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详细说明： 1 计算机图形的构成及其表示7 1.1 点阵图形及其表示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1.1 点阵图形的大小. . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1.2 像素点的形状. . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1.3 像素点的颜色表示. . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1.4 像素点的位置. . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.1.5 点阵图形及相应文件构成. . . . . . . . . . . 9 1.1.6 点阵图形的坐标系统. . . . . . . . . . . . . . 10 1.1.7 点阵图形的精度及相关问题. . . . . . . . . . 10 1.2 向量图形及其表示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2.1 向量图形的表示. . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2.2 向量图形的颜色. . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2.3 向量图形DXF格式文件构成. . . . . . . . . . 11 1.3 点阵图形和向量图形的特点. . . . . . . . . . . . . . 13 1.3.1 图形的整体放大. . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3.2 图形的缩小. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.3.3 图形的局部放大. . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.3.4 点阵图形与向量图形的自身及其相间互转换. 14 2 点阵图形的基本算法17 2.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.1.1 基本图形的点阵转换. . . . . . . . . . . . . . 17 2.1.2 描绘线条图形的要求. . . . . . . . . . . . . . 18 2.2 直线点阵转换算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.2.1 增量DDA算法. . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.2.2 Bresenham直线算法. . . . . . . . . . . . . . 21 2.3 圆的点阵图形扫描转换算法. . . . . . . . . . . . . . 24 2.3.1 一般方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.3.2 Bresenham圆弧算法. . . . . . . . . . . . . . 26 2.4 椭圆点阵图形扫描转换算法. . . . . . . . . . . . . . 28 3 区域填充33 3.1 区域的定义和类型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.1.1 区域的连通方式. . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.1.2 区域的定义方式. . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.2 注入填充区域算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.3 边界填充算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.4 扫描线算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1 2 CONTENTS 3.5 压入区段端点的扫描线算法. . . . . . . . . . . . . . 37 3.5.1 算法思路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.5.2 算法伪代码描述. . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.6 多边形扫描转换算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.6.1 扫描线上像素点的连贯性. . . . . . . . . . . 39 3.6.2 不同扫描线与边的交点在边上的连贯性. . . . 41 3.6.3 扫描线算法处理步骤. . . . . . . . . . . . . . 43 4 平面图形裁剪45 4.1 二维裁剪概念. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4.1.1 点的裁剪. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.1.2 直线段的裁剪. . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.2 直线段的裁剪算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.2.1 科恩-萨塞兰德算法. . . . . . . . . . . . . . . 47 4.2.2 中点分割算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.2.3 梁友栋-Barsky算法. . . . . . . . . . . . . . . 50 4.3 多边形逐边裁剪法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.4 多边形窗口的双边裁剪法. . . . . . . . . . . . . . . 56 4.5 文本裁剪. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.5.1 文本的字符串裁剪法. . . . . . . . . . . . . . 58 4.5.2 文本的字符裁剪法. . . . . . . . . . . . . . . 59 4.5.3 文本的笔划裁剪法. . . . . . . . . . . . . . . 59 5 向量、矩阵概念及其运算61 5.1 向量的基本概念. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 5.2 向量的线性运算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 5.2.1 向量的加法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 5.2.2 向量的减法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 5.2.3 向量的数乘. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 5.2.4 向量线性运算的运算规律. . . . . . . . . . . 63 5.3 向量的数量积及向量积. . . . . . . . . . . . . . . . . 64 5.3.1 向量的数量积. . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 5.3.2 向量的数量积运算规律. . . . . . . . . . . . . 65 5.3.3 向量的向量积. . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5.3.4 向量的向量积运算规律. . . . . . . . . . . . . 67 5.4 三个向量的二重乘积. . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.4.1 向量的混合积. . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.4.2 向量的二重向量积. . . . . . . . . . . . . . . 69 5.5 向量的坐标表示及其运算. . . . . . . . . . . . . . . 69 5.5.1 向量的坐标表示. . . . . . . . . . . . . . . . 69 5.5.2 向量的坐标运算. . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.6 常用几何量的向量表示. . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.7 向量的微分运算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 5.8 矩阵的基本概念. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 5.9 矩阵的运算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.9.1 矩阵的线性运算. . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.9.2 矩阵乘法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.9.3 矩阵转置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5.9.4 矩阵的行列式. . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5.9.5 方阵的逆. