本书是计算机图形学入门教程，以VC 与OpenGL为工具讲解计算机图形学以及动画制作的基本方法和原理。 第1章使用VC 绘图相关类和函数实现一些有趣的实例，直观地展示一些简单的计算机图形绘制与动画制作方法；第2章讲解二维直线段与曲线绘制方法以及区域填充的基本内容；第3章讲解三维图形投影、消隐等内容；第4章通过一些典型实例介绍OpenGL；第5～6章讲解样条曲面、几何造型与光照模型；第7～9章给出了基于OpenGL的图像飘动、地球旋转、爆炸效果、飞机动画等建模与动画实例。 本书适用于计算机科学与技术、软件工程、信息与计算科学、数字媒体技术、机械与建筑设计等专业的计算机图形学课程教材，也可供对计算机图形动画制作感兴趣的研究生及程序设计人员参考。
计算机图形学入门教程，以VC 与OpenGL为工具讲解计算机图形学以及动画制作的基本方法和原理
计算机图形学的研究内容庞杂而繁多，凡是与计算机绘图相关的内容都是图形学研究的对象。讲解哪些内容，实难取舍。第3版的主导思想没有变，即讲述图形学基本原理，包括直线绘制算法、区域填充算法、三维数据的二维投影、隐藏面检测方法、光照模型等；讲解语言（VC ）、结构以及算法在图形学中的应用；讲解OpenGL是如何进行图形绘制以及动画制作的，让OpenGL的使用与对算法的理解相互促进。
各种计算机课程，应该有机地联系在一起。语言软件的学习与使用既是其他课程的基础，也是一个阶段性的目标，所以在本书中，仍然坚持强化语言的使用。
本书第2版出版3年来，收到一些教师与读者的指正与建议，笔者也在这几年的使用过程中进行了总结、分析与思考。修正了个别错误，修改了一些细节，小范围内调整了部分讲授顺序。增加了大量的习题，目的是通过完成习题提高学习效率。
因为各校的学时不同，所以应选择相应的内容进行讲解。第1章是一些基本的（基于VC 的）绘图知识，不过，第1章并不是后面章节的基础，建议讲解6～8学时；第2章中有一些图形学二维算法，例如直线与圆的绘制、区域填充等，建议讲解与上机练习8～10学时；第3章讲解投影、消隐等算法，图形学一些重要的三维算法安排在这一章里，以理解为目的，建议讲授12～16学时；第5章样条曲面与第6章几何造型、光照模型也是经典的图形学内容，可以讲解16～20学时；第7～9章是动画制作实例，如果想提高这方面的能力，可以重点讲解，讲解和上机练习20～24学时。
在目前的出版物中，图形学习题不多，所以在附录中将作者本校近几年的图形学期末试题附上，供读者参考借鉴。
后感谢清华大学出版社对本书的出版给予大力的帮助。
期待大家喜欢这本书，也期待得到大家的批评与建议。
作者2021年4月
于万波，男，年龄54，大连大学副教授，硕士毕业于吉林大学，博士毕业于大连理工大学。任教于计算机科学与技术专业，喜欢教学与科研工作。
第1章VC 绘图程序设计/1
1.1使用CDC类函数绘制图形1
1.1.1使用单文档程序绘图1
1.1.2绘制具有真实感的三维图形7
1.1.3交互绘图程序设计10
1.1.4绘制矩形16
1.1.5在指定位置输出文本17
1.2画笔与画刷19
1.2.1画笔类及其函数19
1.2.2画刷类20
1.3位图图像操作21
1.3.1提取位图上一点的颜色值21
1.3.2获取图像区域的颜色值24
1.4绘图与动画程序实例25
1.4.1小圆的弹性运动25
1.4.2抛物运动27
1.4.3小圆沿着螺旋线上升30
1.4.4逐帧动画制作32
1.4.5使用Timer事件函数绘制图形33
1.4.6移动鼠标进行书写35
1.5Win32应用程序中绘图与动画制作36
1.5.1用多种填充形式制作动画36
1.5.2使用颜色渐变制作动画37
习题38
第2章二维图形绘制与填充/46
2.1直线绘制算法46
2.1.1使用直线方程计算函数值绘制直线段46
2.1.2DDA微分绘制方法47
2.1.3Bresenham算法48
2.2基于方程的曲线描点绘制50
2.2.1使用方程绘制一般二次曲线51
2.2.2使用方程绘制二次有理贝塞尔曲线52
2.2.3一般平面曲线的绘制53
2.2.4抛物线的平移与旋转56
2.3圆的绘制算法研究57
2.4二次贝塞尔曲线绘制59
2.4.1使用参数方程绘制二次贝塞尔曲线60
2.4.2二次贝塞尔曲线快速绘制算法61
2.5拟合曲线62
2.5.1小二乘法拟合62
2.5.2贝塞尔曲线64
2.5.3B样条曲线68
2.6插值曲线70
2.6.1简单的逐段多项式插值方法70
