计算机图形学（Computer Graphics）是利用计算机研究图形的表示、生成、处理、显示的学科，主要研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。随着计算机软硬件的不断发展，尤其是20世纪80年代以后，计算机图形学快速发展，成为了计算机科学中，最为活跃、得到广泛应用的分支之一，它使得计算机能够表达的图形越来越丰富，从二维图形到三维实体，从静态图片到实时动画，从线框图形到真实感显示，让我们能够以崭新的方式来显示信息、观察虚拟世界以及进行人与人、人与机器之间的通信。计算机图形学从产品设计、工程分析到动画、广告、影视艺术在众多领域中得到应用。在应用过程中计算机图形学与其他学科相结合，产生了很多新兴的学科，如CAD/CAM/CAE、可视化、动画、仿真和虚拟现实等。计算机图形学在现代社会生活中发挥着越来越重要的作用。

计算机图形绘制遵从了建模-几何处理-光栅化-片元处理这样的图形绘制流水线框架。因此，按照图形绘制流水线的四个概念阶段组织教材内容更能将经典理论和图形最新发展有机地融合在符合现代图形编程的框架之中。基于此，本书以计算机图形绘制流程为主线，将全书分为九章：第一章介绍了计算机图形学的基本概念、应用和发展简史，着重介绍了图形绘制系统的体系结构，从一开始就引入了三维图形学和图形绘制流水线的概念。第二到七章详细介绍计算机图形绘制流程各方面的理论和方法，包括几何建模、几何变换、观察、光照和着色、贴图、光栅图形生成等。最后的两章主要对曲线曲面、高级建模和高级绘制等一些高级图形学的内容做了介绍。同时，本书将理论介绍与工程实践进行有机结合，各章的理论介绍深入浅出，每章后均附有WebGL的实验项目，将理论内容转换为实战代码，有助于学生理解概念、巩固课堂所学，提高学生学习积极性，引导学生理解图形学相关算法，同时也有助于培养学生的动手操作能力，理论联系实际，培养他们团队意识和“工匠精神”和“精益求精”的做事习惯。

计算机图形学（WebGL版）

作者：简季、罗智勇、曾涛、杨鑫、向建明

定价：49元

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本书详细介绍了计算机图形学基本原理及WebGL实践案例，使读者在了解计算机图形学基本问题的同时，也能了解高级绘制技术。提供课件、大纲、教案、源码。

内容简介

本书以计算机图形绘制流程为主线，主要内容包括几何建模、几何变换、观察、光照和着色、贴图、光栅图形生成、曲线与曲面、高级建模与高级绘制，涵盖了计算机图形学的主要内容。本书将理论介绍与工程实践进行有机结合，各章的理论介绍深入浅出，并使用WebGL将理论内容转换为实战代码。 全书共9章，第1章介绍计算机图形学的基本知识。第2～7章详细介绍计算机图形绘制流程各方面的理论和方法，第8章介绍曲线与曲面的基本理论，第9章介绍高级建模与高级绘制技术。 本书适合作为“计算机图形学”课程的教材，也适合相关专业的本科生、研究生以及从事计算机图形相关工作的专业人员阅读。

