Fundamentals of Computer Graphics, Third Edition

Front cover......Page 1
Title page......Page 3
Date-line......Page 4
Contents......Page 5
Preface......Page 11
1.1 Graphics Areas......Page 17
1.2 Major Applications......Page 18
1.3 Graphics APIs......Page 19
1.5 Graphics Pipeline......Page 20
1.6 Numerical Issues......Page 21
1.8 Software Engineering......Page 24
2.1 Sets and Mappings......Page 31
2.2 Solving Quadratic Equations......Page 35
2.3 Trigonometry......Page 36
2.4 Vectors......Page 39
2.5 2D Implicit Curves......Page 46
2.6 2D Parametric Curves......Page 52
2.7 3D Implicit Surfaces......Page 54
2.8 3D Parametric Curves......Page 56
2.9 3D Parametric Surfaces......Page 57
2.10 Linear Interpolation......Page 58
2.11 Triangles......Page 59
3.1 Raster Displays......Page 67
3.2 Monitor Intensities and Gamma......Page 68
3.3 RGB Color......Page 70
3.4 The Alpha Channel......Page 72
3.5 Line Drawing......Page 73
3.6 Triangle Rasterization......Page 79
3.7 Simple Antialiasing......Page 83
3.8 Image Capture and Storage......Page 84
4 Signal Processing......Page 87
4.1 Digital Audio: Sampling in ID......Page 88
4.2 Convolution......Page 91
4.3 Convolution Filters......Page 105
4.4 Signal Processing for Images......Page 112
4.5 Sampling Theory......Page 120
5.1 Determinants......Page 135
5.2 Matrices......Page 137
6.1 Basic 2D Transforms......Page 151
6.2 Basic 3D Transforms......Page 163
6.3 Translation......Page 167
6.5 Coordinate Transformations......Page 170
7 Viewing......Page 175
7.1 Drawing the Canonical View Volume......Page 176
7.2 Orthographic Projection......Page 178
7.3 Perspective Projection......Page 182
7.4 Some Properties of the Perspective Transform......Page 188
7.5 Field-of-View......Page 189
8.1 BSPTree......Page 193
8.2 Z-Buffer......Page 202
9.1 Diffuse Shading......Page 207
9.2 Phong Shading......Page 210
9.3 Artistic Shading......Page 213
10 Ray Tracing......Page 217
10.1 The Basic Ray-Tracing Algorithm......Page 218
10.2 Computing Viewing Rays......Page 219
10.3 Ray-Object Intersection......Page 221
10.4 A Ray-Tracing Program......Page 225
10.5 Shadows......Page 227
10.6 Specular Reflection......Page 228
10.7 Refraction......Page 229
10.8 Instancing......Page 232
10.9 Sub-Linear Ray-Object Intersection......Page 234
10.11 Distribution Ray Tracing......Page 245
11 Texture Mapping......Page 255
11.1 3D Texture Mapping......Page 256
11.2 2D Texture Mapping......Page 262
11.3 Tessellated Models......Page 264
11.4 Texture Mapping for Rasterized Triangles......Page 266
11.5 Bump Textures......Page 268
11.7 Environment Maps......Page 269
11.8 Shadow Maps......Page 271
12.1 Clipping......Page 275
12.2 Location of Clipping Segment of the Pipeline......Page 276
12.3 An Expanded Graphics Pipeline......Page 280
12.4 Backface Elimination......Page 281
12.6 Preserved State......Page 282
12.7 A Full Graphics Pipeline......Page 283
13.1 Triangle Meshes......Page 285
13.2 Winged-Edge Data Structure......Page 286
13.3 Scene Graphs......Page 288
13.4 Tiling Multidimensional Arrays......Page 290
14.1 Integration......Page 295
14.2 Continuous Probability......Page 300
14.3 Monte Carlo Integration......Page 304
14.4 Choosing Random Points......Page 307
15.1 Curves......Page 317
15.2 Curve Properties......Page 323
15.3 Polynomial Pieces......Page 326
15.4 Putting Pieces Together......Page 334
15.5 Cubics......Page 337
15.6 Approximating Curves......Page 343
15.7 Summary......Page 360
16 Computer Animation......Page 363
16.1 Principles of Animation......Page 364
16.2 Keyframing......Page 368
16.3 Deformations......Page 376
16.4 Character Animation......Page 377
16.5 Physics-Based Animation......Page 383
16.6 Procedural Techniques......Page 386
16.7 Groups of Objects......Page 389
16.8 Notes......Page 392
17.1 What is Graphics Hardware......Page 395
17.2 Describing Geometry for the Hardware......Page 396
17.3 Processing Geometry into Pixels......Page 403
18 Building Interactive Graphics Applications......Page 417
18.1 The Ball Shooting Program......Page 418
18.2 Programming Models......Page 420
18.3 The Model view-Controller Architecture......Page 437
18.4 Example Implementations......Page 449
18.5 Applying Our Results......Page 459
18.6 Notes......Page 462
18.7 Exercises......Page 463
19.1 Radiometry......Page 467
19.2 Transport Equation......Page 476
19.3 Photometry......Page 478
20 Color......Page 481
20.2 Tristimulus Color Theory......Page 482
20.3 CIE Tristimulus Values......Page 484
20.4 Chromaticity......Page 485
20.6 RGB Monitors......Page 488
20.7 Approximate Color Manipulation......Page 489
20.8 Opponent Color Spaces......Page 490
21 Visual Perception......Page 493
21.1 Vision Science......Page 494
21.2 Visual Sensitivity......Page 495
21.3 Spatial Vision......Page 511
21.4 Objects, Locations, and Events......Page 525
21.5 Picture Perception......Page 533
22 Tone Reproduction......Page 537
22.1 Classification......Page 540
22.2 Dynamic Range......Page 541
22.3 Color......Page 543
22.5 Frequency-Based Operators......Page 545
22.6 Gradient-Domain Operators......Page 547
22.7 Spatial Operators......Page 548
22.8 Division......Page 550
22.9 Sigmoids......Page 551
22.10 Other Approaches......Page 556
22.11 Night Tonemapping......Page 559
22.12 Discussion......Page 560
23 Global Illumination......Page 563
23.1 Particle Tracing for Lambertian Scenes......Page 564
23.2 Path Tracing......Page 567
23.3 Accurate Direct Lighting......Page 569
24.1 Real-World Materials......Page 577
24.2 Implementing Reflection Models......Page 579
24.3 Specular Reflection Models......Page 581
24.4 Smooth Layered Model......Page 582
24.5 Rough Layered Model......Page 585
25 Image-Based Rendering......Page 593
25.1 The Light Field......Page 594
25.2 Creating a Novel Image from a Set of Images......Page 595
26.1 2D Scalar Fields......Page 599
26.2 3D Scalar Fields......Page 601
References......Page 611
Index......Page 629
Color Plates......Page 640
Back cover......Page 652