Introduction to Computer Graphics
暫譯: 計算機圖形學導論

James D. Foley, Andries van Dam, Steven K. Feiner, John F. Hughes, Richard L. Phillips

Introduction to Computer Graphics
  • 出版商: Addison Wesley
  • 出版日期: 1993-09-10
  • 售價: $784
  • 語言: 英文
  • 頁數: 632
  • 裝訂: Hardcover
  • ISBN: 0201609215
  • ISBN-13: 9780201609219
  • 相關分類: Computer Graphics

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商品描述


Description

This adaptation of the definitive book in the field (Computer Graphics, Second Edition by Foley, et al.,) provides a more concise, less expensive introduction to computer graphics. While retaining the currency and accuracy of the larger work, coverage has been trimmed to the essential topics. Explanations of key concepts have been expanded and further illustrated, assuming less background on the part of the reader. This brief version uses C as the programming language for all worked examples. An Introduction to Computer Graphics does not replace the highly regarded Second Edition of Foley, et al., but simply offers professionals the option of a briefer, less expensive version.

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Table Of Contents

(All chapters, except Chapters 5 and 6 contain a Summary, and all chapters conclude with Exercises.)
1. Introducing: Computer Graphics.

A Few Uses of Computer Graphics.
A Brief History of Computer Graphics.
Output Technology.
Input Technology.
Software Portability.
The Advantages of Interactive Graphics.
Conceptual Framework for Interactive Graphics.
Application Modeling.
Display of the Model.
Interaction Handling.

2. Programming in the Simple Raster Graphics Package (SRGP).
Drawing with SRGP.
Specification of Graphics Primitives.
Attributes.
Filled Primitives and Their Attributes.
Saving and Restoring Attributes.
Text.
Basic Interaction Handling.
Human Factors.
Logical Input Devices.
Sampling Versus Event-Driven Processing.
Sample Mode.
Event Mode.
Pick Correlation for Interaction Handling.
Setting Device Measure and Attributes.
Raster Graphics Features.
Canvases.
Clipping Rectangles.
The SRGP_copyPixel Operation.
Write Mode or RasterOp.
Limitation of SRGP.
Application Coordinate Systems.
Storage of Primitives for Respecification.

3. Basic Raster Graphics Algorithms for Drawing 2D Primitives.
Overview.
Implications of Display-System Architectures.
The Output Pipeline in Software.
Scan Converting Lines.
The Basic Incremental Algorithm.
Midpoint Line Algorithm.
Additional Issues.
Scan Converting Circles.
Eight-Way Symmetry.
Midpoint Circle Algorithm.
Filling Rectangles.
Filling Polygons.
Horizontal Edges.
Slivers.
Edge Coherence and the Scan-Line Algorithm.
Pattern Filling Using Scan Conversion.
Pattern Filling Without Repeated Scan Conversion.
Thick Primitives.
Replicating Pixels.
The Moving Pen.
Clipping in a Raster World.
Clipping Lines.
Clipping Endpoints.
Clipping Lines by Solving Simultaneous Equations.
The Cohen-Sutherland Line-Clipping Algorithm.
A Parametric Line-Clipping Algorithm.
Clipping Circles.
Clipping Circles.
The Sutherland-Hodgman Polygon-Clipping Algorithm.
Generating Characters.
Defining and Clipping Characters.
Implementing a Text Output Primitive.
SRGP_copyPixel.
Antialiasing.
Increasing Resolution.
Unweighted Area Sampling.
Weighted Area Sampling.
Advanced Topics.

4. Graphics Hardware.
Hardcopy Technologies.
Display Technologies.
Raster-scan Display Systems.
Simple Raster Display System.
Raster Display System with Peripheral Display Processor.
Additional Display-Processor Functionality.
Raster Display System with Integrated Display Processor.
The Video Controller.
Bitmap Transformations and Windowing.
Video Mixing.
Input Devices for Operator Interaction.
Locator Devices.
Keyboard Devices.
Valuator Devices.
Choice Devices.
Image Scanners.

