换 89

3.4.7 规格化裁剪空间和图像空间 90

3.5 三维线段裁剪 93

习题 94

第4章 数据接口与交换标准 96

4.1 GKS元文件标准GKSM 97

4.1.1 GKSM功能 97

4.1.2 GKSM生成 97

4.1.3 GKSM输入 99

4.2 计算机图形元文件标准CGM 100

4.2.1 CGM功能 100

4.2.2 CGM描述 100

4.3 计算机图形接口标准CGI 102

4.3.1 CGI功能 102

4.3.2 光栅功能集 104

4.4 基本图形交换规范标准IGES 104

4.4.1 IGES功能 104

4.4.2 IGES元素 105

4.4.3 IGES文件结构 109

4.5 DXF数据接口 111

4.5.1 DXF文件结构 111

4.5.2 阅读图形交换文件 112

5.4.3 利用图形交换文件提取实体数据 114

4.6 产品数据表达与交换标准STEP 116

4.6.1 STEP的组成 117

4.6.2 产品模型信息结构 118

4.6.3 几何与拓扑表示 120

习题 121

第5章 三维形体的表示 122

5.1 曲面的表示 122

5.1.1 孔斯（Coons）曲面 123

5.1.2 贝塞尔（Bezier）曲面 127

5.1.3 B样条曲面 131

5.1.4 曲面片的连接 131

5.2 实体的表示 132

5.2.1 几何元素的定义 133

5.2.2 实体的线框表示 133

5.2.3 实体的定义和正则形体 134

5.2.4 正则集合运算及集合成员分类 136

5.2.5 实体的边界表示 138

5.2.6 扫描表示法 143

5.2.7 构造的实体几何法 144

5.2.8 八叉树表示法 146

5.3 其他三维造型法 147

5.3.1 特征表示 147

5.3.2 分形几何表示 148

5.3.3 体绘制技术 151

5.3.4 从二维图像信息构造三维形体 152

习题 152

6.1.1 消隐的基础知识 154

6.1 线消隐 154

第6章 真实感图形显示 154

6.1.2 凸多面体的隐藏线消除 155

6.1.3 凹多面体的隐藏线消除 155

6.2 面消隐 157

6.2.1 区域排序算法 157

6.2.2 深度缓存（Z-buffer）算法 157

6.2.3 扫描线算法 158

6.3 光照模型 159

6.3.1 光源特性和物体表面特性 159

6.3.2 光照模型及其实现 160

6.3.3 明暗的光滑处理 163

6.4 表面图案与纹理 164

6.4.1 表面图案的描绘 164

6.4.2 表面纹理的描绘 166

6.5 颜色空间 167

6.5.1 颜色的基本概念 167

6.5.2 CIE色度图 168

6.5.3 几种常用的颜色模型 169

习题 171

第7章 图像处理 172

7.1 图像基础 172

7.1.1 图像的表示 173

7.1.2 采样和量化 174

7.1.3 图像文件的数据结构 175

7.2 图像变换 177

7.2.1 离散傅里叶变换 177

7.2.2 快速傅里叶变换 178

7.3 图像增强 180

7.3.1 空域增强 180

7.3.2 频域增强 181

7.4 图像恢复与压缩编码 183

7.4.1 图像恢复 183

7.4.2 图像编码 184

7.5 图像分割 186

7.5.1 四类图像分割技术 186

7.5.2 阈值分割法 188

7.6 应用实例——储粮害虫图像识别 189

习 题 193

下篇 用VC++开发图形绘制程序 197

第8章 图形编程基础 197

8.1 GDI基础知识 197

8.1.1 图形设备接口GDI 197

8.1.2 设备环境DC 197

8.1.3 CDC类 198

8.1.4 GDI对象 202

8.1.5 使用库存GDI对象 203

8.2 OnDraw成员函数 204

8.3 GDI对象类 204

8.3.1 CPen类 205

8.3.2 CBrush类 209

8.3.3 CFont类 211

8.3.4 CRgn类 215

8.3.5 CPalette类 220

8.3.6 CBitmap类 221

