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| 編輯推薦： |
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这次改版，操作系统选择Widows 10，语言选择Visual Studio 2017的MFC。作者承诺：本教材所看到的图形全部使用Microsoft Visual Studio的Visual C 语言编程实现，未使用任何图形库。 按照原理编写算法，算法编码生成效果。
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| 內容簡介： |
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本书在Widows10操作系统上，采用Visual Studio2017中文版作为开发平台，系统讲解“基本图元的扫描转换”“二维变换与裁剪”“三维变换与投影”“自由曲线与曲面”“建模与消隐”“光照模型”与“纹理映射”的原理与算法。本书配套有与每个原理一一对应的、经过精心设计的55个案例源程序。这些程序经过了严格的测试，每个案例都配套有微课讲解。本书中的插图均出自这些案例，其质量可以与OpenGL或Direct3D制作效果相媲美。
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| 關於作者： |
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孔令德 博士 教授 太原工业学院教学名师。负责省级精品课程，获省级教学成果一等奖。作为负责人正在主持省级教改重点项目《山西省高职高专计算机公共基础教材改革研究》。主编教材规划教材多部。
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| 目錄：
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第1章导论1
1.1计算机图形学的定义1
1.2计算机图形学的应用领域2
1.2.1计算机游戏2
1.2.2计算机辅助设计2
1.2.3计算机艺术3
1.2.4虚拟现实5
1.2.5计算机辅助教学6
1.3计算机图形学的相关学科6
1.4计算机图形学的确立与发展7
1.5图形显示器的发展及其工作原理9
1.5.1阴极射线管9
1.5.2随机扫描图形显示器10
1.5.3直视存储管图形显示器10
1.5.4光栅扫描图形显示器11
1.5.5LCD显示器17
1.5.6三维图形显示原理及立体显示器18
1.6图形软件标准22
1.7计算机图形学研究的热点技术23
1.7.1细节层次技术23
1.7.2基于图像的绘制技术23
1.8本章小结25
习题125第2章MFC绘图基础27
2.1MFC上机操作步骤27
2.2MFC绘图方法31
2.2.1CDC类结构与GDI对象31
2.2.2映射模式33
2.2.3使用GDI对象36
2.2.4CDC类的主要绘图成员函数39
2.3设备上下文的调用与释放55
2.4双缓冲机制55
2.5MFC绘图的几种方法58
2.5.1使用OnDraw()成员函数直接绘图58
2.5.2使用菜单绘图59
2.5.3使用自定义函数绘图61
2.6本章小结65
习题265第3章基本图元的扫描转换68
3.1直线的扫描转换68
3.1.1DDA算法69
3.1.2Bresenham算法69
3.1.3中点算法71
3.2圆的扫描转换73
3.3椭圆的扫描转换76
3.4反走样技术81
3.4.1反走样现象81
3.4.2反走样技术分类82
3.5Wu反走样算法82
3.5.1算法原理82
3.5.2构造距离误差项83
3.5.3Wu反走样算法83
3.5.4彩色直线的反走样算法84
3.6本章小结84
习题384第4章多边形填充88
4.1多边形的扫描转换88
4.1.1多边形的定义88
4.1.2多边形的表示89
4.1.3多边形着色模式90
4.1.4多边形填充算法90
4.1.5区域填充算法91
4.2有效边表填充算法91
