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第1章 计算机图形学1

1.1 计算机图形学概述1

1.2 计算机图形学的发展历史2

1.3 计算机图形学的应用领域3

1.3.1 计算机辅助设计（CAD/CAM）4

1.3.2 科学计算可视化4

1.3.3 图形化的用户界面5

1.3.4 电脑游戏5

1.3.5 动画特效5

1.3.6 地理信息系统6

1.3.7 虚拟现实系统7

1.3.8 计算机艺术8

1.4 计算机图形设备与图形系统8

1.4.1 计算机图形设备8

1.4.2 计算机图形系统10

1.5 计算机图形的最新发展动向10

本章小结11

习题11

第2章 基本图形生成算法12

2.1 图形光栅化的原理12

2.2 直线的光栅化算法13

2.2.1 逐点比较法13

2.2.2 数值微分法15

2.2.3 中点Bresenham算法15

2.3 圆的光栅化算法18

2.3.1 简单方程法产生圆弧18

2.3.2 Bresenham算法产生圆弧19

2.4 其他图形的光栅化算法20

2.5 基本图元的代码实现21

2.5.1 基本图元的C语言实现21

2.5.2 基本图元的MFC实现22

2.6 多边形填充23

2.7 宽图元25

2.7.1 复制像素画宽图元25

2.7.2 移动画笔画宽图元26

本章小结27

习题27

第3章 3D图形中的数学基础28

3.1 坐标系28

3.2 向量30

3.2.1 向量的基本概念30

3.2.2 向量的基本运算30

3.2.3 向量的代码实现32

3.3 矩阵33

3.3.1 矩阵的基本概念33

3.3.2 矩阵的基本运算34

3.3.3 Direct3D中的矩阵35

3.4 空间几何的运算36

3.4.1 几何形体的表达36

3.4.2 几何体之间的空间关系38

本章小结41

习题41

第4章 图形变换43

4.1 二维及三维图形几何变换43

4.1.1 二维图形几何变换43

4.1.2 三维图形几何变换47

4.2 投影与投影变换49

4.2.1 平行投影49

4.2.2 透视投影50

4.3 图形变换的实现53

4.3.1 Direct3D中的矩阵53

4.3.2 Direct3D中的矩阵变换54

4.4 编程实例56

本章小结57

习题58

第5章 三维场景绘制基础59

5.1 三维场景绘制流水线59

5.1.1 世界变换59

5.1.2 观察空间变换59

5.1.3 背面拣选61

5.1.4 光照61

5.1.5 裁剪61

5.1.6 投影64

5.1.7 视口变换65

5.1.8 光栅化66

5.2 Direct3D的绘制流程66

5.2.1 创建场景66

5.2.2 绘制场景69

5.2.3 Direct3D绘制流水线71

本章小结72

习题73

第6章 真实感图形光照处理74

6.1 3D图形的颜色原理74

6.1.1 颜色的光学性质74

6.1.2 CIE色度图75

6.1.3 颜色空间模型77

6.2 光照明模型79

6.2.1 简单光照明模型79

6.2.2 基于简单光照明模型的多边形绘制83

6.2.3 整体光照明模型和光线跟踪算法84

6.3 光照的Direct3D编程实现86

6.3.1 Direct3D颜色定义86

6.3.2 光源88

6.3.3 材质91

6.3.4 Direct3D顶点颜色91

本章小结92

习题92

第7章 纹理映射技术93

7.1 纹理映射的基本原理94

7.1.1 纹理的基本概念94

7.1.2 纹理映射的概念94

7.1.3 纹理映射中的几何关系95

7.2 纹理映射的实现过程96

7.2.1 纹理映射的OpenGL实现96

7.2.2 纹理映射的Direct3D实现100

7.3 高级纹理映射技术102

7.3.1 纹理的优化处理技术102

7.3.2 多重纹理映射104

7.3.3 凹凸纹理105

7.3.4 环境映射技术108

本章小结111

习题111

第8章 场景组织与管理技术112

8.1 3D场景组织方式112

8.1.1 场景图112

8.1.2 基于绘制状态的场景管理114

8.2 优化场景绘制的几何剖分技术115

8.2.1 四叉树115

8.2.2 八叉树116

8.2.3 BSP树117