目录

第1章绪论1

1.1计算机图形学概述1

1.2计算机图形系统4

1.2.1计算机图形系统的组成4

1.2.2计算机图形系统的主要任务6

1.2.3图形绘制的基本策略7

1.3计算机图形系统的体系结构8

1.3.1显示处理器8

1.3.2流水线9

1.3.3图形绘制流水线9

1.4计算机图形学的应用10

1.4.1信息的显示10

1.4.2设计11

1.4.3仿真和动画12

1.4.4图形用户界面13

1.5计算机图形学简史14

1.6OpenGL和WebGL17

WebGL开发实战119

实验1在Canvas上绘图19

实验2第一个WebGL程序： 绘制一个点22

实验3在WebGL中绘制一个三角形26

第2章几何建模31

2.1点、标量和向量31

2.2坐标系统34

2.3图元和属性37

2.4彩色立方体建模38

2.5二维Sierpinski镂垫绘制40

2.6三维Sierpinski镂垫绘制42

2.7球的建模43

WebGL开发实战244

实验1绘制二维镂垫44

实验2绘制彩色立方体49

实验3绘制三维Sierpinski镂垫53

第3章几何变换57

3.1仿射变换57

3.2平移、旋转和缩放58

3.2.1平移58

3.2.2旋转58

3.2.3缩放60

3.2.4反射变换61

3.2.5错（剪）切变换61

3.3变换的级联（联合）62

3.3.1基于任一定点的旋转变换（绕z轴旋转）62

3.3.2实例变换63

3.4窗口到视区的坐标变换64

3.5虚拟跟踪球65

3.6四元数66

3.7计算机动画68

WebGL开发实战369

实验1使立方体旋转起来69

实验2虚拟跟踪球72

第4章观察77

4.1经典观察77

4.2计算机观察80

4.3定位照相机80

4.4平行投影83

4.4.1正交投影83

4.4.2斜投影84

4.5透视投影85

4.6隐藏面消除88

4.7投影和阴影88

4.8裁剪89

4.8.1直线裁剪90

4.8.2多边形裁剪92

4.8.3其他图元的裁剪93

4.8.4三维裁剪94

WebGL开发实战495

实验1从指定视点观察旋转后的三角形95

实验2正射投影97

实验3透视投影99

第5章光照和着色102

5.1光线和材质102

5.2颜色模型104

5.3光源106

5.4Phong光照模型108

5.5多边形着色方案111

5.6指定光照参数112

5.6.1光源参数的指定112

5.6.2材质属性的指定113

WebGL开发实战5113

实验简单光照模型113

第6章贴图117

6.1缓存117

6.2映射方法118

6.3二维纹理映射119

6.4环境映射123

6.5凹凸映射123

6.6融合技术124

6.6.1不透明度与融合124

6.6.2图像融合125

WebGL开发实战6125

实验立方体二维贴图125

第7章光栅图形生成131

7.1光栅图形学概述131

7.2直线光栅化131

7.2.1直线绘制基本算法131

7.2.2数值微分法132

7.2.3Bresenham算法133

7.3多边形光栅化135

7.3.1扫描线填充算法135

7.3.2种子填充算法136

7.3.3多边形内外点测试137

7.3.4多边形三角剖分138

7.4反走样139

7.5隐藏面消除140

WebGL开发实战7142

实验1DDA画线算法实现142

实验2Bresenham画线算法实现147

第8章曲线与曲面150

8.1曲线和曲面的表示形式150

8.2三次插值参数多项式曲线152

8.3Hermite曲线和曲面154

8.4几何连续性和参数连续性156

8.5Bezier曲线和曲面157

8.5.1三次Bezier曲线157

8.5.2其他阶数的Bezier曲线158

8.5.3Bezier曲线的性质159

8.5.4Bezier曲线的分割递推de Casteljau算法161

8.5.5Bezier曲面片162

8.6B样条曲线和曲面162

8.6.1B样条曲线的定义162

8.6.2B样条曲线的局部性质与定义域164

8.6.3B样条曲线的分类166

8.6.4零次及一次B样条曲线166

8.6.5均匀B样条曲线167

8.6.6非均匀B样条曲线170

8.6.7非均匀有理B样条曲线172

8.6.8B样条曲面172

WebGL开发实战8173

实验Bezier曲线与B样条曲线173

第9章高级建模与高级绘制179

9.1层级建模方法179

9.1.1非层级建模179

9.1.2层级建模180

9.1.3层级建模的树状表示181

9.1.4层级建模的应用181

9.2过程建模方法187

9.2.1粒子系统187

9.2.2基于agent的建模188

9.2.3基于语言的建模189

9.2.4递归方法和分形190

9.2.5过程噪声191

9.3光线跟踪方法191

9.4辐射度方法193

9.5路径跟踪方法194

9.6并行绘制方法195

9.7体绘制方法196

9.8基于图像的绘制方法197

WebGL开发实战9198

实验层次结构模型198

参考文献208