计算机图形技术与CAD

1"para" label-module="para">

1.1.1图形信息的计算机处理1

1.1.2图形系统的组成2

1.1.3计算机图形学的应用4

1.1.4计算机图形学的研究内容5

1.2计算机图形设计的基本方法5

1.2.1概述5

1.2.2图形显示器的直接程序设计6

1.2.3基于BIOS 的图形程序设计9

1.2.4设备驱动程序及虚拟图形设备12

1.2.5高级程序设计语言的图形设计及图形库12

1.2.6二维图形标准GKS14

习题20

常用图形输入设备

2.1键盘和鼠标21

2.1.1键盘21

2.1.2鼠标22

2.2扫描仪22

2.2.1扫描仪的用途和种类23

2.2.2扫描仪的工作原理24

2.2.3扫描仪的性能指标与接口方式25

2.2.4常用扫描仪的选购方法27

2.2.5扫描仪对计算机的要求28

2.3数码相机28

2.3.1工作原理28

2.3.2信息存储介质28

2.3.3图像质量29

2.3.4数码相机的取景器、输出方式和选购参数30

2.4数字化仪31

2.5其他输入设备32

2.5.1光笔32

2.5.2紫光笔32

习题33

常用图形输出设备

3.1显示器34

3.1.1CRT显示器的工作原理34

3.1.2显示器的接口标准及显示方式38

3.1.3字符和图形的显示过程56

3.1.4显示器的技术指标57

3.1.5常用的显示器与购买指南59

3.2显示卡60

3.2.1显示卡的作用与性能指标60

3.2.2显示卡的接口方式与速度60

3.2.3显示内存与分辨率和色彩数的关系61

3.2.4常见的显示卡及选购62

3.3打印机62

3.3.1针式打印机62

3.3.2激光打印机63

3.3.3喷墨打印机63

3.3.4多功能打印机64

3.4绘图机65

习题66

二维图形生成的常用算法

4.1数学基础——行列式及矩阵运算67

4.1.1行列式67

4.1.2线性变换与矩阵70

4.2点、直线的生成73

4.2.1点的生成算法73

4.2.2直线的生成算法78

4.3圆弧、椭圆弧与二次曲线89

4.3.1圆弧与椭圆弧89

4.3.2二次曲线的参数拟合98

4.4填充103

4.4.1种子填充算法103

4.4.2扫描线转换填充算法105

习题108

自由曲线与曲面

5.1抛物线参数样条曲线110

5.1.1抛物线参数样条曲线的数学表达式110

5.1.2曲线段的光滑连接112

5.1.3抛物线参数样条曲线的解题步骤112

5.1.4抛物线参数样条曲线的生成算法113

5.2三次参数样条曲线114

5.2.1分段三次参数向量方程114

5.2.2切矢连续方程115

5.2.3边界条件和切向量方程116

5.2.4三次参数样条曲线的解题步骤117

5.3Bezier曲线117

5.3.1Bezier曲线的数学表达式118

5.3.2Bezier曲线的性质120

5.3.3三次Bezier样条曲线121

5.4B样条曲线122

5.4.1B样条曲线的数学表达式122

5.4.2三次B样条曲线125

5.4.3三次B样条曲线的边界条件和反算拟合127

5.4.4三次B样条曲线的生成算法129

5"para" label-module="para">

5.5.1孔斯（Coons）曲面131

5.5.2Bezier曲面135

5.5.3B样条曲面138

5.5.4曲面片的连接138

习题139

图形变换

6.1图形的几何变换140

6.1.1二维基本几何变换140

6.1.2平移变换与齐次坐标表示144

6.1.3二维基本变换矩阵的级联146

6.1.4三维基本几何变换148

6.1.5三维基本变换矩阵的级联153

6.2投影变换154

6.2.1三视图投影155

6.2.2正轴测投影156

6.2.3斜轴测投影159

6.2.4透视变换161

6.2.5视向变换164

6.3图形的裁剪168

6.3.1窗口区与视图区168

6.3.2窗口区与视图区之间的坐标变换169

6.3.3二维线段的裁剪169

6.3.4多边形的裁剪174

6.4图形变换与图形设计177

6.4.1绘制正方形螺旋图案177

6.4.2绘制金刚石图案179

6.4.3绘制鞍形图案179

6.4.4绘制螺旋线181

习题182

消隐与真实感图形生成技术

7.1三维物体表示及常用数据结构184

7.1.1平面多面体的几何信息与拓扑信息185

7.1.2常用数据结构186

7.2凸面体隐藏线的消隐189

7.2.1外法线与可见性判断189

7.2.2外法线向量与平面方程190

7.3一般物体的隐藏线消隐192

7.3.1潜在可见面的判别192

7.3.2包含性检验192

7.3.3深度检验193

7.3.4确定遮挡部位及消隐194

7.4隐藏面的消隐199

7.4.1深度缓存消隐原理199

7.4.2深度缓存消除隐藏面199

7.5有关图形真实感的基本理论200

7.5.1简单光照明模型201

7.5.2整体光照明模型204

习题206

图形图像文件格式

8.1图像文件格式概述207

8.1.1图像文件简介207

8.1.2图像文件格式分类207

8.2EPS文件格式208

8.2.1PostScript语言的产生及其基本思想208

8.2.2PostScript程序中的图形图像描述210

8.2.3EPS文件的规则211

8"para" label-module="para">

8.3.1TIFF文件格式简介214

8.3.2TIFF文件格式描述214

8"para" label-module="para">

8.4.1WMF文件格式简介216

8.4.2WMF文件格式描述216

8"para" label-module="para">

8.5.1BMP文件格式简介219

8.5.2BMP文件格式描述219

8"para" label-module="para">

8.6.1PCX文件221

8.6.2GIF文件222

8.6.3JPEG文件223

习题225

AutoCAD使用指南

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9"para" label-module="para">