5. Geometrical Transformations.
Mathematical Preliminaries.
Vector Spaces.
The Dot Product in R.
Properties of the Dot Product.
Orthonormal Bases.
Matrices.
Matrix Multiplication.
Determinants.
Matrix Transpose.
Matrix Inverse.
Exploring Further.
2D Transformation.
Homogeneous Coordinates and Matrix Representation of 2D Transformations.
Composition of 2D Transformations.
The Window-to-Viewport Transformation.
Efficiency.
Matrix Representation of 3D Transformations.
Composition of 3D Transformations.
Transformations as a Change in Coordinate System.

6. Viewing in 3D.
The Synthetic Camera and Steps.
Projections.
Perspective Projections.
Parallel Projections.
Specifying an Arbitrary 3D View.
Examples of 3D Viewing.
Perspective Projections.
Parallel Projections.
Finite View Volumes.
The Mathematics of Planar Geometric Projections.
Implementing Planar Geometric Projections.
Parallel Projection.
Perspective Projection.
Clipping Against a Canonical View Volume in 3D.
Clipping in Homogeneous Coordinates.
Mapping into a Viewpoint.
Implementation Summary.
Coordinate Systems

7. Object Hierarchy and Simple PHIGS (SPHIGS).
Geometric Modeling.
Geometric Models.
Hierarchy in Geometric Models.
Relationship among Model, Application Program, and Graphics System.
Characteristics of Retained-Mode Graphics Packages.
Central Structure Storage and Its Advantages.
Limitations of Retained-Mode Packages.
Defining and Displaying.
Opening and Closing Structures.
Specifying Output Primitives and Their Attributes.
Posting Structures for Display Traversal.
Viewing.
Graphics Applications Sharing a Screen via Window Management.
Modeling Transformations.
Hierarchical Structure Networks.
Two-Level Hierarchy.
Simple Three-Level Hierarchy.
Bottom-Up Construction.
Interactive Modeling Programs.
Matrix Composition in Display Traversal.
Appearance-Attributes Handling in Hierarchy.
Inheritance Rules.
SPHIGS Attributes and Text Unaffected by Transformations.
Screen Updating and Rendering Modes.
Structure Network Editing for Dynamic Effects.
Accessing Elements with Indices and Labels.
Intrastructure Editing Operations.
Instance Blocks for Editing Convenience.
Controlling Automatic Regeneration of the Screen Imaging.
Interaction.
Locator.
Pick Correlation.
Advanced Issues.
Additional Output Features.
Implementation Issues.
Optimizing Display of Hierarchical Models.
Limitations of Hierarchical Modeling in PHIGS.
Alternative Forms of Hierarchical Modeling.
Other (Industry) Standards.

8. Input Devices, Interaction Techniques, and Interaction Tasks.
Interaction Hardware.
Locator Devices.
Keyboard Devices.
Valuator Devices.
Choice Devices.
Other Devices.
3D Interaction Devices.
Basic Interaction Tasks.
The Position Interaction Task.
The Select Interaction Task-Variable-Sized Set of Choices.
The Select Interaction Task-Relativity Fixed-Sized Choice.
The Text Interaction Task.
The Quantify Interaction Task.
3D Interaction Tasks.
Composite Interaction Tasks.
Dialogue Boxes.
Construction Techniques.
Dynamic Manipulation.
Interaction-Technique Toolkits.

9. Representation of Curves and Surfaces.
Polygon Meshes.
Representing Polygon Meshes.
Plane Equations.
Parametric Cubic Curves.
Basic Characteristics.
Hermite Curves.
Bezier Curves.
Uniforum Nonrational B-Splines.
Nonuniforum, Rational Cubic Polynomial Curve Segments.
Nonuniforum, Rational Cubic Polynomial Curve Segments.
Fitting Curves to Digitized Points.
Comparison of the Cubic Curves.
Parametric Bicubic Surfaces.
Hermite Surfaces.
Bezier Surfaces.
B-Spline Surfaces.
Normals to Surfaces.
Displaying Bicubic Surfaces.
Quaddric Surfaces.
Specialized Modeling Techniques.
Fractal Models.
Grammar-Based Models.

