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第1章 绪论1

1.1 计算机图形学1

1.1.1 多边形图形学1

1.1.2 多属性体图形学2

1.2 计算机图形学应用2

1.2.1 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）2

1.2.2 地形地貌与自然资源图3

1.2.3 虚拟现实技术3

1.2.4 科学计算可视化4

1.2.5 计算机三维动漫设计4

1.2.6 计算机三维网络游戏开发7

1.2.7 三维设计常用的软件系统8

1.3 计算机图形学中的重要概念8

1.3.1 计算机三维模型表示8

1.3.2 线架模型9

1.3.3 Brep边界面模型9

1.3.4 翼边数据结构与半边数据结构10

1.3.5 Solid实体与CSG构造实体几何11

1.3.6 Brep边界面模型与多边形图形学12

1.3.7 VOXEL体素模型12

1.3.8 DEXEL深度元素模型13

1.3.9 VOXEL体素模型与多属性体图形学14

1.3.10 八叉树表示法15

1.4 逆向工程16

1.5 STL三角网格数据文件17

1.6 快速原型系统18

1.7 总结20

第2章 Java 3D基本概念21

2.1 Java 3D的包及其功能21

2.2 Java 3D的重要概念22

2.2.1 Java 3D高分辨率大尺度坐标系22

2.2.2 虚拟空间24

2.2.3 场所24

2.2.4 VirtualUniverse类、Locale类与HiResCoord类之间的关系25

2.2.5 默认情况下Java 3D坐标系26

2.2.6 Java 3D场景图26

2.2.7 Java 3D的3种可视化模式30

2.2.8 SimpleUniverse类32

2.2.9 Java 3D的三维空间范围定义Bounds类33

2.2.10 所有场景图节点的默认坐标系和原点33

2.2.11 激活与预编译的概念（Live and Compiled）35

2.2.12 Java 3D的SharedGroup类共享子图功能35

2.2.13 Java 3D的CloneTree方法克隆子图功能36

2.2.14 Java 3D的View类观察模型36

2.2.15 在虚拟世界中的ViewPlatform观察平台37

2.2.16 产生一个View观察38

2.2.17 Java 3D观察模型概述39

2.2.18 虚拟世界坐标系与ViewPlatform观察平台坐标系40

2.2.19 共存坐标系统40

2.2.20 一个最小的环境40

2.2.21 Java 3D最常用的显示设备41

2.2.22 行为与插值器（Behaviors and Znterpolators）41

2.3 总结45

第3章 Java 3D基本图形功能46

3.1 Java 3D的场景式管理46

3.2 SimpleUniverse类及其方法49

3.3 ViewingPlatform类及其方法50

3.4 Java 3D包、类的结构关系52

3.5 Java 3D的基本图形功能类53

3.6 Shape3D类54

3.7 Appearance类56

3.8 BranchGroup类58

3.9 TransformGroup类58

3.10 GeometryArray类59

3.11 点PointArray类63

3.11.1 PointArray类63

3.11.2 PointAttributes类63

3.11.3 像素64

3.11.4 直线DDA算法64

3.11.5 红、绿、蓝三原色合成65

3.11.6 IndexedPointArray类69

3.12 线LineArray类71

3.12.1 LineArray类71

3.12.2 LineAttributes类72

3.12.3 IndexedLineAtray类75

3.12.4 LineStripArray类77

3.13 多边形属性类PolygonAttributes类80

3.14 多边形面及其法向量81

3.14.1 多边形的法向量计算81

3.14.2 多边形可视化的填充算法82

3.15 三角面TriangleArray类84

3.16 三角带TriangleStripArray类86

3.17 三角扇TriangleFanArray类89

3.18 IndexedTriangleArray类94

3.19 四边面QuadArray类95

3.20 IndexedQuadArray类97

3.21 颜色属性ColoringAttributes类98

3.22 材质Material类99

3.23 透明属性TransparencyAttributes类102

3.24 光源Light类103

