计算机图形学和数字化快速成型技术相结合,实现了计算机建模、CAD数据直接制造模型或零件,更加快速而精密地制造出任意复杂的模型和零件。本书讲解了计算机图形学和数字化快速成型技术的基本原理和方法,着重介绍了OpenGL编程、算法、曲线曲面、仿射变换,衔接计算机图形学和数字化快速成型的关键技术——数字化快速成型的前处理,以及三维数字化快速成型技术和实践案例。
本书可供高等学校机械制造、计算机图形学、数字化制造、材料成型、汽车等相关专业的师生和企事业单位从事相关技术的专业人员使用。
张秀芬，内蒙古工业大学机械工程学院，副教授，2011年3月毕业于浙江大学机械设计及理论专业，获工学博士学位。现在内蒙古工业大学从事教学科研工作，主要研究方向为计算机辅助设计、产品绿色设计等。以首作者发表学术论文20余篇，其中SCI收录3篇，EI收录8篇。获实用新型专利1项，计算机软件著作权2项，主持和参与多项自然科学基金项目。
教学方面，培养硕士研究生3名，自2011年以来开设并主讲1门硕士研究生专业选修课程《产品绿色设计》，旨在培养学生绿色环保意识和了解绿色设计相关方法和技术。绿色设计是一种先进的设计理念，为了支持绿色设计，需要进行产品结构、材料、布局等方面的改变，绿色设计涉及面广，过程复杂，而且新方法、新理论、新技术层出不穷。
第1章 绪论 / 1
1.1 计算机图形学概述 / 1
1.1.1 基本概念 / 1
1.1.2 计算机图形学的发展简史 / 2
1.1.3 计算机图形学的基本研究内容 / 3
1.1.4 计算机图形系统的功能 / 4
1.1.5 计算机图形系统的组成 / 9
1.2 数字化快速成型技术概述 / 11
1.2.1 基本概念及特点 / 11
1.2.2 三维数字化快速成型的发展 / 14
1.2.3 三维数字化快速成型基本研究内容 / 17
1.3 三维数字化快速成型与计算机图形学的关系 / 19
本章习题 / 19
第2章 OpenGL编程基础 / 20
2.1 OpenGL工作流程 / 20
2.2 OpenGL函数库 / 22
2.3 OpenGL的功能 / 23
2.4 配置绘图环境 / 26
2.4.1 VS环境配置 / 26
2.4.2 基于MFC的编程环境配置 / 27
本章习题 / 32
第3章 基本图形光栅化算法 / 33
3.1 直线的光栅化 / 34
3.1.1 数值微分法 / 34
3.1.2 Bresenham画线算法 / 35
3.2 圆的光栅化 / 38
3.2.1 中点画圆算法 / 39
3.2.2 Bresenham画圆算法 / 41
3.3 多边形的填充 / 44
3.3.1 扫描线填充算法 / 45
3.3.2 边缘填充算法 / 53
3.3.3 区域填充算法 / 54
3.4 反走样 / 56
3.4.1 提高显示器分辨率 / 56
3.4.2 超采样 / 57
3.4.3 区域采样 / 58
3.5 上机实践 / 59
3.5.1 个性化名字案例 / 60
3.5.2 京东狗图案的设计 / 62
3.5.3 人脸图案的设计 / 67
3.5.4 猫头图案设计 / 70
3.5.5 五星红旗设计 / 74
本章习题 / 76
第4章 自由曲线曲面 / 78
4.1 曲线和曲面表示的基础知识 / 78
4.1.1 基本概念 / 78
4.1.2 曲线和曲面的表示方式 / 79
4.1.3 参数曲线的参数 / 80
4.1.4 参数连续性和几何连续性 / 81
4.1.5 参数曲线的代数和几何形式 / 82
4.1.6 参数曲面的参数 / 83
4.2 Bezier参数曲线曲面 / 84
4.2.1 Bezier曲线的背景和基本定义 / 84
4.2.2 Bezier曲线的性质 / 85
4.2.3 Bezier曲线的生成 / 86
4.2.4 Bezier参数曲面 / 87
4.3 B样条曲线曲面 / 88
4.3.1 B样条曲线 / 88
4.3.2 B样条曲面 / 89
4.4 多边形网格曲面 / 90
4.4.1 多边形网格的定义 / 90
4.4.2 多边形网格的性质 / 91
4.4.3 网格简化 / 91
4.5 细分曲面 / 93