2.6.2Hermite曲线71
2.6.3样条曲线72
2.7基于代数方程的基本规则图形填充73
2.7.1矩形与三角形填充73
2.7.2椭圆填充76
2.7.3抛物线围成的封闭区域填充76
2.8多边形填充77
2.8.1多边形填充的复杂性分析77
2.8.2扫描线填充78
2.8.3种子填充84
2.9二维分形图绘制85
2.9.1绘制树86
2.9.2绘制分形山87
习题89
计算机图形学（VC 实现）（第3版）目录第3章三维数据的二维投影/97
3.1三维数据投影97
3.1.1三维数据与二维显示97
3.1.2绘制空间直角坐标系98
3.2三维螺旋线的平行投影100
3.2.1参数方程及三维空间点的二维绘制100
3.2.2不同角度的三维螺旋线投影101
3.3三维数据的透视投影103
3.3.1平行投影与透视投影103
3.3.2观察坐标系下的一点透视投影104
3.4裁剪106
3.4.1二维图形裁剪106
3.4.2三维图形裁剪106
3.5视点变化下的多面体绘制107
3.5.1线框正方体投影绘制108
3.5.2视点变化下的线框正方体绘制109
3.6隐藏面检测110
3.6.1隐藏线面110
3.6.2一个正方体的六个面110
3.6.3背面检测方法111
3.6.4多面体的隐藏面计算112
3.6.5其他检测方法113
习题114
第4章OpenGL/118
4.1VC Source File运行OpenGL程序118
4.1.1在VC 中加入glut118
4.1.2绘制点与线119
4.1.3绘制三角形与四边形121
4.2OpenGL函数解析（一）125
4.2.1颜色设置函数glClearColor()与glColor()125
4.2.2绘制函数glBegin()与glEnd()126
4.2.3窗口初始化函数glutInitWindowSize()等126
4.2.4OpenGL核心函数127
4.3OpenGL函数解析（二）128
4.3.1调用函数绘制形体128
4.3.2裁剪函数glOrtho()129
4.3.3形体函数glutSolidSphere()等130
4.3.4光照函数glLight()130
4.3.5OpenGL实用函数131
4.4一个运动的正方体132
4.4.1三维正方体绘制与函数gluLookAt()132
4.4.2旋转函数glRotatef()134
4.4.3使用鼠标控制旋转轴136
4.5具有颜色插值效果的多面体137
4.5.1多面体绘制137
4.5.2修改参数139
4.6OpenGL函数解析（三）139
4.6.1平移函数glTranslate()与缩放函数glScalef()139
4.6.2面法向设置函数glNormal3fv()140
4.6.3双缓存函数glutSwapBuffers()140
4.6.4透视投影函数glFrustum()140
4.6.5工具函数glut142
4.7OpenGL交互操作函数143
4.7.1鼠标操作143
4.7.2键盘操作144
4.7.3菜单制作145
4.8绘制实例147
4.8.1绘制五角星147
4.8.2运动的彩色正方体149
习题152
第5章样条曲面/163
5.1三维空间样条曲线163
5.1.1三维空间贝塞尔曲线163
5.1.2曲线的拼接164
5.1.3三维空间B样条曲线165
5.1.4三维空间分段插值曲线167
5.2贝塞尔曲面168
5.2.1贝塞尔曲面的定义168
5.2.2双一次贝塞尔曲面168
5.2.3双二次贝塞尔曲面170
5.2.4双三次贝塞尔曲面的16个控制点172
5.2.5曲面特性173
5.3B样条曲面绘制173
5.3.1B样条曲面定义173
5.3.2双二次B样条曲面174
5.4OpenGL曲线曲面绘制176
5.4.1曲线绘制176
5.4.2曲面绘制179
5.4.3绘制光滑曲面182
5.5OpenGL函数解析（四）184
5.5.1计算二维网格函数glEvalMesh()184
5.5.2二维求值函数glMap2f()184
习题185
第6章几何造型与光照模型/192
6.1几何造型基本单元的组织192
6.1.1线框模型192
6.1.2表面模型193
6.1.3实体模型194
6.2实体模型构造方法194
6.2.1边界表示法194
6.2.2分解表示法196
6.2.3扫描造型法197
6.3场景构造与模型的重用197
