计算机图形学：应用Java 2D和3D

计算机图形学：应用Java 2D和3D 内容提要

    畅销教材金牌作者Y.Daniel Liang力作
《计算机图形学：应用Java 2D和3D》提供了一个完整而权威的计算机图形学介绍，它并不需要低层次的编程或高深的数学背景。作者权衡了在软件和硬件方面的最新进展，结合高层次的Java 2D和Java 3D API的应用和发展来讲授基本概念。
《计算机图形学：应用Java 2D和3D》首先介绍计算机图形系统各部分是如何结合到一起的，而后，循序渐进地介绍各种二维和三维概念和技术，从简单的二维坐标空间到高级的三维纹理及光照和阴影等。通过Java代码范例和样本图像对关键概念进行了解释，目的是使专业人士和学生都可以极其方便地理解计算机图形建模和特殊绘制技术。
覆盖范围：
Java，Java 2D和Java 3D如何简化计算机图形学开发
二维基础：绘制管道，对象、世界和设备空间，坐标系，图形基元、合成规则等
高级二维图形：B样条曲线、自定义图形基元、分形等
三维基础：体系结构、场景图和场景图成分
可视形状对象和三维图形模型中的构建单元
几何变换、仿射变换和透视投影的运用
观察：将三维虚拟世界场景映射为二维图像
交互和动画：将动态变化插入到三维场景中
三维曲线和曲面：超越Java 3D的内置能力

计算机图形学：应用Java 2D和3D 目录

出版者的话
专家指导委员会
译者序
前言
第1章 计算机图形学综述 1
1.1 引言 1
1.2 计算机图形学编程技术的发展 2
1.2.1 硬件层 3
1.2.2 操作系统层的支持 7
1.2.3 GKS 和PHIGS 9
1.2.4 OpenGL 11
1.2.5 Java 13
1.3 Java编程语言 14
1.4 Java 2D 18
1.5 Java 3D 20
1.6 相关领域 23
1.7 参考资料 23
第2章 2D图形学：基础 27
2.1 引言 27
2.2 2D图形绘制过程 27
2.3 2D几何模型与坐标系 28
2.4 Graphics2D 类 29
2.5 绘图方程 33
2.6 几何模型 35
2.6.1 形状 35
2.6.2 实例 37
2.7 构造区域几何模型 43
2.8 一般路径 45
第3章 2D图形学：绘制细节 51
3.1 引言 51
3.2 颜色和涂色 52
3.2.1 颜色空间 52
3.2.2 颜色 52
3.2.3 涂色 56
3.3 笔划 58
3.4 仿射变换 61
3.5 复合变换 68
3.6 透明度和合成规则 71
3.7 裁剪 74
3.8 文本和字体 76
第4章 2D图形：高级话题（可选） 85
4.1 引言 85
4.2 样条曲线 85
4.3 自定义基元 91
4.4 图像处理 94
4.5 创建分形图像 101
4.6 动画 104
4.7 打印 112
第5章 基本3D图形 118
5.1 引言 118
5.2 3D绘制过程 118
5.3 Java 3D API概述 120
5.3.1 一个简单示例 120
5.3.2 安装Java 3D 122
5.4 Java 3D场景图 123
5.5 超结构 125
