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第一章 绪论1

1.1 计算机图形学的研究内容1

1.2 计算机图形学的确立1

1.3 图形显示软件包及其标准化2

1.4 计算机辅助几何设计3

1.5 CAD/CAM/CAE软件4

1.6 计算机图形学的应用7

2.1.1 DDA画线算法10

2.1 画线算法10

第二章 图形算法基础10

2.1.2 Bresengham画线算法11

2.1.3 中点画线法13

2.1.4 并行画线算法14

2.2 画圆弧算法14

2.2.1 一般方法14

2.2.2 中点画圆算法15

2.2.3 Bresengham生成圆弧算法17

2.3.1 区域填充的基本方法18

2.3 区域填充算法18

2.3.2 扫描线多边形填充算法20

2.3.3 边填充算法26

2.4 窗视变换28

2.4.1 坐标系28

2.4.2 窗口和视区28

2.4.3 窗视变换29

2.5.1 点的裁剪30

2.5.2 直线的裁剪30

2.5 图形裁剪30

2.5.3 多边形裁剪36

2.5.4 曲线和文字的裁剪37

2.5.5 三维裁剪38

第三章 图形变换40

3.1 二维图形几何变换40

3.1.1 二维几何变换的基本原理和解析表示40

3.1.2 齐次坐标与二维变换的矩阵表示43

3.1.3 复合变换44

3.2 三维图形几何变换45

3.2.1 齐次坐标45

3.2.3 局部比例变换46

3.2.2 平移变换46

3.2.4 整体比例变换47

3.2.5 错切变换47

3.2.6 旋转变换47

3.3 三维投影变换49

3.3.1 投影分类49

3.3.2 正投影50

3.3.3 透视投影变换53

3.4.1 三维观察坐标系54

3.4 三维观察变换54

3.4.2 观察体55

3.4.3 规范化观察体56

3.4.4 世界坐标系到观察坐标系的变换56

3.5 HUST CAD几何变换程序58

第四章 曲线与曲面68

4.1 平面规则曲线68

4.1.1 圆锥的曲线68

4.1.2 平摆线70

4.2 三次参数样条曲线72

4.3 Bezier曲线75

4.3.1 二次Bezier曲线76

4.3.2 三次Bezier曲线77

4.3.3 三次Bezier曲线与三次参数样条曲线间的关系80

4.4 B样条曲线80

4.4.1 二次B样条曲线81

4.4.2 三次B样条曲线84

4.4.3 三次B样条曲线的反算87

4.5.1 双三次曲面代数形式89

4.5.2 双三次曲面的几何形式89

4.5 双三次曲面89

4.6 Bezier曲面96

4.6.1 Bezier曲面的数学表达式96

4.6.2 双二次Bezier曲面97

4.6.3 双三次Bezier曲面97

4.6.4 双三次Bezier曲面与双三次Coons曲面表达式之间的关系104

4.7 B样条曲面105

4.7.1 双二次B样条曲面105

4.7.2 双三次B样条曲面106

4.8 Bezier曲线和B样条曲线之间的转换112

5.1 几何造型中物体的定义及性质114

5.1.1 物体的定义114

第五章 几何造型与HUST CAD系统114

5.1.2 物体的边界及其拓扑关系115

5.1.3 正则物体的性质、欧拉公式及欧拉操作117

5.2 几何造型的理论基础118

5.2.1 线框模型119

5.2.2 曲面模型120

5.2.3 实体模型120

5.2.4 特征模型121

5.2.5 产品模型121

5.3 物体的常用表示方法122

5.3.1 八叉树表示法123

5.3.2 曲面离散化近似表示法125

5.3.3构造的实体几何表示法（CSG树表示）129

5.3.4 边界表示法（B-rep）130

5.3.5 CSG与B-rep的混合表示131

5.3.6 特征表示132

5.4 实体表示的数据结构133

5.4.1 边界表示的翼边结构133

5.4.2 改进的翼边结构134

5.4.3 基于B-rep、CSG和FDT的混合表示模型135

5.5 几何求交中的主要算法139

5.5.1 点与各几何元素的位置关系和判断139

5.5.2 直线与各几何元素的位置判断法142

5.5.3 面与面的位置判断关系143

5.6 拼合运算144

5.6.1 拼合运算的描述145

5.6.2 法矢投影法146

5.6.3 多面体HUST CAD系统的拼合运算实现150

5.7 基于参数化设计的特征造型156

5.6.4 HUST CAD造型系统特点156

5.7.1 特征定义、分类158

5.7.2 基于特征的参数化产品实体模型160

5.7.3 特征生成160

5.7.4 变量命名机制162

5.7.5 约束关系求解164

5.7.6 特征编辑164

5.7.7 面向装配的特征编辑170

第六章 图形消隐处理173

6.1 Roberts消隐方法174

6.1.1 后向面判别174

6.1.2 Roberts方法175

6.2 一般多面体的消隐处理176

6.2.1 一般多面体模型的数据结构176

6.1.3 消隐算法的加速176

6.2.2 一般平面立体的消隐过程177

6.3 深度缓存算法179

6.4 扫描线算法180

6.4.1 扫描线Z缓存算法180

6.4.2 扫描线间隔连贯性算法182

6.5 列表优先算法182

6.6.1 基于CSG+Brep模式的隐藏线消除算法184

6.6 基于CSG+Brep模式的高效可靠隐藏线消除算法184

6.6.2 子线段中点可见性判断185

6.6.3 隐藏线消除算法的时间复杂度186

6.7 HUST CAD消隐程序186

第七章 光照模型与真实感显示197

7.1 简单光反射模型197

7.1.1 基本光学原理197

7.1.2 漫反射198

7.1.3 光的镜面反射、Phong模型的导出与实现199

7.2 增量式光反射模型200

7.2.1 双线性光强插值法201

7.2.2 双线性法向插值法202

7.2.3 加速算法203

7.3 简单光透射模型204

7.3.1 透明效果的简单模拟204

7.3.2 Whitted光透射模型205

7.3.3 Hall光透射模型206

7.4 光线跟踪显示技术207

7.4.1 基本光线跟踪算法208

7.4.2 光线与物体求交209

7.4.3 光线跟踪中的简单阴影213

7.5 阴影生成技术214

7.5.1 阴影多边形算法214

7.5.2 阴影扫描线算法215

7.5.3 阴影深度缓存算法215

7.6 HUST CAD系统中真实感图形绘制的研究与实现216

7.6.1 光照模型216

7.6.2 扫描线数据结构与算法217

7.7 HUST CAD真实感显示程序219

参考文献241