计算机图形学及数字化快速成型

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 2100433B

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。

内容简介

本书将从绘图的基本概念谈起，以手工和计算机绘图对照的方式诠释图形学，使原本乏味的图形学理论能够引起读者的兴趣。在这里，图形学是理论的主角，而AutoCAD却是应用的主角。二者的结合，更会使读者深切地体会到计算机绘图的基础是手工绘图。对一些专业来说，应用几何、点线面的正投影、直线与平面的关系、物体的正投影和常用画法、物体的辅助视图、剖视图、立体正投影（等轴侧视图）、斜视图以及交线图等内容都是相通的；而透视图、阴影图这两课则是建筑专业的重点。在管路专业方面，还加上了展开图和管路图这两课。 2100433B

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。