本書系統介紹計算機圖形學的有關原理、算法及實現。其主要內容包括：計算機圖形硬件、基本圖形的生成、圖形幾何變換、曲線和曲面造型、幾何造型、基本的圖形運算、典型的隱藏線與隱藏面的消除算法、生成真實感圖形的相關技術。本書可作為大專院校本科生、研究生學習計算機圖形學的教材，也可作為從事CAD和計算機圖形學技術研究的廣大科技人員的參考書。
計算機圖形學是研究通過計算機將數據轉換為圖形， 并在顯示設備上顯示的原理、方法和技術的學科。計算機圖形學研究內容非常廣泛， 涉及圖形交互技術、光柵圖形生成算法、圖元繪制、曲線曲面造型、實體造型、真實感圖形計算與顯示、非真實感繪制， 以及科學計算可視化、計算機動畫、游戲程序設計、虛擬現實、人機交互技術、計算機視覺等領域， 并為這些領域提供理論與技術支撐， 在計算機類專業的知識結構中起著關鍵作用。
２００４ 年和２０１０ 年， 我們分別編撰出版了本書的第１ 版和第２ 版， 經過這些年的課程教學實踐， 并同時參考國內外一些專著， 我們對第２ 版又進行了必要的改動和補充， 形成了目前的新版本， 力圖全面、準確地介紹計算機圖形學的原理、算法及實現。本書在內容上， 介紹了計算機圖形學的核心概念、理論與方法； 在組織結構上， 采用了自底向上和自頂向下相結合和系統化的方法闡述計算機圖形學的理論。本書系統地講解了基本圖形的掃描轉換、二維變換和裁剪、三維變換和投影、自由曲線和曲面、分形幾何、消隱和真實感圖形繪制，使讀者在較短的時間內了解計算機圖形學， 學習和掌握基礎理論， 培養工程實踐的應用能力。
郭曉新、徐長青、楊瀛濤共同完成了本書的編撰工作。李群、孫超、李瑋等研究生參與了本書的部分資料整理工作， 在此對他們的辛苦付出表示衷心感謝。
受水平和能力所限， 書中不足之處在所難免， 衷心希望讀者、專家不吝賜教， 給予批評與指正。
編 者于吉林大學目
前 言
第一章 計算機圖形學簡介 １
第一節 計算機圖形學 １
第二節 計算機圖形學的起源與
發展 ２
第三節 計算機圖形學的研究內容及
應用 ３
第四節 圖形系統的硬件 ４
一、顯示處理器 ５
二、圖形顯示器 ５
第五節 計算機圖形編程接口 ６
一、ＯｐｅｎＧＬ ６
二、ＤｉｒｅｃｔＸ ７
三、Ｏｐｅｎ Ｉｎｖｅｎｔｏｒ ７
習題 ８
第二章 圖形基元的顯示 ９
第一節 直線掃描轉換算法 ９
一、ＤＤＡ 直線掃描轉換算法 ９
二、中點畫線法 １１
三、Ｂｒｅｓｅｎｈａｍ 畫線算法 １３
第二節 圓的掃描轉換算法 １５
一、中點畫圓法 １６
二、Ｂｒｅｓｅｎｈａｍ 畫圓算法 １９
第三節 橢圓掃描轉換算法 ２１
第四節 區域填充 ２５
一、種子填充算法 ２５
二、掃描線填充算法 ２８
三、多邊形的掃描轉換算法 ３１
四、邊填充算法 ３５
五、圖案填充 ３８
習題 ３９
第三章 圖形變換 ４１
第一節 齊次坐標 ４２
第二節 二維圖形變換 ４２
第三節 二維視見變換 ４７
第四節 三維圖形變換 ４９
一、平移變換 ４９
二、比例變換 ５０
三、旋轉變換 ５１
第五節 投影變換 ５４
一、平行投影 ５５
二、透視投影 ５７
第六節 裁剪 ６２
一、直線段裁剪算法 ６２