10. Solid Modeling.
Representing Solids.
Regularized Boolean Set Operation.
Primitive Instancing.
Sweep Representations.
Boundary Representations.
Polyhedra and Euler's Formula.
Boolean Set Operations.
Spatial-Partioning Representations.
Cell Decomposition.
Spatial-Occupancy Enumeration.
Octrees Binary Space-Partitioning Tress.
Constructive Solid Geometry.
Comparison of Representations.
User Interface for Solid Modeling.

11. Achromatic and Colored Light.
Acromatic Light.
Selection of Intesities.
Halftone Approximation.
Chromatic Color.
Psychophysics.
The CIE Chromaticity Diagram.
Color Models for Raster Graphics.
The RGB Color Model.
The CMY Color Model.
The YIG Color Model.
The HSV Color Model.
Interactive Specification of Color.
Interpolation in Color Space.
Use of Color in Computer Graphics.

12. The Quest for Visual Realism.
Why Realism?
Fundamental Difficulties.
Rendering Techniques for Line Drawings.
Multiple Orthographic Views.
Perspective Projections.
Depth Cueing.
Depth Clipping.
Texture.
Color.
Visible-Line Determination.
Rendering Techniques for Shaded Images.
Visible-Surface Determination.
Illumination and Shading.
Interpolated Shading.
Material Properties.
Modeling Curved Surfaces.
Improved Illumination and Shading.
Texture.
Shadows.
Transparency and Reflection.
Improved Camera Models.
Improved Object Models.
Dynamics and Animation.
The Value of Motion.
Animation.
Stereopsis.
Improved Displays.
Interacting With Our Other Senses.

13. Visible-Surface Determination.
Techniques for Efficient Visible-Surface Algorithms.
Coherence.
The Perspective Transformation.
Extents and Bounding Volumes.
Back-Face Culling.
Spatial Partitioning.
Hierarchy.
The z-Buffer Algorithm.
Scan-Line Algorithms.
Visible-Surface Ray Tracing.
Computing Intersections.
Efficiency Considerations for Visible-Surface Ray Tracing.
Other Approaches.
List Priority Algorithms.
Area-Subdivision Algorithms.
Algorithms for Curved Surfaces.

14. Illumination and Shading.
Illumination Models.
Ambient Light.
Diffuse Reflection.
Atmospheric Attenuation.
Specular Reflection.
Improving the Point-Light-Source Model.
Multiple Light Sources.
Physically Based Illumination Models.
Shading Models for Polygons.
Constant Shading.
Interpolated Shading.
Polygon Mesh Shading.
Gouraud Shading.
Phong Shading.
Problems with Interpolated Shading.
Surface Detail.
Surface-Detail Polygons.
Texture Mapping.
Bump Mapping.
Other Approaches.
Shadows.
Scan-Line Generation of Shadows.
Shadow Volumes.
Transparency.
Nonrefractive Transparency.
Refractive Transparency.
Global Illumination Algorithms.
Recursive Ray Tracing.
Recursive Ray Tracing.
Radiosity Methods.
The Radiosity Equation.
Computing Form Factors.
Progressive Refinement.
The Rendering Pipeline.
Local Illumination Pipelines.
Global Illumination Pipelines.
Progressive Refinement.