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 CONTENTS 3 5.9.6 矩阵的分块. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 6 图形变换81 6.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6.2 二维图形的基本变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6.2.1 平移变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6.2.2 比例变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 6.2.3 旋转变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 6.2.4 对称变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 6.2.5 错切变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 6.3 齐次坐标与基本变换的矩阵表示. . . . . . . . . . . . 89 6.3.1 齐次坐标的概念. . . . . . . . . . . . . . . . 90 6.3.2 基本变换通过齐次坐标的矩阵表示. . . . . . 91 6.3.3 复合变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 6.3.4 基本变换的一些性质. . . . . . . . . . . . . . 95 6.4 三维图形的基本变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.4.1 三维平移变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.4.2 三维比例变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 6.4.3 三维旋转变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 6.4.4 三维对称变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 6.4.5 三维错切变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.4.6 三维复合变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.5 三维投影变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 6.5.1 三维投影变换的概念. . . . . . . . . . . . . . 102 6.5.2 平行投影. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 6.5.3 透视投影. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 6.6 窗口间的视见变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6.6.1 图形表示中的坐标系. . . . . . . . . . . . . . 107 6.6.2 视见变换及其表示. . . . . . . . . . . . . . . 108 7 计算机图形中曲线的设计理论111 7.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 7.2 折线段曲线. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 7.3 参数三次曲线. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 7.3.1 参数三次曲线的表示. . . . . . . . . . . . . . 113 7.3.2 参数三次曲线的其它表示形式. . . . . . . . . 116 7.3.3 参数三次曲线的几何形状. . . . . . . . . . . 117 7.3.4 参数三次曲线参数值域的变换. . . . . . . . . 118 7.4 B′ezier曲线. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 7.4.1 B′ezier曲线的de Cast′ejau定义. . . . . . . . . 119 7.4.2 B′ezier曲线的性质. . . . . . . . . . . . . . . . 120 7.4.3 三次B′ezier曲线与B′ezier样条曲线. . . . . . . 123 7.5 B-样条曲线. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 7.5.1 B-样条曲线的de Bool定义. . . . . . . . . . . 125 7.5.2 B-样条曲线的性质. . . . . . . . . . . . . . . 128 7.5.3 常用的B-样条曲线类型. . . . . . . . . . . . . 131 7.5.4 均匀B-样条曲线. . . . . . . . . . . . . . . . 132 7.5.5 三次均匀B-样条曲线. . . . . . . . . . . . . . 134 7.5.6 准均匀B-样条曲线. . . . . . . . . . . . . . . 136 7.5.7 一般的B-样条曲线. . . . . . . . . . . . . . . 137 4 CONTENTS 7.5.8 插值三次B-样条曲线. . . . . . . . . . . . . . 138 7.6 非均匀有理B-样条曲线. . . . . . . . . . . . . . . . . 140 7.6.1 非均匀有理B-样条曲线. . . . . . . . . . . . . 141 7.6.2 有理B′ezier曲线. . . . . . . . . . . . . . . . . 142 7.6.3 二次有理B′ezier曲线与二次曲线. . . . . . . . 142 8 计算机图形中曲面的设计理论145 8.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 8.2 双线性孔斯曲面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 8.3 双三次孔斯曲面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 8.3.1 双三次孔斯曲面的定义. . . . . . . . . . . . . 148 8.3.2 双三次孔斯曲面扭矢的估计. . . . . . . . . . 151 8.3.3 扭矢相容性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 8.3.4 跨界切向量的确定. . . . . . . . . . . . . . . 152 8.4 双线性与双三次曲面. . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 8.4.1 双线性曲面定义及其表示. . . . . . . . . . . 153 8.4.2 双三次曲面定义及其表示. . . . . . . . . . . 153 8.4.3 双三次曲面的其它形式. . . . . . . . . . . . . 154 8.5 B′ezier曲面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 8.5.1 B′ezier曲面片的定义. . . . . . . . . . . . . . 156 8.5.2 B′ezier曲面片的性质. . . . . . . . . . . . . . 157 8.5.3 双三次B′ezier曲面. . . . . . . . . . . . . . . . 158 8.6 B-样条曲面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 8.6.1 B-样条曲面片的定义. . . . . . . . . . . . . . 159 8.6.2 双三次均匀B-样条曲面片公式. . . . . . . . . 160 8.6.3 B-样条曲面片的优点. . . . . . . . . . . . . . 160 8.7 非均匀有理B-样条曲面. . . . . . . . . . . . . . . . . 161 8.8 三角域上的B′ezier曲面. . . . . . . . . . . . . . . . . 162 8.8.1 三角域内的重心坐标. . . . . . . . . . . . . . 162 8.8.2 三角域上的Beinstein函数. . . . . . . . . . . 164 8.8.3 三角域上的B′ezier曲面. . . . . . . . . . . . . 165 8.8.4 三角域上的B′ezier曲面的方向导向量. . . . . 166 8.8.5 三角域上的B′ezier曲面的性质. . . . . . . . . 167 9 计算机图形中消隐处理171 9.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 9.2 凸多面体的消隐. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 9.3 函数曲面的消隐. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 9.3.1 函_____数曲面消隐. . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 9.3.2 参数曲面消隐. . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 9.4 z 缓冲器算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 10 计算机图形中真实感图形设计179 10.