5.6 节点 126
5.6.1 组节点 126
5.6.2 叶节点 128
5.7 节点组件 129
5.8 Java 3D程序的结构 130
5.9 背景和边界 134
5.10 场景图编译和能力位 140
第6章 图形内容 148
6.1 引言 148
6.2 点和向量 148
6.3 几何特征 150
6.3.1 类GeometryArray 151
6.3.2 类GeometryStripArray 154
6.3.3 类IndexedGeometryArray 155
6.3.4 法向量 159
6.4 类GeometryInfo 161
6.4.1 使用GeometryInfo类 161
6.4.2 创建多边形网格 165
6.5 几何基元 169
6.6 字体和文本 172
6.7 外观和属性 172
第7章 几何变换 183
7.1 引言 183
7.2 3D仿射变换 183
7.2.1 变换矩阵 184
7.2.2 类Transform3D 188
7.2.3 旋转 190
7.3 场景图的变换 198
7.4 复合变换 201
7.5 用变换构造几何体 206
7.5.1 拉伸 206
7.5.2 旋转 208
7.5.3 变换和共享分支的实例 211
第8章 视图 218
8.1 引言 218
8.2 投影 219
8.3 视图的定义 220
8.4 Java 3D的视图模型 222
8.4.1 Java 3D视图配置 223
8.4.2 兼容模式 223
8.4.3 SimpleUniverse中的视图设置 227
8.4.4 建立自己的视图 230
8.5 拾取 234
8.6 头部跟踪 239
第9章 光照与纹理 248
9.1 引言 248
9.2 光源 249
9.3 光照模型 254
9.4 Java 3D 光照模型 255
9.5 大气衰减和景深效果处理 259
9.6 纹理映射 263
9.6.1 创建2D纹理映射 263
9.6.2 纹理坐标 267
9.6.3 结合纹理映射与光照 268
9.6.4 纹理坐标生成 271
第10章 行为和交互 279
10.1 引言 279
10.2 行为 279
10.3 交互 286
10.3.1 鼠标行为 287
10.3.2 键盘行为 291
10.3.3 视图平台行为 293
10.4 行为和拾取 297
10.4.1 拾取和鼠标行为 297
10.4.2 数据可视化 300
第11章 动画 307
11.1 引言 307
11.2 Alpha对象 307
11.3 插值器 311
11.4 变形 322
11.5 细节层次 327
11.6 公告板 331
第12章 其他3D主题 338
12.1 引言 338
12.2 3D曲线 338
12.3 曲面 342
12.3.1 B巣ier曲面 342
12.3.2 犹他茶壶 346
12.4 声音 349
12.5 阴影 352
12.6 几何变化 357
12.7 离屏绘制 363
12.8 3D纹理 367
附录A 计算机图形学的数学背景 376
附录B 用AWT和Swing进行GUI编程 394
索引 404 