3.25 点光源PointLight类105

3.26 平行光源DirectionalLight类106

3.27 环境光源AmbientLight类106

3.28 Java语言多维数组与计算机几何数据定义109

3.28.1 线性数据点与二维数组表示109

3.28.2 平面型数据点与三维数组表示110

3.28.3 空间层状立体数据点与四维数组表示111

3.29 Java语言多维数组与Java 3D一维数组之间的转换112

3.30 体与面的三角网格与四边网格表示112

3.30.1 四边网格曲面表示112

3.30.2 三角网格曲面表示117

3.30.3 混合多边形网格表示118

3.31 Tuple3f类118

3.32 Vector3f类119

3.33 三角网格与四边网格混合使用实例124

3.34 GeometryInfo类132

3.35 Stripifier类136

3.36 Triangulator类136

3.37 Java 3D的实体字体144

3.37.1 Font3D类144

3.37.2 FontExtrusion类144

3.37.3 Text3D类145

3.38 总结148

第4章 复杂曲线、曲面设计149

4.1 Bezier曲线、曲面设计149

4.1.1 Bezier曲线149

4.1.2 三次Bezier曲线的矩阵表示151

4.1.3 二次Bezier曲线的矩阵表示155

4.1.4 一次Bezier曲线的矩阵表示156

4.1.5 三次Bezier曲线切线计算156

4.1.6 Bezier曲线的DeCasteljau算法156

4.1.7 三次Bezier曲面的矩阵表示157

4.1.8 二次Bezier曲面的矩阵表示171

4.1.9 Bezier曲线、曲面拼接的连续性171

4.1.10 Bezier曲面法向量计算172

4.1.11 Bezier曲面的性质172

4.2 B样条曲线、曲面设计173

4.2.1 B样条基函数及其递推公式173

4.2.2 三次B样条基函数直接计算公式175

4.2.3 二次B样条基函数直接计算公式177

4.2.4 参数u节点值的分布对B样条基函数的影响177

4.2.5 B样条曲线设计180

4.2.6 均匀参数节点的B样条曲线矩阵表示182

4.2.7 内部重节点对B样条曲线的影响186

4.2.8 B样条曲面定义187

4.2.9 双三次、双二次均匀参数节点B样条曲面的矩阵表示187

4.2.10 双三次均匀参数节点B样条曲面的拼接194

4.3 NURBS曲线、曲面设计198

4.3.1 NURBS曲线的定义198

4.3.2 NURBS曲线的齐次坐标表示200

4.3.3 NURBS曲线的矩阵表示200

4.3.4 NURBS曲线的u参数化算法201

4.3.5 NURBS曲面的定义202

4.3.6 NURBS曲面的矩阵块表示203

4.4 NURBS体造型与可视化203

4.4.1 NURBS体方程203

4.4.2 NURBS体的u、v、w参数空间203

4.4.3 NURBS体的体素模型表示与可视化204

4.5 总结204

第5章 Java 3D的坐标变换与基本形体205

5.1 图形坐标变换205

5.1.1 二维空间图形坐标变换205

5.1.2 三维空间图形坐标变换209

5.1.3 刚性变换与仿射变换213

5.1.4 错切变换213

5.1.5 三维空间图形的组合坐标变换214

5.2 Java 3D的坐标变换214

5.2.1 AxisAngle4f类、AxisAngle4d类214

5.2.2 Transform3D类与AxisAngle4f类、AxisAngle4d类相关的方法215

5.2.3 Quat4d类、Quat4f类216

5.2.4 Matrix3d类、Matrix3f类217

5.2.5 Transform3D类218

5.2.6 Transform3D类最常用的方法219

5.3 TransformGroup类及其与Transform3D类之间的关系222

5.4 两矩阵的乘积与编程223

5.5 世界坐标系、观察坐标系与Java 3D显示器坐标系224

5.6 透视投影、平行投影及其计算225

5.6.1 透视投影计算225

5.6.2 平行投影计算225

5.7 隐藏线、隐藏面消除算法226

5.7.1 隐藏线消除226

5.7.2 法向量与隐藏面消除226

5.7.3 Z Buffer隐藏面消除算法228

5.7.4 区域排序消隐算法229

5.7.5 扫描线消隐算法230

5.7.6 光线跟踪消隐算法230

5.8 三维几何形体的最小包围盒与最小包围球231

5.8.1 最小包围矩形、最小包围圆231

5.8.2 最小包围盒、最小包围球231

5.9 线、面、体几何元素间的求交232