二、其他圖形的裁剪 ６８
三、三維圖形的裁剪 ７８
習題 ８２
第四章 曲線和曲面 ８５
第一節 曲線和曲面表示的基礎
知識 ８５
一、曲線和曲面參數表示 ８５
二、基本概念 ８６
第二節 Ｈｅｒｍｉｔｅ 多項式 ８８
一、Ｌａｇｒａｎｇｅ 插值 ８９
二、三次Ｈｅｒｍｉｔｅ 插值 ９０
三、規范化三次Ｈｅｒｍｉｔｅ 插值 ９１
四、分段三次Ｈｅｒｍｉｔｅ 插值 ９２
第三節 Ｂéｚｉｅｒ 曲線 ９５
一、Ｂéｚｉｅｒ 曲線的定義 ９５
二、Ｂéｚｉｅｒ 曲線的性質 ９７
三、Ｂéｚｉｅｒ 曲線的拼接 ９８
四、Ｂéｚｉｅｒ 曲線的繪制 ９９
五、Ｂéｚｉｅｒ 曲線的升階 １０６
六、有理Ｂéｚｉｅｒ 曲線 １０７
第四節 Ｂéｚｉｅｒ 曲面 １０８
一、Ｂéｚｉｅｒ 曲面的定義 １０８
二、Ｂéｚｉｅｒ 曲面的性質 １０９
三、Ｂéｚｉｅｒ 曲面示例 １０９
四、Ｂéｚｉｅｒ 曲面的拼接 １１２
第五節 Ｂ 樣條曲線 １１３
一、Ｂ 樣條曲線的定義 １１４
二、Ｂ 樣條曲線的性質 １１７
三、均勻Ｂ 樣條曲線 １１８
四、準均勻Ｂ 樣條曲線 １２３
五、Ｂ 樣條曲線的繪制 １２７
六、非均勻有理Ｂ 樣條曲線 １３０
第六節 Ｂ 樣條曲面 １３４
習題 １３７
第五章 圖形運算 １４０
第一節 線段的交點計算 １４０
一、兩條線段求交 １４０
二、多條線段求交 １４１
第二節 多邊形表面的交線計算 １４４
第三節 平面中的凸殼算法 １４７
第四節 包含與重疊 １４９
一、簡單多邊形的包含算法 １４９
二、凸多邊形的包含算法 １５０
三、凸多邊形重疊計算 １５２
第五節 簡單多邊形的三角剖分 １５５
習題 １６０
第六章 形體的表示及其數據結構 １６２
第一節 二維形體的表示 １６２
一、二維圖形的邊界表示 １６２
二、平面圖形的四叉樹表示
方法 １６５
第二節 三維幾何模型 １６８
一、幾何元素 １６８
二、線框、表面及實體表示 １６９
三、三維形體表示方法 １７１
四、八叉樹 １７３
第三節 分形 １７７
一、分形的概念 １７７
二、分形一般算法 １８０
三、Ｖｏｎ Ｋｏｃｈ 算法 １８１
四、Ｊｕｌｉａ 和Ｍａｎｄｅｌｂｏｒｔ 集 １８４
第四節 粒子系統 １８６
習題 １８７
第七章 消隱算法 １９０
第一節 線面比較法消除隱藏線 １９０
一、凸多面體的可見性 １９０
二、非凸多面和多個形體的
可見性 １９１
第二節 浮動水平線算法 １９４
第三節 深度排序算法 １９７
第四節 ｚ.緩沖算法 １９９
第五節 掃描線算法 ２００
一、掃描線算法的數據結構 ２００
二、掃描線算法的實施步驟 ２０２
第六節 區域分割算法 ２０４
一、多邊形和區域的關系 ２０４
二、區域分割方法 ２０６
第七節 ＢＳＰ 樹算法 ２０７
一、構造ＢＳＰ 樹 ２０７
二、ＢＳＰ 樹遍歷 ２０７
第八節 光線投射算法 ２０８
習題 ２０９
第八章 真實感圖形的繪制 ２１１
第一節 漫反射及具體光源的
照明 ２１１
一、環境光 ２１１
二、漫反射 ２１２
三、鏡面反射與Ｐｈｏｎｇ 模型 ２１２
四、光的衰減 ２１３
第二節 多邊形網的明暗處理
新書資訊