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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。
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
数字化仪,是一种电脑输入设备,它能将各种图形,根据坐标值,准确地输入电脑,并能通过屏幕显示出来。数字化仪有电磁式、超声波式、机械式等多种类型。最常用的是电磁式坐标数字化仪。数字化仪的工作原理是电磁感应...
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简要说明计算机图形学,图像处理,模式识别三者之间的区别和联系
图像处理,模式识别,计算机图形学是计算机应用领域发展的三个分支学科。它们之间有一定的关系和区别,它们的共同之处就是计算机处理的信息都是与图有关的信息。它们在本质上是不同的,图像处理是利用计算机对原本存...
2017计算机图形学大作业要求
作业题: 请参考课本教材和查阅图形学书籍资料。 1. 1)给定直线的起点坐标为 P0(x0,y0)、终点坐标为 P1(x1,y1),容易计算出直线斜率 k。假设 0≤k≤1,则 x 方向为主位移方向,绘制直线的递推公式为: ,这称为数值微分法( Digital Differential Analyzer ,DDA ),请编程实现之。提示: DDA 算 法实质上是对直线斜率进行了四舍五入计算。 2)圆的扫描转换和椭圆的扫描转换的编程实现。 2. 用鼠标在屏幕上绘制任意顶点数的封闭多边形并填充,填充效果如下图所示。编程要求: ⑴多边形的顶点数不受限制; ⑵按下鼠标左键,拖动鼠标绘制多边形,同时按下 Shift 键可以绘制水平边或垂直边; ⑶单击鼠标右键闭合多边形; ⑷使用边缘填充算法填充多边形。 3 请按照图所示,使用对话框输入直线的起点和终点坐标。在窗口左侧区域绘制输入直线和 “窗口”,
数据结构在计算机图形学中的应用
数据结构就是计算机的存储方式,以及计算机组织数据的方式。计算机图形学的主要研究内容把计算的字符处理系统升级为图像处理系统,就是把相关数据转换为图形信息,并且在计算机显示屏上得到显示的一种科学技术方法,主要研究内容包括图形的产生、处理以及输出等技术。计算机需要处理的图形信息对象是指相互之间存在着某些特殊关系的数据元素的集合,通过建立图形的数据结构,可以确保计算机在完成生成、处理以及输出图形时更具有完整性、准确性、时效性。
第1章 绪论
1.1 计算机图形学的研究内容
1.2 计算机图形学发展的历史回顾
1.3 计算机图形学的应用及研究前沿
1.3.1 计算机辅助设计与制造
1.3.2 可视化
1.3.3 真实感图形实时绘制与自然景物仿真
1.3.4 计算机动画
1.3.5 用户接口
1.3.6 计算机艺术
1.4 图形设备
1.4.1 图形显示设备
1.4.2 图形处理器
1.4.3 图形输入设备
习题
第2章 光栅图形学
2.1 直线段的扫描转换算法
2.1.1 DDA法
2.1.2 中点画线法
2.1.3 Bresenham算法
2.2 圆弧的扫描转换算法
2.2.1 圆的特征
2.2.2 中点画圆法
2.3 多边形的扫描转换与区域填充
2.3.1 多边形的扫描转换
2.3.2 区域填充算法
2.4 字符
2.4.1 点阵字符
2.4.2 矢量字符
2.4.3 字符属性
2.5 裁剪
2.5.1 直线段裁剪
2.5.2 多边形裁剪
2.5.3 字符裁剪
2.6 反走样
2.6.1 提高分辨率
2.6.2 区域采样
2.6.3 加权区域采样
2.7 消隐
2.7.1 消隐的分类
2.7.2 消除隐藏线
2.7.3 消除隐藏面
习题
第3章 几何造型技术
3.1 参数曲线和曲面
3.1.1 曲线曲面的表示
3.1.2 曲线的基本概念
3.1.3 插值、拟合和光顺
3.1.4 参数化
3.1.5 参数曲线的代数和几何形式
3.1.6 连续性
3.1.7 参数曲面的基本概念
3.2 Bezier曲线与曲面
3.2.1 Bezier曲线的定义和性质
3.2.2 Bezier曲线的递推(de Casteljau)算法
3.2.3 Bezier曲线的拼接
3.2.4 Bezier曲线的升阶与降阶
3.2.5 Bezier曲面
3.2.6 三边Bezier曲面片
3.3 B样条曲线与曲面
3.3.1 B样条的递推定义和性质
3.3.2 B样条曲线的性质
3.3.3 de Boor算法
3.3.4 节点插入算法
3.3.5 B样条曲面
3.4 NURBS曲线与曲面
3.4.1 NURBS曲线的定义
3.4.2 齐次坐标表示
3.4.3 权因子的几何表示
3.4.4 圆锥曲线的NURBS表洋
3.4.5 NURBS曲线的修改
3.4.6 非均匀有理B样条(NURBS)曲面
3.5 Coons曲面
3.5.1 基本概念
3.5.2 双线性Coons曲面
3.5.3 双三次Coons曲面
3.6 形体在计算机内的表示
3.6.1 引言
3.6.2 形体表示模型
3.6.3 形体的边界表示模型
3.7 求交分类
3.7.1 求交分类简介
3.7.2 求交分类策略
3.7.3 基本的求交算法
3.8 实体造型系统简介
3.8.1 Parasolid系统
3.8.2 ACIS系统
习题
第4章 真实感图形学
4.1 颜色视觉
4.1.1 基本概念
4.1.2 三色学说
4.1.3 CIE色度图
4.1.4 常用的颜色模型
4.2 简单光照明模型
4.2.1 相关知识
4.2.2 Phong光照明模型
4.2.3 增量式光照明模型
4.2.4 阴影的生成
4.3 局部光照明模型
4.3.1 理论基础
4.3.2 局部光照明模型
4.4 光透射模型
4.4.1 透明效果的简单模拟
4.4.2 Whitted光透射模型
4.4.3 Hall光透射模型
4.4.4 简单反射透射模型
4.5 纹理及纹理映射
4.5.1 纹理概述
4.5.2 二维纹理域的映射
4.5.3 三维纹理域的映射
4.5.4 几何纹理
4.6 整体光照明模型
4.6.1 光线跟踪算法
4.6.2 辐射度方法
4.7 实时真实感图形学技术
4.7.1 层次细节显示和简化
4.7.2 基于图像的绘制技术
习题
第5章 图形标准
5.1 Open GL
5.1.1 Open GL概述
5.1.2 Open GL程序结构
5.1.3 基本几何元素
5.1.4 坐标变换
5.1.5 光照处理
5.2 VRML
5.2.1 VRML简介
5.2.2 线性变换
5.2.3 场景交互
5.2.4 VRML节点
5.2.5 VRML展望
习题
附录A 计算机图形学的数学基础
附录B 图形的几何变换
附录C 形体的投影变换
参考文献
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。