5.10 包含判定算法232

5.10.1 点与直线段的包含判定232

5.10.2 点与圆锥曲线段的包含判定233

5.10.3 点与参数曲线的包含判定233

5.10.4 点与平面多边形区域的包含判定233

5.10.5 同一平面内点与多边形的包含判定234

5.10.6 点与二次曲面、参数曲面的包含判定236

5.10.7 点与三维形体的包含判定236

5.10.8 重叠判定算法236

5.11 光源的类型237

5.12 局部光照明计算模型237

5.13 Gouraud算法和Phong算法239

5.13.1 平面光照明模型（Flat Shading）240

5.13.2 Gouraud算法240

5.13.3 Phong算法241

5.14 Whitted整体光照明模型243

5.14.1 Whitted整体光照明模型243

5.14.2 光线追踪算法（Raytracing）244

5.15 Java 3D定义的基本形体245

5.15.1 长方体Box类245

5.15.2 圆柱体Cylinder类246

5.15.3 圆锥体Cone类246

5.15.4 球体Sphere类246

5.15.5 彩色立方体ColorCube类247

5.16 Switch类247

5.17 OrderedGroup类249

5.18 SharedGroup类258

5.19 Link类258

5.20 图形剪裁269

5.20.1 三维剪裁空间269

5.20.2 二维平面剪裁区间269

5.21 总结271

第6章 Java 3D动态图形技术与变形272

6.1 插值器行为272

6.2 Alpha类272

6.3 将时间匹配成Alpha273

6.4 Alpha加速275

6.5 Behavior类278

6.6 WakeupCondition类283

6.6.1 WakeupAnd类283

6.6.2 WakeupOr类284

6.6.3 WakeupAndOfOrs类284

6.6.4 WakeupOrOfAnds类284

6.6.5 WakeupCriterion类284

6.6.6 WakeupOnElapsedTime类285

6.6.7 WakeupOnElapsedFrames类285

6.6.8 WakeupOnActivation类286

6.6.9 WakeupOnDeactivation类286

6.6.10 WakeupOnAWTEvent类286

6.6.11 WakeupOnTransformChange类287

6.6.12 WakeupOnBehaviorPost类287

6.6.13 WakeupOnViewPlatformEntry类288

6.6.14 WakeupCnViewPlatformExit类288

6.6.15 WakeupOnCollisionEntry类288

6.6.16 WakeupOnCollisionExit类289

6.6.17 WakeupOnCollisionMovement类290

6.6.18 WakeupOnSensorEntry类291

6.6.19 WakeupOnSensorExit类292

6.7 Interpolator类292

6.7.1 ColorInterpolator类293

6.7.2 TransparencyInterpolator类297

6.7.3 SwitchValueInterpolator类300

6.7.4 TransformInterpolator类305

6.7.5 RotationInterpolator类306

6.7.6 PositionInterpolator类327

6.7.7 ScaleInterpolator类330

6.7.8 KBSplinePathInterpolator类333

6.7.9 KBRotPosScaleSplinePath-Interpolator类334

6.7.10 TCBSplinePathInterpolator类335

6.7.11 RotPosScaleTCBSplinePath-Interpolator类336

6.7.12 TCBKeyFrame类336

6.7.13 PathInterpolator类341

6.7.14 PositionPathInterpolator类343

6.7.15 RotationPathInterpolator类348

6.7.16 RotPosPathInterpolator类352

6.7.17 RotPosScalePathInterpolator类357

6.8 LOD类362

6.9 Billboard类370

6.10 Morph类378

6.11 KeyNavigatorBehavior类385

6.12 MouseBehavior类400

