通過對計算機圖形的生成、表示和圖形變換的原理、數學方法和算法的學習，使用戶充分領略到計算機圖形學在多領域的廣泛應用。

實例豐富、講解清晰、力求避免內容復雜冗長。簡短實例特別有助于初學者仿效理解、把握問題精髓和對計算機圖形學的整體認識。

書中課程實驗指導和課程實驗參考解決方案能讓讀者學會怎樣利用計算機實現圖形的生成。

計算機圖形學是近50年來發展迅速、應用廣泛的新興學科，各種新媒體技術的蓬勃發展大大促進了計算機圖形學在各領域的應用和推廣，計算機圖形方法普遍地應用于產品設計、音樂視頻、廣告、動畫、模擬培訓、數據分析、科學研究以及其他應用之中。

計算機圖形學主要研究計算機及其圖形設備輸入、輸出、生成、表示、變換的原理、算法和系統，涉及數學、物理、工程圖學、計算機科學等多門學科。本書主要介紹計算機圖形的生成、表示和圖形變換的原理、數學方法和算法。

本書從提高廣大讀者計算機圖形學的應用水平出發，深入淺出、循序漸進，內容涵蓋了計算機圖形學的基礎理論和基本算法。全書共8章，主要內容包括緒論、圖形系統、基本圖形生成算法、圖形變換、曲線和曲面、幾何造型、消隱、真實圖形。并有4個附錄，內容包括圖形變換的數學基礎、Turbo C繪圖功能、三套模擬試題及參考答案、課程實驗指導和課程實驗參考解決方案。

本書在繼承第一版特色的基礎上，結合作者多年的教學經驗和體會，特別根據近幾年對人才培養的高標準要求以及教學改革的實踐，對第一版內容做了進一步的優化、補充和完善，使理論部分更通俗易懂，同時實踐部分更易于實施。第二版在第一版的基礎上做了如下修訂：第1章充實計算機圖形學的研究內容和應用領域；第2章適當增加一些圖形設備介紹和圖示說明，完善圖形軟件標準的介紹；第3章對基本圖形生成算法的文字敘述或公式推導進行了修改完善，增加平面圖形繪制的若干實例源程序；第4章增加左手坐標系和右手坐標系的變換矩陣推導；第5章增加了如何反求Bezier曲線控制點的討論；第6章完善形體模型的定義方法，增加點云表示方法；第7章增加新的一節“區域分割算法”；第8章對光照模型的文字敘述進行了修改和補充。各章均補充適量的習題，便于讀者舉一反三，靈活運用理論知識解決實際問題。附錄中增加新的一節“Turbo C繪圖功能”，便于讀者理解各章節的例題，并能夠用C語言繪圖及開發圖形軟件，同時在“課程實驗指導”一節中完善課程實驗解決方案。

本書選題適當，以必需、夠用為度，講清概念、結合實際、強化訓練，突出適應性、實用性和針對性，有利于學生學以致用，解決實際工作中遇到的問題，是一本計算機圖形學的實用教材。

本書具有教材和技術資料的雙重特征，既可以作為高等學校計算機及相近專業教材，也適合作為計算機圖形學的培訓、自學教材，同時也是從事計算機圖形學及相關領域研究的工程技術人員的技術參考資料。建議課堂講授48課時，上機實踐32課時。各院�？筛鶕�教學實際情況適當增刪。

本書編寫過程中，編者參閱了許多計算機圖形學的參考書和有關資料，現謹向這些參考文獻的作者和譯者表示衷心的感謝。

本書主要由銀紅霞、杜四春、蔡立軍編寫。參加本書編寫大綱討論與部分編寫工作的還有李根強、賈宜、雷飛躍、張曉萍等，李向軍、杜炎、李武、張宏宇、李曉杰等承擔了本書的文字錄入和圖表制作工作，在此向他們一一表示感謝。