Bibliography.
Index. 0201609215T04062001


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商品描述(中文翻譯)


描述


本書是該領域的權威著作的改編版（計算機圖形學，第二版，Foley 等人著），提供了一個更簡潔、成本更低的計算機圖形學入門。雖然保留了原著的時效性和準確性，但內容已縮減至基本主題。關鍵概念的解釋已擴展並進一步說明，假設讀者的背景知識較少。本簡版使用 C 作為所有示例的程式語言。計算機圖形學入門 並不取代 Foley 等人備受推崇的第二版，而是為專業人士提供了一個更簡短、成本更低的選擇。

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目錄


(所有章節，除了第 5 章和第 6 章，均包含摘要，所有章節結尾都有練習。)
1. 介紹：計算機圖形學。

計算機圖形學的幾個應用。
計算機圖形學的簡史。
輸出技術。
輸入技術。
軟體可攜性。
互動圖形的優勢。
互動圖形的概念框架。
應用建模。
模型的顯示。
互動處理。


2. 在簡單光柵圖形包 (SRGP) 中編程。
使用 SRGP 繪圖。
圖形原語的規範。
屬性。
填充原語及其屬性。
儲存和恢復屬性。
文字。
基本互動處理。
人因工程。
邏輯輸入設備。
取樣與事件驅動處理。
範例模式。
事件模式。
互動處理的選擇關聯。
設定設備測量和屬性。
光柵圖形特徵。
畫布。
剪裁矩形。
SRGP_copyPixel 操作。
寫入模式或 RasterOp。
SRGP 的限制。
應用坐標系統。
原語的儲存以便重新規範。


3. 繪製 2D 原語的基本光柵圖形算法。
概述。
顯示系統架構的影響。
軟體中的輸出管道。
掃描轉換線條。
基本增量算法。
中點線算法。
其他問題。
掃描轉換圓形。
八向對稱。
中點圓算法。
填充矩形。
填充多邊形。
水平邊緣。
縫隙。
邊緣一致性與掃描線算法。
使用掃描轉換的圖案填充。
無需重複掃描轉換的圖案填充。
厚原語。
複製像素。
移動的筆。
在光柵世界中的剪裁。
剪裁線條。
剪裁端點。
通過解聯立方程剪裁線條。
Cohen-Sutherland 線剪裁算法。
一個參數化的線剪裁算法。
剪裁圓形。
剪裁圓形。
Sutherland-Hodgman 多邊形剪裁算法。
生成字符。
定義和剪裁字符。
實現文本輸出原語。
SRGP_copyPixel。
抗鋸齒。
提高解析度。
無權重區域取樣。
有權重區域取樣。
進階主題。


4. 圖形硬體。
硬拷貝技術。
顯示技術。
光柵掃描顯示系統。
簡單光柵顯示系統。
帶有外圍顯示處理器的光柵顯示系統。
額外的顯示處理器功能。
帶有集成顯示處理器的光柵顯示系統。
視頻控制器。
位圖變換和窗口化。
視頻混合。
用於操作員互動的輸入設備。
定位設備。
鍵盤設備。
評估設備。
選擇設備。
圖像掃描儀。


5. 幾何變換。
數學前提。
向量空間。
R 中的點積。
點積的性質。
正交基。
矩陣。
矩陣乘法。
行列式。
矩陣轉置。
矩陣逆。
進一步探索。
2D 變換。
體系坐標和 2D 變換的矩陣表示。
2D 變換的組合。
窗口到視口的變換。
效率。
3D 變換的矩陣表示。
3D 變換的組合。
變換作為坐標系的變化。


6. 3D 觀看。
合成相機和步驟。
投影。
透視投影。
平行投影。
指定任意 3D 視圖。
3D 觀看的示例。
透視投影。
平行投影。
有限視體。
平面幾何投影的數學。
實現平面幾何投影。
平行投影。
透視投影。
在 3D 中對標準視體進行剪裁。
在齊次坐標中剪裁。
映射到視點。
實現摘要。
坐標系