8.4 Windows映射模式 222

8.4.1 Windows中定义的映射模式 222

8.4.2 Windows映射模式设置 223

8.4.3 逻辑坐标和设备坐标的转换 226

8.4.4 窗口和视口 228

8.5 绘图模式的设置 229

习题 230

第9章 绘制图形元素 231

9.1 图元的实现方法 231

9.1.1 简单图形的绘制 231

9.1.2 文本的绘制 233

9.2.1 如何响应鼠标消息 235

9.2 鼠标绘图 235

9.2.2 捕获和设置鼠标状态 236

9.2.3 用鼠标绘制各种基本图元 238

9.3 编程示例 243

9.3.1 绘制梅花曲线 243

9.3.2 对话框中多种图形的绘制 247

习题 252

第10章 图形应用程序的总体设计 253

10.1 设计自己的图形类 253

10.1.1 抽象基类 253

10.1.2 类的分层排布 253

10.1.3 构造函数和析构函数 254

10.1.4 图形基类CShape 256

10.1.5 CObject类及其特点 257

10.1.6 派生直线类CLine 258

10.2 相关数据结构 259

10.3 内存管理 261

10.3.1 框架内存分配 262

10.3.2 堆内存分配 263

10.3.3 内存分配应用示例 263

10.4 文件的存储格式 264

10.4.1 文本格式 265

10.4.2 二进制格式 266

10.5 人-机界面环境设计 267

10.5.1 Windows的消息响应机制 267

10.5.2 元素拾取与选择 268

习 题 270

第11章 图元的绘制 271

11.1 图形软件的初步实现 271

11.1.1 图形软件的MFC实现方法 271

11.1.2 建立工程MyVC 271

11.1.3 加入命令和消息响应 272

11.1.4 基本变量设置及其初始化 273

11.2 位置类MyCPoint的设计 275

11.2.1 类CPoint 275

11.2.2 类MyCPoint的实现 275

11.2.3 世界坐标和显示器坐标的关系 280

11.3 图形基类和命令基类的实现 282

11.3.1 图形基类CShape 282

11.3.2 命令基类CCommand 284

11.4 直线的绘制 285

11.4.1 绘图环境的设置 285

11.4.2 直线类CLine及其实现 287

11.4.3 直线命令类CCreateLine的创建 290

11.4.4 直线绘制的实现方法 295

11.4.5 重画问题的实现方法 298

11.6.1 文档的“脏”标记 299

11.6.2 内存空间的释放 299

11.6 文件存储及内存管理 299

11.5 矩形、圆和圆弧的绘制 299

11.6.3 文件的存储和加载 301

习题 303

第12章 图元的编辑 304

12.1 给图元类添加成员函数 304

12.1.1 在基类中添加成员函数 304

12.1.2 在图元类添加成员函数 305

12.2 图元的包围盒计算 306

12.2.1 直线的包围盒计算 306

12.2.2 圆弧的包围盒计算 306

12.3 图元的拾取 308

12.3.1 直线的拾取 308

12.3.2 其他图元的拾取算法 309

12.4 图元的选取实现 309

12.4.2 选择集的实现 310

12.4.1 定义选择集 310

12.4.3 图元的交互选取 314

12.5 实现图元的编辑算法 315

12.5.1 图元编辑算法实现的准备 315

12.5.2 图元的移动 319

12.6 图元的交互编辑 320

12.6.1 添加编辑命令类 320

12.5.4 图元的镜像 320

12.5.3 图元的旋转 320

12.6.2 平移类的实现 321

习题 326

第13章 图形标准的编程实践 327

13.1 将自定义文件保存为DXF格式 327

13.2 开发OpenGL应用程序 332

13.2.1 OpenGL简介 332

13.2.2 OpenGL应用程序开发示例 333

习题 341

参考文献 342

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