4.2.1填充原理91
4.2.2边界像素的处理原则91
4.2.3有效边和有效边表93
4.2.4桶表与边表95
4.3边缘填充算法96
4.3.1填充原理96
4.3.2填充过程96
4.4区域填充算法97
4.4.1填充原理97
4.4.2四邻接点与八邻接点98
4.4.3四连通域与八连通域98
4.4.4种子填充算法99
4.5本章小结100
习题4101第5章二维变换与裁剪105
5.1图形几何变换基础105
5.1.1二维变换矩阵105
5.1.2规范化齐次坐标105
5.1.3矩阵相乘106
5.1.4二维几何变换106
5.2二维基本几何变换矩阵107
5.2.1平移变换矩阵107
5.2.2比例变换矩阵108
5.2.3旋转变换矩阵108
5.2.4反射变换矩阵109
5.2.5错切变换矩阵110
5.3二维复合变换111
5.3.1复合变换原理111
5.3.2相对于任意参考点的二维几何变换111
5.3.3相对于任意方向的二维几何变换114
5.4二维图形裁剪116
5.4.1图形学中常用的坐标系116
5.4.2窗口与视区及窗视变换118
5.4.3窗视变换矩阵119
5.5CohenSutherland直线段裁剪算法121
5.5.1编码原理121
5.5.2裁剪步骤121
5.5.3交点计算公式122
5.6中点分割直线段裁剪算法123
5.6.1中点分割直线段裁剪算法原理123
5.6.2中点计算公式123
5.7LiangBarsky直线段裁剪算法124
5.7.1算法原理124
5.7.2算法分析125
5.7.3算法的几何意义125
5.8多边形裁剪算法127
5.9本章小结129
习题5129第6章三维变换与投影132
6.1三维图形几何变换132
6.1.1三维变换矩阵132
6.1.2三维几何变换133
6.2三维基本几何变换矩阵134
6.2.1平移变换134
6.2.2比例变换134
6.2.3旋转变换134
6.2.4反射变换135
6.2.5错切变换137
6.3三维复合变换138
6.3.1相对于任意参考点的三维几何变换138
6.3.2相对于任意方向的三维几何变换138
6.4平行投影140
6.4.1正投影141
6.4.2三视图141
6.4.3斜投影144
6.5透视投影146
6.5.1透视投影坐标系146
6.5.2三维坐标系变换147
6.5.3世界坐标系到观察坐标系的变换149
6.5.4观察坐标系到屏幕坐标系的变换151
6.5.5透视投影分类153
6.5.6立方体的透视图154
6.5.7屏幕坐标系的伪深度坐标156
6.6本章小结157
习题6158第7章自由曲线与曲面160
7.1基本概念160
7.1.1样条曲线曲面160
7.1.2曲线曲面的表示形式161
7.1.3插值、逼近与拟合162
7.1.4连续性条件162
7.2Bezier曲线163
7.2.1Bezier曲线的定义164
7.2.2Bezier曲线的性质165
7.2.3de Casteljau递推算法167
7.2.4Bezier曲线的拼接168
7.3Bezier曲面170
7.3.1Bezier曲面的定义170
7.3.2双三次Bezier曲面的定义170
7.3.3双三次Bezier曲面的拼接171
7.4B样条曲线173
7.4.1B样条曲线的定义173
7.4.2二次B样条曲线174
7.4.3三次B样条曲线175
7.4.4B样条曲线的性质177
7.4.5构造特殊三次B样条曲线的技巧178
7.5B样条曲面180
7.5.1B样条曲面的定义180
7.5.2双三次B样条曲面的定义180
7.5.3双三次B样条曲面的连续性181
7.6本章小结183
习题7184第8章建模与消隐187
8.1三维物体的数据结构187
8.1.1物体的几何信息与拓扑信息187
8.1.2三表数据结构187
8.1.3物体的表示模型188
8.1.4双表数据结构190
8.2常用物体的几何模型191
8.2.1多面体191
8.2.2曲面体196
8.3消隐算法分类202
8.4隐线算法203
8.4.1凸多面体消隐算法203
8.4.2曲面体消隐算法206
8.5隐面算法207