7. 物件層次結構和簡單 PHIGS (SPHIGS)。
幾何建模。
幾何模型。
幾何模型中的層次結構。
模型、應用程式和圖形系統之間的關係。
保留模式圖形包的特徵。
中央結構儲存及其優勢。
保留模式包的限制。
定義和顯示。
開啟和關閉結構。
指定輸出原語及其屬性。
發佈結構以供顯示遍歷。
觀看。
通過窗口管理共享螢幕的圖形應用。
建模變換。
層次結構網絡。
兩級層次結構。
簡單的三層層次結構。
自下而上的構建。
互動建模程式。
顯示遍歷中的矩陣組合。
層次結構中的外觀屬性處理。
繼承規則。
SPHIGS 屬性和文本不受變換影響。
螢幕更新和渲染模式。
動態效果的結構網絡編輯。
使用索引和標籤訪問元素。
結構內編輯操作。
方便編輯的實例區塊。
控制螢幕影像的自動再生。
互動。
定位器。
選擇關聯。
進階問題。
額外的輸出特徵。
實現問題。
優化層次模型的顯示。
PHIGS 中層次建模的限制。
層次建模的替代形式。
其他（行業）標準。


8. 輸入設備、互動技術和互動任務。
互動硬體。
定位設備。
鍵盤設備。
評估設備。
選擇設備。
其他設備。
3D 互動設備。
基本互動任務。
位置互動任務。
選擇互動任務 - 可變大小的選擇集。
選擇互動任務 - 相對固定大小的選擇。
文本互動任務。
量化互動任務。
3D 互動任務。
複合互動任務。
對話框。
構建技術。
動態操作。
互動技術工具包。


9. 曲線和表面的表示。
多邊形網格。
表示多邊形網格。
平面方程。
參數立方曲線。
基本特徵。
Hermite 曲線。
Bezier 曲線。
均勻非理性 B-樣條。
非均勻、有理立方多項式曲線段。
非均勻、有理立方多項式曲線段。
將曲線擬合到數位化點。
立方曲線的比較。
參數雙立方曲面。
Hermite 表面。
Bezier 表面。
B-樣條表面。
表面的法線。
顯示雙立方表面。
四次曲面。
專門建模技術。
分形模型。
基於文法的模型。


10. 實體建模。
表示實體。
規範化布林集合運算。
原始實例化。
掃描表示。
邊界表示。
多面體和歐拉公式。
布林集合運算。
空間劃分表示。
單元分解。
空間佔用計數。
八叉樹二元空間劃分樹。
建設性實體幾何。
表示的比較。
實體建模的用戶介面。


11. 無色光和有色光。
無色光。
強度的選擇。
半色調近似。
有色光。
心理物理學。
CIE 色度圖。
光柵圖形的顏色模型。
RGB 顏色模型。
CMY 顏色模型。
YIG 顏色模型。
HSV 顏色模型。
顏色的互動規範。
顏色空間中的插值。
在計算機圖形學中使用顏色。


12. 尋求視覺真實性。
為什麼要追求真實性？
基本困難。
線條繪製的渲染技術。
多個正交視圖。
透視投影。
深度提示。
深度剪裁。
紋理。
顏色。
可見線的確定。
陰影圖像的渲染技術。
可見表面的確定。
照明和陰影。
插值陰影。
材料特性。
建模曲面。
改進的照明和陰影。
紋理。
陰影。
透明和反射。
改進的相機模型。
改進的物件模型。
動態和動畫。
動作的價值。
動畫。
立體視覺。
改進的顯示。
與我們其他感官的互動。


13. 可見表面的確定。
高效可見表面算法的技術。
一致性。
透視變換。
範圍和邊界體積。
背面剔除。
空間劃分。
層次結構。
z-緩衝算法。
掃描線算法。
可見表面光線追蹤。
計算交點。
可見表面光線追蹤的效率考量。
其他方法。
列表優先算法。
區域劃分算法。
曲面算法。


14. 照明和陰影。
照明模型。
環境光。
漫反射。
大氣衰減。
鏡面反射。
改進點光源模型。
多個光源。
基於物理的照明模型。
多邊形的陰影模型。
常數

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