8.3 三维场景的快速可见性判断119

8.3.1 入口技术119

8.3.2 遮挡剔除121

8.3.3 潜在可见集方法123

8.4 LOD加速绘制技术124

8.4.1 LOD技术分类125

8.4.2 LOD的主要简化方法分类125

8.4.3 典型LOD的简化方法126

本章小结127

习题127

第9章 游戏特效绘制技术128

9.1 广告牌技术128

9.2 粒子系统技术130

9.2.1 粒子的属性130

9.2.2 粒子系统的创建131

9.3 精灵动画技术132

9.4 Warping特效技术134

9.5 烟、雾、火特效技术136

9.5.1 粒子系统137

9.5.2 分形几何137

9.5.3 过程纹理137

9.5.4 细胞自动机137

9.5.5 基于物理的方法137

9.6 眩光特效技术139

9.6.1 太阳及镜头光晕的绘制139

9.6.2 光晕淡入淡出效果140

9.6.3 可见性判断140

本章小结141

习题141

第10章 地形绘制技术142

10.1 地形绘制的基本理论142

10.1.1 地形生成142

10.1.2 地表纹理144

10.1.3 地形光照145

10.1.4 地形的雾化效果147

10.2 简单地形的绘制方法147

10.2.1 生成地形高度数据147

10.2.2 创建地形网格148

10.2.3 添加纹理149

10.2.4 计算阴影149

10.2.5 添加雾化效果150

10.3 高级地形绘制技术150

10.3.1 地形LOD技术简介151

10.3.2 基于GeoMipmapping的地形LOD技术152

本章小结155

习题156

第11章 阴影绘制技术157

11.1 阴影的基本原理157

11.2 平面阴影技术158

11.2.1 投影矩阵158

11.2.2 模板缓存159

11.2.3 绘制过程160

11.3 复杂阴影实现技术161

11.3.1 阴影图算法161

11.3.2 阴影体算法163

本章小结166

习题167

第12章 碰撞检测技术168

12.1 碰撞检测的基本原理168

12.1.1 概念168

12.1.2 碰撞检测问题描述170

12.1.3 碰撞检测算法分类171

12.2 高级碰撞检测技术176

12.2.1 基于图像空间的碰撞检测算法176

12.2.2 基于一般表示模型的碰撞检测算法177

12.2.3 面向可变形体的碰撞检测算法177

12.3 基本碰撞检测算法实现178

12.3.1 使用边界框测试碰撞178

12.3.2 使用边界球测试碰撞180

12.4 示例程序181

12.4.1 边界框碰撞181

12.4.2 边界球碰撞185

本章小结188

习题188

第13章 计算机动画技术189

13.1 计算机动画概述189

13.2 计算机三维动画过程190

13.3 关键帧动画192

13.4 过程动画193

13.4.1 三维纹理映射与过程纹理193

13.4.2 L系统194

13.4.3 傅里叶合成技术197

13.5 变形动画197

13.6 基于物理模型的动画199

13.6.1 刚体动力学模拟200

13.6.2 弹性变形体模拟200

13.6.3 流体模拟200

13.7 人体和关节动画201

13.7.1 人体骨架模型201

13.7.2 运动学方法202

13.7.3 动力学方法203

13.7.4 基于运动捕获的方法204

本章小结214

习题215

第14章 GPU硬件加速技术216

14.1 GPU硬件加速的原理217

14.2 GPU与CPU比较218

14.3 HLSL着色器218

14.3.1 HLSL简介218

14.3.2 HLSL的数据类型219

14.3.3 编写HLSL着色器代码219

14.3.4 在Direct3D程序中加载HLSL221

14.3.5 HLSL的Effect框架222

14.3.6 基于HLSL的光照效果程序223

14.4 GLSL着色器225

14.4.1 GLSL数据类型226

14.4.2 GLSL的输入输出226

14.4.3 顶点着色器与片段着色器操作231

14.4.4 GLSL光照示例程序232

本章小结237

习题237

附录A 图形开发库Direct3D编程入门238

附录B OpenGL简介249

参考文献254