8.5.1深度缓冲器消隐算法207
8.5.2深度排序消隐算法211
8.6本章小结212
习题8212第9章光照模型217
9.1颜色模型217
9.1.1原色系统218
9.1.2RGB颜色模型219
9.1.3HSV颜色模型220
9.1.4CMYK颜色模型222
9.2简单光照模型223
9.2.1材质模型223
9.2.2环境光模型225
9.2.3漫反射光模型225
9.2.4镜面反射光模型226
9.2.5光强衰减228
9.2.6增加颜色229
9.3光滑着色230
9.3.1直线的光滑着色230
9.3.2Gouraud明暗处理232
9.3.3Phong明暗处理235
9.4简单透明模型237
9.5简单阴影模型238
9.6本章小结239
习题9239第10章纹理映射243
10.1纹理的定义243
10.2颜色纹理244
10.2.1函数纹理244
10.2.2图像纹理249
10.3三维纹理250
10.4几何纹理252
10.4.1参数曲面的定义252
10.4.2映射原理252
10.4.3几何纹理的分类254
10.5纹理反走样简介255
10.6本章小结258
习题10 258
参考文献262
附录A知识点微课索引264
附录B配套案例的说明265
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| 內容試閱：
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第2版前言
本书第1版由于原理选择合理、算法讲解清晰、代码编写规范、印刷精美，因此受到了读者的欢迎。美中不足的是，受当时技术条件的限制，所用的开发平台为Visual C 6.0，操作系统是Windows XP。许多读者期待本书使用Visual Studio 2010及以上的版本开发。这次改版，编程环境采用Windows 10操作系统，语言选用Visual Studio 2017 MFC。
作者主持的“计算机图形学”课程在2020年被评为山西省精品在线开放课程。为了适应新形态的课程建设，制作了30个知识点的算法微课讲解。王铮、杨芳、孟新煜录制了算法MOOC讲解。利用2020年春节长假，笔者与霍波魏重新整理并升级了配套的30个案例源程序，毛洋录制了全部案例源程序讲解MOOC。为了帮助初学者入门，第2章的所有例子都提供了视频讲解，由孟星煜录制。
录制MOOC是很繁重的工作，设计程序、编写PPT、整理逐字稿、剪辑视频。有时作者也会录制试音、视频以进行示范。对于有些比较难的案例视频经常出现返工的情况。终，课题组成员的坚持和耐心保证了视频资源的质量，在此一并致谢。本书提供的30个知识点和30个案例的视频全部通过作者审核检查，请读者放心使用。知识点对应的MOOC视频，在教材的相应章节都提供了二维码，可同步扫码观看。为了方便读者学习，本书附录梳理了本书介绍的知识点和案例。
目前，作者主持的“计算机图形学”课程已入选国家首批一流本科课程。有兴趣的读者可以到作者在超星平台上开设的计算机图形学MOOC登录学习并留下宝贵的建议。
作者郑重承诺，书中所有效果图全部为使用Microsoft Visual Studio MFC按照原理的算法编码运行后生成的，未使用任何图形库。
作者2021年1月
第1版前言
计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理和显示的学科。主要原理包括基于光栅扫描显示器的基本图形的扫描转换原理；基于齐次坐标的二维、三维图形的几何变换原理；基于几何造型的自由曲线、曲面的生成原理；基于多面体和曲面体的三维几何建模原理；基于像空间和物空间的三维物体面消隐原理；基于材质模型、光源模型的简单光照原理；基于颜色纹理、三维纹理和几何纹理的纹理映射原理。本书采用类架构建立了三维光照场景，给定光源位置、视点位置和视线方向，只要简单地改变数据文件中物体的顶点表和表面表，就可以生成不同物体的真实感图形动画。
本书有以下特色。
1. 编程环境的先进性。本书选用了Microsoft公司的面向对象程序设计语言Visual C 的MFC框架作为编程环境，不仅可以制作出和3ds max效果一致的三维真实感图形，而且支持交互式操作。