6.12.1 MouseBehaviorCallback接口402

6.12.2 MouseRotate类402

6.12.3 MouseTranslate类404

6.12.4 MouseWheelZoom类405

6.12.5 MouseZoom类406

6.13 PickMouseBehavior类418

6.13.1 PickingCallback接口419

6.13.2 PickTool类419

6.13.3 PickRotateBehavior类420

6.13.4 PickTranslateBehavior类421

6.13.5 PickZoomBehavior类422

6.14 ViewPlatformBehavior类430

6.14.1 ViewPlatformAWTBehavior类431

6.14.2 WandViewBehavior类432

6.15 总结433

第7章 Java 3D的纹理与纹理映射434

7.1 纹理与纹理映射原理434

7.1.1 纹理映射435

7.1.2 几何体表面的凸凹纹理435

7.2 Java 3D的纹理映射436

7.3 TextureLoader类437

7.4 TextureAttributes类439

7.5 Texture类443

7.6 Texture2D类448

7.7 Texture3D类450

7.8 TextureCubeMap类451

7.9 TextureUnitState类453

7.10 TexCoordGeneration类454

7.11 TexCoord2f类457

7.12 TexCoord3f类458

7.13 TexCoord4f类458

7.14 ImageComponent类458

7.15 ImageComponent2D类459

7.16 ImageComponent3D类460

7.17 基本形体纹理映射461

7.18 不共面的四点形成的四边形的纹理映射465

7.19 双三次Bezier曲面的纹理映射467

7.20 自动纹理坐标生成类TexCoordGeneration的应用472

7.21 纹理立方体匹配类TextureCubeMap类的应用479

7.21.1 基本形体TextureCubeMap类的应用479

7.21.2 双三次Bezier曲面体的Texture-CubeMap纹理映射及其越界490

7.22 双三次复杂Bezier曲面体的精确纹理映射493

7.23 总结498

第8章 Java 3D外部三维图形文件导入499

8.1 引言499

8.2 Loader接口499

8.3 Lw3dLoader类500

8.4 ObjectFile类501

8.5 LoaderBase类503

8.6 Wavefront的.obj文件格式与Java 3D模型文件格式的转换503

8.7 3ds Max的.3 ds文件格式与Java 3D模型文件格式的转换505

8.8 总结508

第9章 Java 3D Sound声音类509

9.1 引言509

9.2 Sound类509

9.3 BackgroundSound类513

9.4 PointSound类513

9.5 ConeSound类515

9.6 MediaContainer类518

9.7 PointSound类的应用519

9.8 ConeSound类的应用521

9.9 BackgroundSound类的应用524

9.10 总结526

第10章 Brep边界面模型、DEXEL模型、VOXEL模型及其转换527

10.1 引言527

10.2 Brep边界面模型528

10.3 Brep边界面模型的DEXEL模型529

10.3.1 Brep边界面模型的单向DEXEL模型数据结构529

10.3.2 DEXEL射线与空间平面凸多边形的求交算法531

10.3.3 单向DEXEL模型空间体的布尔运算533

10.4 Brep边界面模型的单向DEXEL模型与体素模型转化534

10.5 Brep边界面模型的三向DEXEL模型、体素模型与体素化算法534

10.5.1 三轴向DEXEL射线组群的数据结构535

10.5.2 Marching Cubes算法与几何体边界体素、体内体素确定537

10.6 体素模型空间体素属性的定义539

10.7 Brep边界面模型在同一三向DEXEL模型空间的布尔运算539

10.8 Brep边界面模型的体素模型及体素的属性表示540

10.9 单向DEXEL模型与快速原型系统541

10.10 Brep边界面模型的三向DEXEL模型与人造微孔骨结构设计543

10.11 总结544

附录A Java 3D包、类结构关系545

附录B JDK 1.7 、Java 3D 1.5 、JCreator LE 5.00的下载与安装556

参考文献560