3D图形系统设计与实现_PDF下载[47MB-百度云]乔纳斯·戈麦斯

本书特色

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本书详细阐述了与3D图形系统设计与实现相关的基本解决方案，主要包括对象和图形设备、交互式图形界面、几何体、颜色、数字图像、3D场景描述、三维几何体模型、建模技术、层次结构和体系结构对象、视见相机转换、视见的表面剪裁、光栅化、可见表面计算、局部光照模型、全局光照、贴图技术、着色机制，以及三维图形系统等内容。此外，本书还提供了相应的示例，以帮助读者进一步理解相关方案的实现过程。本书适合作为高等院校计算机及相关专业的教材和教学参考书，也可作为相关开发人员的自学教材和参考手册。

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内容简介

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本书涵盖了几何建模和渲染三维场景过程中计算方面的内容，特别是3D图形系统体系结构方面的知识。本书讨论了基本的3D计算机图形学算法，全部采用C语言加以实现。

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第1章概述 11.1 计算机图形学 11.2 应用领域和应用程序 11.3 研究方法 21.4 系统架构 21.5 实现和扩展 31.6 实现范例 31.7 图形标准 41.8 高级应用程序和后续发展 41.9 本书内容 51.10 补充材料 6第2章对象和图形设备 72.1 图形对象 72.1.1 图形对象的描述 82.1.2 图形对象的离散化和重构 82.2 图形设备和表达 102.2.1 向量设备 102.2.2 光栅化（矩阵）设备 102.3 图形设备分类 112.3.1 概念 122.3.2 分类 122.4 图形工作站 132.4.1 窗口系统 132.4.2 视图转换 142.5 GP图形包 152.5.1 GP特征 152.5.2 GP中的颜色属性 162.5.3 GP中对象的数据结构 172.5.4 控制例程 182.5.5 视见例程 192.5.6 绘制例程 212.5.7 图形输入和交互例程 222.6 补充材料 242.7 本章练习 25第3章交互式图形界面 273.1 创建交互式程序 273.2 交互基础 273.2.1 图形反馈 283.2.2 逻辑输入元素 283.2.3 概览 283.3 界面机制 293.3.1 非交互式 293.3.2 事件驱动 293.3.3 回调模型 303.3.4 包含多个视图的回调 313.4 界面对象 323.4.1 多视口 323.4.2 基于视图的回调 363.5 工具箱 403.5.1 基本元素 403.5.2 tk包 413.5.3 示例 463.6 多边形直线编辑器 473.7 回顾 543.8 补充材料 553.9 本章练习 56第4章几何体 574.1 计算机图形学中的几何体 574.1.1 应用和功能 574.1.2 计算内容 574.1.3 方案汇总 574.2 欧几里得空间 584.2.1 定义 584.2.2 元素和操作 584.2.3 度量属性 604.2.4 坐标和基 614.3 欧几里得空间中的转换 624.3.1 线性转换 624.3.2 等距 634.3.3 仿射转换 634.4 投影空间 634.4.1 投影空间模型 644.4.2 标准化和齐次坐标 644.4.3 齐次表达 654.5 RP3中的投影转换 664.6 几何体对象的转换 734.6.1 转换操作修正 734.6.2 转换点和方向 734.6.3 转换射线 744.6.4 切平面上的转换 764.6.5 转换的双重解释 764.7 补充材料 774.7.1 小结 774.7.2 程序设计层 784.8 本章练习 78第5章颜色 815.1 颜色的基本知识 815.1.1 颜色的波长模型 815.1.2 物理颜色系统 825.1.3 色彩的心理学研究 825.1.4 颜色计算 845.2 设备颜色系统 855.2.1 颜色的处理 855.2.2 RGB-CMY转换 855.3 颜色规范系统 875.3.1 亮度：色度分解 875.3.2 颜色选择的HSV系统 885.4 离散化颜色实体 925.5 补充材料 935.5.1 资料链接 935.5.2 回顾 945.6 本章练习 94第6章数字图像 956.1 基础知识 956.1.1 图像的离散和连续模型 956.1.2 图像的量化 966.1.3 矩阵表达 976.2 图像的表现格式 976.2.1 数据结构 976.2.2 访问图像矩阵 996.3 图像编码 1006.3.1 PPM格式 1006.3.2 直接编码 1006.4 补充材料 1026.4.1 修正 1026.4.2 图像格式 1036.5 本章练习 103第7章 3D场景描述 1057.1 三维场景 1057.1.1 三维场景的元素 1057.1.2 三维场景表达 1067.1.3 场景描述语言 1067.2 语言概念 1077.2.1 表达式语言 1077.2.2 表达式中的语法和语义 1087.2.3 程序的编译和解释 1097.2.4 语言开发工具 1107.3 扩展语言 1107.3.1 语法分析器 1107.3.2 词法分析器 1127.3.3 符号分析器 1157.3.4 参数和值 1177.3.5 节点和表达式 1197.3.6 辅助函数 1217.4 子语言和应用程序 1237.4.1 基于扩展语言的接口 1237.4.2 实现语义 1247.4.3 生成解释器 1257.5 补充材料 1257.5.1 修正 1257.5.2 扩展 1267.5.3 相关信息 1267.6 本章练习 127第8章三维几何体模型 1298.1 建模基础知识 1298.1.1 模型和几何体描述 1298.1.2 表达模式 1318.2 几何图元 1328.2.1 图元对象定义 1338.2.2 泛型接口 1348.2.3 图元示例 1388.3 表面和多边形网格的近似计算 1478.3.1 近似方法 1478.3.2 