6.3.1场景构造198
6.3.2模型重用199
6.3.3布尔运算199
6.4三维数据模型: 地形图200
6.4.1绘制地形图程序200
6.4.2程序结构203
6.4.3读取数据文件204
6.4.4网格地形绘制204
6.4.5加入灯光效果206
6.5OpenGL中的光照效果207
6.5.1按右键移动光源207
6.5.2安装多个光源210
6.5.3多个光源下的多个球体212
6.6OpenGL光照函数213
6.6.1关于glLight()213
6.6.2多面体的光照效果214
6.7简单光照模型216
6.7.1镜面反射与视点位置216
6.7.2漫反射与环境光218
6.7.3Phong光照模型219
6.8明暗插值与阴影生成220
6.8.1明暗插值方法220
6.8.2阴影生成221
6.8.3透明性222
6.8.4整体光照模型223
习题223
第7章纹理映射: 飘动的图像与旋转的地球/228
7.1使用Win32应用程序运行OpenGL程序228
7.1.1关于Win32应用程序228
7.1.2一个飘动的图像230
7.1.3修改程序制作更多的飘动效果239
7.2构建OpenGL程序运行框架242
7.2.1函数CreateGLWindow()243
7.2.2函数KillGLWindow()243
7.2.3函数LRESULT CALLBACK WndProc()244
7.2.4函数int WINAPI WinMain()244
7.2.5OpenGL的glaux()辅助函数245
7.3网格制作与图像映射246
7.3.1顶点生成246
7.3.2网格制作246
7.3.3运动的网格247
7.3.4图像定义为纹理247
7.3.5图像映射到网格248
7.4OpenGL函数解析（五）248
7.4.1OpenGL纹理映射248
7.4.2OpenGL纹理定义函数glTexImage()249
7.4.3OpenGL纹理控制函数glTexParameter()250
7.4.4纹理与多边形颜色的融合250
7.4.5OpenGL纹理坐标生成函数gltexCoord()251
7.4.6OpenGL纹理映射函数应用实例252
7.5旋转的地球254
7.5.1程序实现254
7.5.2去掉图像的白边257
7.5.3球的上下左右移动258
习题259
第8章不规则图形: 粒子系统与迭代吸引子/262
8.1使用粒子系统制作爆炸效果262
8.1.1粒子系统262
8.1.2爆炸效果的程序实现262
8.1.3程序解析267
8.1.4修改程序实现更多效果270
8.1.5使用VC 制作爆炸效果272
8.1.6使用3ds Max制作下雪动画274
8.2基于图像的图形绘制275
8.2.1图像动画制作275
8.2.2基于图像的三维图形建模276
8.3OpenGL图像操作277
8.3.1二值图形绘制277
8.3.2读写像素279
8.3.3像素复制283
8.4OpenGL函数解析（六）284
8.4.1OpenGL函数glDrawBuffery()与glReadBuffer()284
8.4.2OpenGL函数glutBitmapCharacter()286
8.4.3OpenGL图像操作函数287
8.5迭代吸引子图形绘制288
8.5.1正弦函数与二元二次随机多项式函数迭代288
8.5.2调整正弦函数观察迭代结果289
8.5.3离散余弦变换基函数作为辅助函数290
习题292
第9章飞机动画制作与改进/297
9.1使用单文档运行OpenGL程序297
9.1.1单文档OpenGL程序297
9.1.2星空闪烁动画301
9.1.3将项目框架加入VC 选项303
9.2飞机模型304
9.2.1运行飞机动画游戏程序305
9.2.2飞机数据模型分析306
9.2.3OpenGL材质函数glMaterialfv()313
9.3动画制作316
9.3.1飞机的飞行316
9.3.2发射子弹317
9.3.3键盘的使用318
9.3.4关于动画319
习题320
附录A期末试题/322
A.1期末考试试卷（一）322
A.2期末考试试卷（二）329
A.3期末考试试卷（三）334
A.4期末考试试卷（四）337
A.5期末考试试卷（五）339
参考文献/343
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