由于作者水平有限，書中不足之處在所難免，歡迎讀者批評指正。

編 者

2015年4月于長沙岳麓山

第1章 緒論 1
1.1 計算機圖形學的研究內容 1
1.2 計算機圖形學與圖像處理 2
1.3 計算機圖形學的發展 3
1.4 計算機圖形學的應用領域 4
習題一 6
第2章 圖形系統 7
2.1 圖形系統的組成 7
2.1.1 圖形系統的功能 7
2.1.2 圖形系統的分類 8
2.2 圖形硬件設備 9
2.2.1 主機 9
2.2.2 圖形顯示設備 9
2.2.3 圖形繪制設備 20
2.2.4 圖形輸入設備 25
2.3 圖形軟件系統 30
2.3.1 圖形軟件的層次 30
2.3.2 圖形軟件標準 31
2.3.3 OpenGL簡介 32
習題二 39
第3章 基本圖形生成算法 40
3.1 生成直線的常用算法 40
3.1.1 DDA畫線算法 41
3.1.2 中點畫線算法 43
3.1.3 Bresenham畫線算法 45
3.1.4 直線屬性 49
3.2 生成圓弧的常用算法 51
3.2.1 圓的特性 51
3.2.2 中點畫圓算法 51
3.2.3 Bresenham畫圓算法 53
3.3 區域填充 55
3.3.1 區域的表示和類型 55
3.3.2 掃描線多邊形填充算法 57
3.3.3 邊填充算法 64
3.3.4 種子填充算法 66
3.3.5 圓域的填充 68
3.3.6 區域填充屬性 69
3.4 字符 70
3.4.1 字符存儲與顯示 70
3.4.2 字符屬性 72
3.5 裁剪 73
3.5.1 點的裁剪 74
3.5.2 直線裁剪 74
3.5.3 多邊形裁剪 82
3.5.4 曲線裁剪 86
3.5.5 字符裁剪 87
3.5.6 三維圖形的裁剪 87
3.6 反走樣 88
3.6.1 光柵圖形的走樣現象 88
3.6.2 常用反走樣技術 90
3.7 平面圖形的繪制 93
3.7.1 直線的繪制 93
3.7.2 圓的繪制 94
3.7.3 利用圓繪制的圖形 94
習題三 97
第4章 圖形變換 99
4.1 二維圖形幾何變換 99
4.1.1 齊次坐標 99
4.1.2 二維圖形的基本變換 100
4.1.3 復合變換 107
4.2 三維圖形幾何變換 113
4.2.1 三維圖形的基本變換 114
4.2.2 復合變換 122
4.3 投影變換 124
4.3.1 投影變換的基本概念 124
4.3.2 平行投影 125
4.3.3 透視投影 130
4.4 坐標系統及其變換 133
4.4.1 坐標系統 133
4.4.2 模型變換 135
4.4.3 觀察變換 135
4.4.4 窗口—視區變換 138
習題四 140
第5章 曲線和曲面 142
5.1 參數表示曲線和曲面的基礎知識 142
5.1.1 曲線和曲面的表示方法 142
5.1.2 位置矢量、切矢量、法矢量、
曲率與撓率 143
5.1.3 樣條表示 144
5.2 Hermite曲線 146
5.2.1 n次參數多項式曲線 146
5.2.2 三次Hermite曲線的定義 147
5.2.3 三次Hermite曲線的矩陣表示 148
5.2.4 三次Hermite曲線的算法 149
5.3 Bezier曲線 150
5.3.1 Bezier曲線的定義 150
5.3.2 Bernstein基函數的性質 152
5.3.3 Bezier曲線的性質 153
5.3.4 Bezier曲線的生成 156
5.4 B樣條曲線 163
5.4.1 B樣條曲線的定義 163
5.4.2 B樣條曲線的表示及性質 164
5.4.3 B樣條曲線的生成 168
5.5 Coons曲面 171
5.5.1 參數曲面的基本概念 171
5.5.2 Coons曲面的定義 172
5.5.3 Coons曲面的拼合 173
5.6 Bezier曲面 173
5.6.1 Bezier曲面的定義及性質 173
5.6.2 Bezier曲面的生成 175
5.7 B樣條曲面 180
5.7.1 B樣條曲面的定義 180
5.7.2 B樣條曲面的生成 181
習題五 186
第6章 幾何造型 187
6.1 簡單幾何形體 187
6.1.1 幾何元素的定義 187
6.1.2 平面立體的拓撲關系 188
6.2 形體的常用模型 188
6.2.1 線框模型 189
6.2.2 表面模型 190
6.2.3 實體模型 190
6.3 形體的常用表示方法 191
6.3.1 分解表示 191
6.3.2 構造表示 192
6.3.3 邊界表示 193
6.3.4 點云表示 197
習題六 198
第7章 消隱 200
7.1 基本概念 200
7.1.1 消隱的定義 200
7.1.2 消隱的分類 200
7.1.3 消隱算法的基本原則 201
7.2 畫家算法 203
7.2.1 算法的基本思想 203
7.2.2 深度優先級表的建立 203
7.3 Z緩沖區（Z-Buffer）算法 204
7.3.1 算法的基本思想 204
7.3.2 算法的描述 205
7.3.3 算法的改進 206
7.4 掃描線Z緩沖區算法 206
7.4.1 算法的基本思想 206
7.4.2 算法的描述 206
7.5 光線追蹤算法 207
7.5.1 算法的基本思想 207
7.5.2 算法的描述 208
7.6 區域分割算法 208
7.6.1 算法的基本思想 208
7.6.2 算法的描述 209
習題七 210
第8章 真實圖形 211
8.1 光照模型 211
8.1.1 基本光學原理 211
8.1.2 環境光 212
8.1.3 漫反射光 212
8.1.4 鏡面反射光和馮（Phong）
反射模型 213
8.2 明暗處理 215
8.2.1 雙線性光強插值（Gouraud
明暗處理） 215
8.2.2 雙線性法向插值（Phong明暗
處理） 216
8.3 紋理 217
8.3.1 概述 218
8.3.2 二維紋理域的映射 218
8.3.3 三維紋理域的映射 220
8.3.4 幾何紋理 220
8.4 光線跟蹤 221
8.4.1 基本光線跟蹤算法 221
8.4.2 光線與物體的求交 224
8.4.3 光線跟蹤算法的加速 226
習題八 228
附錄 229
附錄A 圖形變換的數學基礎 229
附錄B Turbo C繪圖功能 232
附錄C 模擬試題 236
附錄D 課程實驗指導 255
習題參考答案 281
習題一 281
習題二 281
習題三 283
習題四 286
習題五 290
習題六 292
習題七 292
習題八 294
參考文獻 296