9.2.1用户界面与菜单简介228

9.2.2坐标系统233

9.2.3绘图初始化233

9"para" label-module="para">

9.3.1画弧234

9.3.2画圆环234

9.3.3画正多边形235

9.3.4画椭圆235

9.4目标捕捉236

9.4.1目标捕捉的方法237

9.4.2设置隐含捕捉对象238

9.5线型的设置238

9"para" label-module="para">

9.6.1改变图形的位置239

9.6.2改变图形的大小240

9.6.3图形复制240

9.6.4图形修改243

9.7选择对象的方法245

9.8标注对话框245

9.8.1设置标注形式245

9.8.2修改标注形式246

9"para" label-module="para">

9.9.1文字标注252

9.9.2字体选择252

9.9.3特殊字符的标注253

9.9.4文字修改254

9"para" label-module="para">

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9.11.1线性尺寸标注254

9.11.2半径尺寸标注255

9.11.3角度标注256

9.11.4引线标注256

9.11.5尺寸变量的设置257

9"para" label-module="para">

9"para" label-module="para">

9"para" label-module="para">

习题258

附录AutoCAD 2000命令索引259

参考文献271

为了满足广大读者的需要，我们在1995年出版的《微型计算机图形技术与编程方法》一书的基础上，结合多年教授该课程的经验以及在计算机图形图像实验室开展科研工作的经验，重新编写了这本教材。

本书共分为9章，包括计算机图形技术概论、常用计算机图形的输入输出设备、基本图形元素生成算法、图形变换与图形设计、常用图形图像文件格式以及AutoCAD 2000的使用。

本书由何薇主编，负责全书的统稿，并编写第4，5，6，7章。石高荣编写了第1章。王奇志编写了第2，3章。施家元编写了第8，9章。

由于计算机图形学与CAD技术发展迅速，作者的学识和经验有限，书中难免有不当和错误之处，欢迎读者批评指正。2100433B

本书共分9章 第2，3章介绍了常用图形输入与输出设备的工作原理，特别是显示器的工作原理。第4，5章介绍了图形元素的生成算法与编程方法，其中包括点、直线、圆弧、椭圆形、二次曲线、自由曲线与曲面等的生成算法以及二维图形的填充算法。第6，7章介绍了图形的集合变换方法、图形的剪裁、消隐与真实感图形生成技术。第8章介绍了常用图形图像文件的格式。第9章介绍了AutoCAD 2000的使用方法。本书适合高等学校相关专业作为教材，也可供读者自学使用

在对计算机图形系统作简要介绍的基础上，对计算机图形学系统的原理、基本图元的生成技术、图形的各种变换及交互技术，三维图形的表示及真实感图形的绘制等内容进行了阐述。

本书既重视基本理论及其算法的描述，又力图缩小理论与实际应用之间的差距。把图形学基本理论与目前广泛应用的三维图形设计标准OpenGL结合起来。主要章节在论述了基本原理和算法之后均给出了用C语言结合OpenGL表示的实例。全书条理清晰，内容实用，各章均配有思考题、习题，便于自学。

本书既可作为高等院校相关专业的本科生、研究生学习计算机图形学的教材，也可作为相关工程技术人员的参考书。

由中国计算机学会计算机辅助设计与图形学专委会主办、山东大学计算机科学与技术学院承办的第十四届计算机辅助设计与图形学学术会议（CAD/CG’2006）于2006年10月18—20日在山东省济南市举行。会议以计算机辅助设计与图形学为主题，以展示交流我国在计算机辅助设计与图形学领域的新进展为目的，讨论工业应用中亟需解决的关键问题和难点问题，新老学者共聚一堂，开展了多种形式的学术交流和讨论。会议反映了国内计算机辅助设计与图形学的最新研究和应用成果，促进了学术界与工业界的密切结合。

会议邀请了国内外著名专家学者就计算机辅助设计与图形学的最新动态和热点问题做特邀报告，他们是RWTH Aachen University of Technology大学的Leif Kobbelt教授、University of California at Davis大学的Kwan-Liu Ma教授、微软亚洲研究院郭百宁研究员、浙江大学鲍虎军教授、中国科技大学陈发来教授等国内外知名学者。

此次会议共收到投稿文章共三百余篇，内容主要涉及计算机图形学、计算机辅助设计、计算机辅助几何设计、几何造型与处理、图像与视频处理、虚拟现实、计算机仿真与可视化、电子设计自动化（EDA），以及图形图像应用等方面。其中既有理论研究，也有应用技术研究。每篇文章组织三位专家进行评审，经程序委员会确定，有31篇被收录到学术期刊，其中《计算机学报》5篇、《软件学报》5篇、《计算机辅助设计与图形学学报》10篇、《系统仿真学报》11篇。在本论文集中收录了推荐文章的摘要，另外有86篇论文全文收到本论文集。

感谢向本次会议投稿的每位作者，没有他们的大力支持，本论文集的出版是不可能的；感谢大会程序委员会委员和参与审稿的各位专家的辛勤劳动；感谢会议组织者为本次会议的成功召开而做的长时间的准备和筹划。

本次会议承办单位山东大学计算机科学与技术学院对会议作了精心的组织和周密的安排，他们的大力支持保证了会议的顺利召开，在此表示衷心的感谢！

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