4.5.1 细分曲面的概念 / 93
4.5.2 细分曲面的关键技术 / 93
4.5.3 细分曲面的应用 / 95
本章习题 / 98
第5章 仿射变换 / 99
5.1 三维图形的显示流程 / 100
5.1.1 基本原理 / 100
5.1.2 OpenGL的视景转换 / 102
5.2 窗口到视口的变换 / 104
5.2.1 基本原理 / 104
5.2.2 OpenGL中的视口变换 / 106
5.3 物体的二维仿射变换 / 109
5.3.1 点的变换 / 110
5.3.2 二维图形的仿射变换 / 112
5.3.3 仿射变换的逆变换 / 114
5.3.4 仿射变换的复合变换 / 115
5.4 三维仿射变换 / 117
5.4.1 基本三维变换 / 118
5.4.2 三维复合仿射变换 / 120
本章习题 / 121
第6章 产品数字化造型基础 / 123
6.1 基本定义 / 123
6.2 三维物体的存储模型 / 124
6.2.1 线框模型 / 124
6.2.2 表面模型 / 125
6.2.3 实体模型 / 126
6.3 三维实体的表示方法 / 126
6.3.1 构造实体几何表示法 / 127
6.3.2 边界表示法 / 129
6.3.3 分解表示法 / 134
6.3.4 扫描表示法 / 136
6.3.5 特征造型 / 136
本章习题 / 138
第7章 数字化快速成型的前处理 / 139
7.1 数字化快速成型概述 / 139
7.2 三维数字化正向建模 / 140
7.2.1 三维数字化造型发展历程 / 140
7.2.2 参数化造型 / 143
7.2.3 变量化造型 / 147
7.2.4 两种造型技术的比较 / 149
7.2.5 其他造型方法 / 151
7.2.6 商业软件系统 / 151
7.3 三维数字化逆向建模 / 155
7.3.1 基本概念 / 155
7.3.2 数据采集 / 157
7.3.3 数据处理 / 158
7.3.4 曲面重构 / 161
7.3.5 坐标配准 / 162
7.3.6 误差分析 / 162
7.4 三维模型的近似处理 / 163
7.4.1 STL文件格式 / 163
7.4.2 STL文件的转换 / 165
7.4.3 模型的检验与修补 / 165
本章习题 / 167
第8章 三维数字化快速成型技术与实践 / 168
8.1 概述 / 168
8.2 熔融沉积成型技术 / 169
8.2.1 FDM成型原理与系统组成 / 169
8.2.2 FDM成型过程 / 171
8.2.3 FDM的技术难点 / 172
8.3 立体光刻 / 172
8.3.1 SLA成型原理 / 172
8.3.2 SLA成型过程 / 174
8.3.3 SLA技术难点 / 175
8.4 选择性激光烧结技术 / 175
8.4.1 SLS成型原理 / 176
8.4.2 SLS的成型过程 / 177
8.4.3 SLS的技术难点 / 178
8.5 分层实体制造 / 178
8.5.1 LOM成型原理与系统组成 / 179
8.5.2 LOM成型过程 / 180
8.5.3 LOM的技术难点 / 180
8.6 三维印刷技术 / 181
8.6.1 3DP成型原理 / 181
8.6.2 3DP成型过程 / 182
8.6.3 3DP的技术难点 / 183
8.7 直接金属激光烧结 / 183
8.7.1 DMLS成型原理 / 184
8.7.2 DMLS成型过程 / 187
8.7.3 DMLS的技术难点 / 187
8.8 桌面三维打印机组装实践 / 188
8.8.1 机械部件及机体框架的安装 / 189
8.8.2 步进电动机和电子系统 / 193
8.8.3 软件安装与调试 / 196
8.9 三维打印实践 / 200
8.9.1 打印机调整 / 200
8.9.2 打印步骤 / 200
本章习题 / 203
附录 OpenGL常用函数一览表 / 204
参考文献 / 208
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