计算机图形学：应用Java 2D和3D 前言

    2001年3月3日，千禧之年的首个奥斯卡奖项授予了罗伯·库克（Rob Cook）、洛伦·卡彭特（Loren Carpenter）和埃德·卡特穆尔（Ed Catmull）等三位计算机科学家，以表彰“他们在动景绘制领域所取得的像Pixar的RenderMan绘制器那样重大进展。”这个令人难以置信的事件象征着一度只是作为深奥的研究性课题的计算机图形学与应用，开始走入数字社区，成为时尚生活的基本元素。计算机硬件、图形应用与网络技术的快速发展，使计算机图形学在主流计算技术中变得不可或缺。
用数字计算机建模与绘制虚拟形体是计算机图形学的主要目标。这个处理过程涉及从数学与计算机科学到心理学与美学等范围广泛的学科门类。针对计算机图形学中从宇宙天体的大模型到基本图元像素化的小细节的建模与渲染问题，已经开发了大量深奥而尖端的方法、算法与范例。要自如地应对该学科的整个内容，就得全面深入地覆盖许多相关领域的知识。正是因为自身的复杂性与深奥的数学知识，使得传统的计算机图形学课程被排除在计算机科学的标准本科课程计划之外。
不过，我们相信，新技术的发展以及设计良好且便捷易用的图形编程包的推出，将使开设基本图形学课程变得切实可行。这样的发展形式与编程语言的进化情形存在相似之处。在仅有机器指令之类的低级语言可用的时代，编程一度是非常单调乏味的工作。高级语言的发展将程序员从低级的技术细节中解放出来。较抽象级的程序处理更容易且更符合逻辑。随着硬件与编译器技术的进步，因为抽象所引起的性能损失显得微不足道。今天，大部分程序员再不需要用机器语言或汇编语言编程。计算机图形学编程所走过的道路与此类似。在计算机图形学的许多方面，可移植的高级系统正在迅速取代单调乏味的低级编程方法。同时，迅速发展的硬件技术也在弥补两者在性能上表现出的差距。
《计算机图形学：应用Java 2D和3D》关注的主要焦点集中在计算机图形学的基本概念与Java 2D和Java 3D图形编程应用上。我们不讨论低级实现的技术细节，而是强调使用现有图形包开发实用程序的技能。这样做，使我们得以给出一本介绍性的图形学教科书，适合计算机科学与工程本科生和大多数计算机从业人员使用。
Java 2D和Java 3D就是基于这种考虑而推出的理想的图形包。作为高级综合图形包，它们给出了合乎需求的抽象层次，并且与平台无关，所提供的编程能力也是最新的。
Java 2D和Java 3D是Java平台的组成部分。Java虽然是一门相当新的程序设计语言，但是，因为具有诸如平台无关、简单及支持面向对象程序设计之类的独有特征，使得它迅速流行起来。Java 2D和Java 3D提供强大、自然及面向对象的图形建模和渲染接口。
《计算机图形学：应用Java 2D和3D》的读者对象是想学习计算机图形学基本概念与技能，并且开始使用Java 2D和Java 3D编程的学生和计算机从业人员。不过，它不是关于Java 2D或Java 3D的另外一本指南，而是旨在向读者介绍计算机图形学基础知识。功能强大的Java包正是实现该目标的便捷工具。
使用《计算机图形学：应用Java 2D和3D》时，需要具备基本的Java编程知识，包括GUI编程（AWT与Swing）。附录B演示了用AWT与Swing组件编程的不同之处。学过几何与线性代数等基本数学课程对于使用《计算机图形学：应用Java 2D和3D》很有帮助，但不是必需的。附录A简单回顾了一些相关的数学概念。
配套网站
网址为www.cs.armstrong.edu/liang/graphics的配套网站包含如下资源：
·复习题答案
·编号为偶数的编程习题的解答
·书中例子的源代码
·资源链接
·勘误表
教师资源网站
可从www.prenhall.com/liang/graphics或者www.cs.armstrong.edu/liang/graphics访问教师资源网站，其中包含下列资源：
·PowerPoint幻灯片，带有交互按钮，用以查看突显语法的全彩源代码，并且不离开幻灯片就可以运行程序。
·样本考题。
·所有习题的解答。学生可以在《计算机图形学：应用Java 2D和3D》配套网站中获得编号为偶数的习题的解答。
有些读者要求索取教师资源网站的资料。请注意，这些资料仅为教师提供，索取资料的要求将不再予以回复。
致谢
阿姆斯特朗亚特兰大州立大学计算机科学系是良好的工作场所。感谢Ray Greenlaw及我们的同事对《计算机图形学：应用Java 2D和3D》的支持。
感谢匿名评论人和学生们给予的批评、评述和建议，这极大地提升了《计算机图形学：应用Java 2D和3D》的质量。
能与富有传奇色彩的Prentice Hall出版公司计算机科学团队共事是一件特别令人愉悦与荣耀的事情。感谢Marcia Horton, Tracy Dunkelburger, Robin O誃rien, Christianna Lee, Jennifer Cappello, Barrie Reinhold, Mack Patterson, Vince O誃rien, Camille Trentacoste, Donna Crilly, Xiaohong Zhu及其同事们对书籍出版事宜的组织、管理与促进，对Robert Lentz的编辑校对工作一并致谢。
Hong Zhang（hong@armstrong.edu）
Y. Daniel Liang（liang@armstrong.edu）
www.cs.armstrong.edu/liang/graphics 

· 计算机体系结构量化研究方法(英文版)

· Java 程序设计教程（原书第3版）上册 基础篇

· 软件工程—Java语言实现

· 数据通信与网络教程

· UNIX编程环境

· 现代操作系统

· 计算机文化

· 组合数学（原书第３版）

· 计算机网络与因特网

· 计算理论导引

· 神经系统及特殊感觉

· 电子商务基础教程

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· MDT 4 中文版应用技术

· 市场调研精要(第3版)

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