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 10.2 光与颜色的基本知识. . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 10.2.1 光的明亮度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 10.2.2 光的颜色. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 10.3 光的传播规律. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 10.3.1 光的来源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 10.3.2 光的传播的计算模型. . . . . . . . . . . . . . 185 CONTENTS 5 10.3.3 各类光传播的计算. . . . . . . . . . . . . . . 185 10.4 一个简单的光照模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 10.5 明暗处理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 10.5.1 Gouraud的光强度插值法. . . . . . . . . . . . 189 10.5.2 Phong的法向插值法. . . . . . . . . . . . . . 190 10.6 光线追踪法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 10.6.1 整体光照模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 10.6.2 光线追踪算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 10.6.3 提高光线追踪算法的效率. . . . . . . . . . . 193 10.7 阴影处理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 10.8 纹理映射. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 10.8.1 图案型纹理映射. . . . . . . . . . . . . . . . 195 10.8.2 凹凸不平型纹理映射. . . . . . . . . . . . . . 196 11 图形交互技术和用户界面设计197 11.1 逻辑输入设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 11.1.1 定位设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 11.1.2 笔划设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 11.1.3 字符串设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 11.1.4 定值设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 11.1.5 选择设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 11.1.6 拾取设备. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 11.2 逻辑设备输入模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 11.2.1 请求模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 11.2.2 取样模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 11.2.3 事件模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 11.2.4 各种模式的并行使用及初始化. . . . . . . . . 205 11.3 交互式图形设计方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 11.3.1 基本的定位方法. . . . . . . . . . . . . . . . 205 11.3.2 取值任务技术. . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 11.3.3 标尺、刻度盘、按钮. . . . . . . . . . . . . . 206 11.3.4 约束. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 11.3.5 网格. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 11.3.6 引力场. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 11.3.7 导向线. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 11.3.8 选择任务技术. . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 11.3.9 按名字选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 11.3.10 按位置选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 11.3.11 包围盒方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 11.3.12 菜单选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 11.3.13 对话框. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 11.3.14 橡皮筋方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 11.3.15 拖动. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 11.3.16 操作柄技术. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 11.3.17 着色和绘图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 11.4 交互设计技术图形用户界面. . . . . . . . . . . . . . 214 11.4.1 窗口和图标. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 11.4.2 同一功能的多种操作方法. . . . . . . . . . . 214 11.4.3 一致性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 11.4.4 减少记忆量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 6 CONTENTS 11.4.5 回退. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 11.4.6 删除和出错处理. . . . . . . . . . . . . . . . 215 11.4.7 信息反馈. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 12 计算机图形动画设计219 12.1 介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 12.2 动画原理及制作技术. . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 12.2.1 动画原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 12.2.2 动画的制作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 12.3 计算机动画技术及应用. . . . . . . . . . . . . . . . . 222 12.3.1 计算机动画的概念. . . . . . . . . . . . . . . 222 12.3.2 计算机动画技术分类. . . . . . . . . . . . . . 222 12.3.3 人工动画与计算机动画的比较. . . . . . . . . 223 12.4 计算机动画实现方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 12.4.1 帧动画. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 12.4.2 位图传输动画. . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 12.4.3 实时动画. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 12.4.4 三种实现方式的比较. . . . . . . . . . . . . . 226 12.5 动态设计与动态画面的生成. . . . . . . . . . . . . . 226 12.6 动画技术中要注意的问题. . . . . . . . . . . . . . . 228 12.7 计算机辅助卡通动画片制作. . . . . . . . . . . . . . 229 12.8 相关问题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232__ ...展开收缩
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