2. 所有原理的案例化。本书从编程角度讲解计算机图形学，要求所讲解的原理都产生相应的图形效果。笔者使用MFC框架自主开发了本书所有原理的案例，做到本书所讲解到的每个原理都有一个对应的源程序。
3. 所有图形彩色显示。计算机图形学是研究由物体的三维几何模型得到二维图像的技术。本书使用真彩色表示光照、纹理等特殊图像效果，意在让读者切实感受到计算机图形学的视觉冲击力，从而将学习的重点放置在真实感图形部分。
本书各章节主要内容如下。
第1章导论。介绍了计算机图形学的定义、应用领域、图形显示器的工作原理以及计算机图形学目前研究的热点技术。
第2章MFC绘图基础。介绍MFC上机操作步骤，主要讲解了CDC类的主要绘图成员函数，后给出了精美的双缓冲动画案例。本章要求重点掌握双缓冲技术。
第3章基本图元的扫描转换。讲解直线、圆和椭圆的像素级扫描转换原理，以及Wu直线反走样算法。本章要求重点掌握直线的中点Bresenham扫描转换原理和Wu反走样原理。
第4章多边形填充。讲解了有效边表填充原理、边缘填充原理以及区域填充原理，本章要求重点掌握有效边表填充原理，这是后续填充三维物体表面模型的基本原理。
第5章二维变换与裁剪。讲解二维基本几何变换矩阵，CohenSutherland直线段裁剪原理、中点分割直线段裁剪原理、LiangBarsky直线段裁剪原理以及SutherlandHodgman多边形裁剪原理。本章要求重点掌握二维几何变换。
第6章三维变换与投影。讲解三维基本几何变换、三视图、斜投影图以及透视投影的变换矩阵。本章要求重点掌握三维几何变换和透视投影原理。
第7章自由曲线与曲面。讲解Bezier曲线曲面和B样条曲线曲面的生成原理。本章要求重点掌握B样条曲线和B样条曲面的生成原理。
第8章建模与消隐。讲解描述物体的双表数据结构，多面体与曲面体的几何模型。物体的背面剔除原理以及深度缓冲面消隐和深度排序面消隐原理。本章要求重点掌握立方体、球体的几何建模方法，以及深度缓冲面消隐原理。
第9章光照模型。讲解颜色模型、材质模型、简单光照模型、Gouraud明暗处理、Phong明暗处理、简单透明模型和简单阴影模型。本章要求重点掌握RGB颜色模型、简单光照模型、Gouraud明暗处理和Phong明暗处理。
第10章纹理映射。讲解颜色纹理、三维纹理和几何纹理的定义及映射方法。给出了将函数纹理与图像纹理映射到球面、圆柱面、圆锥面和圆环面的方法，后介绍了一种简单纹理反走样方法。本章要求重点掌握国际象棋棋盘函数纹理映射到立方体表面和球体表面的颜色纹理映射方法。
为了帮助读者巩固上述原理的学习，作者精心设计了与本书讲解的原理一一对应的60个案例源程序。每个案例全部按照本书原理的算法步骤编码，可以互相参照学习。本书中所使用的效果图均出自这些案例。请购买本书的读者到作者的个人网站上下载这60个源程序。为了方便教学，作者也提供了各章的教学课件，并建立了计算机图形学教师群，愿意与全国高校的计算机图形学教师一起分享教学经验。
虽然计算机图形学领域每年有大量的新技术不断涌现，但绘制图形的基本原理和方法却一直保持着连贯性和稳定性。作者是从计算机编程角度讲授计算机图形学原理，在不使用任何图形库的前提下，单纯使用MFC的绘制像素点成员函数（CDC::SetPixelV），按照本书讲解的计算机图形学原理开发出与OpenGL或Direct3D显示效果一致的真实感图形。更确切地说是作者依据本书讲解的原理搭建了一个自主开发的图形库。只要在场景中构造出物体的几何模型，就可以根据假定的光照条件，动态渲染出包含材质、纹理的真实感图形，产生如临其境、如见其物的视觉效果。
感谢清华大学出版社编校人员对本书的大力支持，感谢国内计算机图形学教师对作者的认可，感谢计算机图形学读者对源程序的厚爱。恳请从事计算机图形研究的专家学者继续提出宝贵的建议和意见，无论是针对文字、代码还是课件的。
后感谢我的妻子康凤娥女士。在我写作本书期间，给予了更多的时间；在我调试程序时，曾提出过宝贵的建议；在我完成初稿后，又进行反复校对。 “噫！微斯人，吾谁与归?”
孔令德2013年9月
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