分段式线性近似方法 1478.4 多边形表面 1478.4.1 n边多边形 1488.4.2 三角形 1508.4.3 三角形列表 1548.5 补充材料 1568.6 本章练习 157第9章建模技术 1599.1 建模系统的基础知识 1599.1.1 用户界面 1599.1.2 模型操作 1609.1.3 建模技术 1609.1.4 系统架构 1609.2 构造模型 1619.2.1 CSG结构 1629.2.2 简单的CSG表达式语言 1649.2.3 三维场景描述语言中的CSG表达 1669.2.4 三维场景描述语言中的CSG对象的解释 1679.3 生成式建模技术 1689.3.1 生成式模型的多边形近似表达 1699.3.2 生成式模型的类型 1719.3.3 旋转曲面 1729.4 补充材料 1729.5 本章练习 173第10章层次结构和体系结构对象 17510.1 几何链接 17510.1.1 层次结构 17510.1.2 几何转换 17610.1.3 仿射不变性 17710.2 层次结构和转换 17810.2.1 栈操作 17810.2.2 转换 18010.3 对象分组 18310.3.1 层次结构描述 18310.3.2 对象 18310.3.3 分组和对象列表 18510.3.4 对象转换 18710.3.5 收集列表中的对象 18810.3.6 参数化链接 18910.4 动画 19110.4.1 动画时钟 19110.4.2 过程式动画的构建 19310.4.3 动画的执行过程 19310.5 补充材料 19510.6 本章练习 196第11章视见相机转换 19911.1 视见处理过程 19911.1.1 视见操作和参考空间 19911.1.2 虚拟相机和视见参数 20011.1.3 定义视见参数 20211.2 视见转换 20511.2.1 相机转换 20611.2.2 剪裁转换 20811.2.3 透视转换 20911.2.4 设备转换 21211.2.5 转换序列 21311.3 视见规范 21411.3.1 初始化 21411.3.2 相机 21511.3.3 透视 21611.3.4 设备 21711.3.5 定义三维场景描述语言中的视见机制 21811.4 补充材料 21811.5 本章练习 219第12章视见的表面剪裁 22112.1 剪裁操作的基本知识 22112.1.1 空间剪裁 22112.1.2 剪裁和视见 22112.2 剪裁简单情形 22212.2.1 简单拒绝 22212.2.2 简单接受 22312.2.3 包含相反方向的面元 22312.3 两步剪裁 22412.4 序列剪裁 22812.5 补充材料 23212.6 本章练习 233第13章光栅化 23513.1 光栅化基础知识 23513.2 光栅化方法的分类 23613.3 渐增式方法 23613.3.1 内在型渐增式光栅化 23613.3.2 外在型渐增式光栅化 24013.4 基于细分的光栅化 24013.4.1 内在型细分 24113.4.2 外在型细分 24213.5 补充材料 24413.6 本章练习 244第14章可见表面计算 24714.1 基础知识 24714.1.1 场景属性和一致性 24714.1.2 表达和坐标系 24814.1.3 分类 24814.2 Z-缓冲区 24914.3 光线跟踪 25114.3.1 与三维场景对象的交点 25114.3.2 与CSG模型间的交点 25214.4 Painter算法 25414.4.1 近似Z-排序 25414.4.2 完全Z-排序 25514.5 其他可见性方法 25614.5.1 空间细分 25614.5.2 递归细分 25714.6 补充材料 25814.7 本章练习 259第15章局部光照模型 26115.1 基础知识 26115.1.1 光照 26115.1.2 光线传播 26215.1.3 表面和材质 26215.1.4 局部光照模型 26315.2 光源 26515.2.1 光线传输 26515.2.2 光源的表达 26715.3 局部光照 26815.3.1 光照上下文 26915.3.2 光照函数 26915.4 材质 27115.4.1 描述材质 27115.4.2 材质类型 27115.5 语言规范 27215.6 补充材料 27315.7 本章练习 274第16章全局光照 27516.1 光照模型 27516.1.1 传输过程 27616.1.2 边界条件 27616.1.3 辐射度方程 27716.1.4 数值近似 27816.1.5 光照计算方法 27916.2 光线跟踪方法 27916.3 辐射度方法 28516.4 补充材料 29316.5 本章练习 293第17章贴图技术 29517.1 基础知识 29517.1.1 贴图的概念 29517.1.2 贴图类型 29617.1.3 贴图应用 29617.2 纹理函数 29717.2.1 表达方式 29717.2.2 图像定义 29717.2.3 过程式定义 29917.3 纹理贴图 30017.4 凹凸贴图 30217.5 反射贴图 30417.6 光源贴图 30617.7 补充材料 308第18章着色机制 30918.1 着色函数采样和重构 30918.2 采样方法 30918.3 基本的重构方法 31018.3.1 Bouknight着色 31018.3.2 Gouraud方法 31018.3.3 Phong方法 31218.4 纹理属性的重构 31318.4.1 插值和投影转换 31318.4.2 纹理的有理线性插值 31518.5 图像化 31718.6 补充材料 318第19章三维图形系统 32119.1 系统A 32119.1.1 生成模型 32119.1.2 基于Z-缓冲区的渲染机制 32319.2 系统B 32519.2.1 CSG建模机制 32519.2.2 基于光线跟踪的渲染机制 32619.3 系统C 32919.3.1 基于图元层次结构的建模 32919.3.2 基于Painter方法的渲染机制 32919.4 项目 33219.4.1 渲染图像的程序 33319.4.2 建模系统 33319.4.3 渲染系统 335参考文献 337