1. 庭院風骨—樹、灌、籬 [創意房主 著]
2. Python語言程序設計教程 [郭其標 房宜汕]
3. 微積分（經管類）教程篇（下冊） [曹海軍 王海棠 周玲麗]
4. 微積分（經管類）教程篇（上冊） [曹海軍 王海棠 周玲麗]
5. 微積分（經管類）導學篇（上冊） [王海棠 曹海軍 周玲麗]
6. 網站前端技術案例教程（HTML+CSS+JavaScript）（第二版） [黃華升]
7. 線性代數 [主編 史昱 陳鳳欣]
8. 電力電子技術課程學習及實驗指導 [主編 陳榮]
9. 成長對話：青春的榜樣 [主編　施端銀　黃武剛　應巨林]
10. 人工智能應用基礎 [主編 楊纓 李佳]
11. 中華水文化（慕課版）（第二版） [畢雪燕 楊華軻 羅玲誼 等編著]
12. 電路與電子技術Ⅱ——電路分析基礎 [主編 陳曉 金哲]
13. 飛機維修專業英語——飛機系統（第二版） [趙迎春]
14. 英語大爆炸：跟趣味情景劇學口語（微課版） [秦然　編著]
15. 機械工程制圖任務跟蹤訓練 [主編 王瑞清 趙金考 周彥云 ]
16. 機械工程制圖 [主編 覃國萍 劉百順 禹晨]
17. 平面設計與制作項目化教程 [主編　李晨]
18. 后期影像剪輯技術 [主編　郭建偉]
19. 人工智能概論（第二版） [主編　任云暉　丁紅　徐迎春 ]
20. 信息時代美育之道 [主編　劉宏宇　黎婭]
21. 數字媒體交互設計項目式教程（微課版） [主編　蘇陸]
22. 動畫運動規律項目實例解析（微課版） [孫珊珊　袁維坤]
23. 自然語言處理 [主編　馮建周]
24. 新媒體內容創作實務（微課版） [主編　覃思源]
25. 人工智能基礎 [主編 余平 張春陽]
26. 人工智能導論 [主編 王飛 潘立武]
27. Amazing！兒童英語自然拼讀分級教材（全8冊） [王玲　編著]
28. Spark大數據處理技術 [主編　劉仁山　周洪翠　莊新妍]
29. 毫無PS痕跡—你的第一本Photoshop書（第二版） [趙鵬 著]
30. 電視新聞制作（活頁式） [主編 王曉翠 劉傳琳]