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第一部分 绪论：感知、光、颜色和数学 1

第1章 导论：投影的虚幻世界 1

1.1 引言 1

1.2 范围 1

1.3 建模和虚拟环境 2

1.4 真实感和实时 6

1.5 存在和沉浸感 12

1.6 虚拟环境如何工作 18

1.7 小结 32

第2章 虚拟环境的数学基础 34

2.1 引言 34

2.2 维度 34

2.3 位置和方向：点和矢量 35

2.4 方向和角度 39

2.5 平面保持变换 42

2.6 四元数 48

2.7 小结 51

第3章 光照——光亮度方程 53

3.1 光照：计算机图形学的基本问题 53

3.2 光 53

3.3 简化假设 55

3.4 光亮度 56

3.5 反射 57

3.6 光亮度方程 58

3.7 光亮度方程的解 60

3.8 可见性 62

3.9 小结 62

第4章 颜色以及人对光的反应 64

4.1 引言：颜色作为光谱分布 64

4.2 视觉系统简单模型 66

4.3 发射器系统简单模型 68

4.4 产生可感知颜色 68

4.5 CIE-RGB颜色匹配函数 70

4.6 CIE-RGB色度空间 72

4.7 CIE-XYZ色度空间 75

4.8 CRT显示器的一些特性 78

4.9 RGB和XYZ颜色空间之间的转换 80

4.10 颜色范围和不可显示颜色 81

4.11 小结：技术整合 83

第二部分 从真实到实时Ⅰ 85

第5章 计算机图形的绘画隐喻 85

5.1 引言：绘画隐喻 85

5.2 模拟绘画隐喻 87

5.3 图形的主要概念 91

5.4 小结 93

第6章 局部光照和光线跟踪 95

6.1 引言 95

6.2 漫反射和朗伯定律 96

6.3 计算局部漫反射 98

6.4 局部镜面反射的简单模型 99

6.5 用光线投射渲染局部光照模型 100

6.6 对递归光线跟踪的介绍 102

6.7 包括透明对象的递归光线跟踪 104

6.8 光线跟踪算法的一些细节 106

6.9 OpenGL中的光照 107

6.10 VRML97中的光照 109

6.11 小结 110

第7章 照相机的一般化 111

7.1 引言 111

7.2 从WC到UVN观察坐标系的映射 112

7.3 在光线跟踪中使用一般照相机 113

7.4 VRML97例子 114

7.5 小结 115

第8章 场景构造 116

8.1 引言 116

8.2 多边形和平面 116

8.3 多面体 120

8.4 场景层次结构 123

8.5 使用OpenGL 127

8.6 使用VRML97 129

8.7 小结 131

第9章 投影：照相机模型的实现 136

9.1 引言 136

9.2 完整的照相机描述 137

9.3 投影 139

9.4 合成矩阵 146

9.5 计算视图矩阵T 146

9.6 技术整合 151

9.7 视图实现与场景图的结合 151

9.8 在OpenGL中观察 152

9.9 创建3D立体视图 157

9.10 小结 163

第10章 裁剪多边形 168

10.1 引言 168

10.2 Sutherland-Hodgman算法（二维） 168

10.3 裁剪多边形——Weiler-Atherton 算法 169

10.4 在三维中裁剪多边形 172

10.5 小结 177

第11章 可见性确定 178

11.1 引言 178

11.2 背面删除 179

11.3 列表优先权算法 180

11.4 二叉空间分割树 183

第12章 多边形渲染 191

12.1 引言 191

12.2 多边形光栅光 191

12.3 小结 194

第13章 图像空间渲染和纹理生成 196

13.1 引言 196

13.2 Z缓冲区可见性算法 196

13.3 平滑的明暗处理 200

13.4 纹理生成 202

13.5 VRML98例子 215

13.6 小结 217

第三部分 从实时到真实 219

第14章 阴影：达到实时性真实 219

14.1 引言 219

14.2 阴影本影 220

14.3 阴影半影 229

14.4 小结 240

第15章 辐射度介绍 241

15.1 引言 241

15.2 形状因子：两面片之间的能量 241

15.3 辐射度方程 243

15.4 形状因子的计算 244

15.5 渐进细化方法 246

15.6 网络化 248

15.7 渲染 251

15.8 小结 252

第16章 快速光线跟踪 253

16.1 引言 253

16.2 相交计算 253

16.3 包围体和层次结构 253

16.4 一致空间细分 255

16.5 非一致空间细分 256

16.6 光线相关性方法 257

16.7 小结 259

第17章 直线裁剪和渲染 261

17.1 引言 261

17.2 裁剪线段 261

17.3 线段的光栅化 269

17.4 在一致细分空间中跟踪光线 272

17.5 小结 275

第四部分 实体、曲线和曲面 277

第18章 体素构造表示 277

18.1 引言 277

18.2 二次曲面 278

18.3 光线的分类和组合 281

18.4 小结 282

第19章 计算机辅助几何设计介绍 283

19.1 引言 283

19.2 多项式和开花 283

19.3 开花和Bezier曲线 286

19.4 Bezier曲线和Bernstein基 290

19.5 升阶Bezier曲线 293

19.6 有理Bezier曲线 295

19.7 曲线的拼接：连续性 297

19.8 B样条曲线 300

19.9 B样条基函数 308

19.10 对曲面的介绍 310

19.11 参数化曲面 311

19.12 三角形Bezier画片 313

19.13 三次B样条插值 315

19.14 求解多项式 318

19.15 小结 322

第五部分 虚拟环境中的动态特性和交互 323

第20章 虚拟世界中人的动态特性 323

20.1 引言 323

20.2 虚拟现实模型 323

20.3 人体仿真 326

20.4 与虚拟人体的交互 328

20.5 对象间的碰撞检测 330

20.6 一般性碰撞检测 331

20.7 有关VRML的注解 332

20.8 小结 332

第21章 实时交互 333

21.1 引言 333

21.2 桌面交互设备 333

21.3 选择 334

21.4 操作 335

21.5 移动 336

21.6 界面中通道的屏蔽 338

21.7 C语言例子 339

21.8 VRML例子 342

21.9 小结 343

第六部分 从真实到实时Ⅱ 345

第22章 基于光线的全局光照方法 345

22.1 引言 345

22.2 光线跟踪方法 345

22.3 分布式光线跟踪 348

22.4 路径跟踪 354

22.5 辐射度和光线跟踪的集成 357

22.6 光子跟踪 358

22.7 小结 361

第23章 虚拟环境的高级实时渲染 362

23.1 引言 362

23.2 可见性处理 362

23.3 多分辨率表示 372

23.4 基于图像的渲染 375

23.5 光域 378

23.6 全屏幕反走样 383

23.7 VRML例子 386

23.8 小结 386

附录A VRML介绍 388

A.1 引言 388

A.2 基于VRML的场景描述 388

A.3 基于VRML的动画描述 392

A.4 基于VRML的交互式体验 395

A.5 小结 396

参考文献 397

索引 414

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