計算機圖形學和數字化快速成型技術相結合,實現了計算機建模、CAD數據直接制造模型或零件,更加快速而精密地制造出任意復雜的模型和零件。本書講解了計算機圖形學和數字化快速成型技術的基本原理和方法,著重介紹了OpenGL編程、算法、曲線曲面、仿射變換,銜接計算機圖形學和數字化快速成型的關鍵技術——數字化快速成型的前處理,以及三維數字化快速成型技術和實踐案例。
本書可供高等學校機械制造、計算機圖形學、數字化制造、材料成型、汽車等相關專業(yè)的師生和企事業(yè)單位從事相關技術的專業(yè)人員使用。
張秀芬，內蒙古工業(yè)大學機械工程學院，副教授，2011年3月畢業(yè)于浙江大學機械設計及理論專業(yè)，獲工學博士學位�，F在內蒙古工業(yè)大學從事教學科研工作，主要研究方向為計算機輔助設計、產品綠色設計等。以首作者發(fā)表學術論文20余篇，其中SCI收錄3篇，EI收錄8篇。獲實用新型專利1項，計算機軟件著作權2項，主持和參與多項自然科學基金項目。
教學方面，培養(yǎng)碩士研究生3名，自2011年以來開設并主講1門碩士研究生專業(yè)選修課程《產品綠色設計》，旨在培養(yǎng)學生綠色環(huán)保意識和了解綠色設計相關方法和技術。綠色設計是一種先進的設計理念，為了支持綠色設計，需要進行產品結構、材料、布局等方面的改變，綠色設計涉及面廣，過程復雜，而且新方法、新理論、新技術層出不窮。
第1章 緒論 / 1
1.1 計算機圖形學概述 / 1
1.1.1 基本概念 / 1
1.1.2 計算機圖形學的發(fā)展簡史 / 2
1.1.3 計算機圖形學的基本研究內容 / 3
1.1.4 計算機圖形系統(tǒng)的功能 / 4
1.1.5 計算機圖形系統(tǒng)的組成 / 9
1.2 數字化快速成型技術概述 / 11
1.2.1 基本概念及特點 / 11
1.2.2 三維數字化快速成型的發(fā)展 / 14
1.2.3 三維數字化快速成型基本研究內容 / 17
1.3 三維數字化快速成型與計算機圖形學的關系 / 19
本章習題 / 19
第2章 OpenGL編程基礎 / 20
2.1 OpenGL工作流程 / 20
2.2 OpenGL函數庫 / 22
2.3 OpenGL的功能 / 23
2.4 配置繪圖環(huán)境 / 26
2.4.1 VS環(huán)境配置 / 26
2.4.2 基于MFC的編程環(huán)境配置 / 27
本章習題 / 32
第3章 基本圖形光柵化算法 / 33
3.1 直線的光柵化 / 34
3.1.1 數值微分法 / 34
3.1.2 Bresenham畫線算法 / 35
3.2 圓的光柵化 / 38
3.2.1 中點畫圓算法 / 39
3.2.2 Bresenham畫圓算法 / 41
3.3 多邊形的填充 / 44
3.3.1 掃描線填充算法 / 45
3.3.2 邊緣填充算法 / 53
3.3.3 區(qū)域填充算法 / 54
3.4 反走樣 / 56
3.4.1 提高顯示器分辨率 / 56
3.4.2 超采樣 / 57
3.4.3 區(qū)域采樣 / 58
3.5 上機實踐 / 59
3.5.1 個性化名字案例 / 60
3.5.2 京東狗圖案的設計 / 62
3.5.3 人臉圖案的設計 / 67
3.5.4 貓頭圖案設計 / 70
3.5.5 五星紅旗設計 / 74
本章習題 / 76
第4章 自由曲線曲面 / 78
4.1 曲線和曲面表示的基礎知識 / 78
4.1.1 基本概念 / 78
4.1.2 曲線和曲面的表示方式 / 79
4.1.3 參數曲線的參數 / 80
4.1.4 參數連續(xù)性和幾何連續(xù)性 / 81
4.1.5 參數曲線的代數和幾何形式 / 82
4.1.6 參數曲面的參數 / 83
4.2 Bezier參數曲線曲面 / 84
4.2.1 Bezier曲線的背景和基本定義 / 84
4.2.2 Bezier曲線的性質 / 85
4.2.3 Bezier曲線的生成 / 86
4.2.4 Bezier參數曲面 / 87
4.3 B樣條曲線曲面 / 88
4.3.1 B樣條曲線 / 88
4.3.2 B樣條曲面 / 89
4.4 多邊形網格曲面 / 90
4.4.1 多邊形網格的定義 / 90
4.4.2 多邊形網格的性質 / 91
4.4.3 網格簡化 / 91
4.5 細分曲面 / 93
4.5.1 細分曲面的概念 / 93
4.5.2 細分曲面的關鍵技術 / 93
4.5.3 細分曲面的應用 / 95
本章習題 / 98
第5章 仿射變換 / 99
5.1 三維圖形的顯示流程 / 100
5.1.1 基本原理 / 100
5.1.2 OpenGL的視景轉換 / 102
5.2 窗口到視口的變換 / 104
5.2.1 基本原理 / 104
5.2.2 OpenGL中的視口變換 / 106
5.3 物體的二維仿射變換 / 109
5.3.1 點的變換 / 110
5.3.2 二維圖形的仿射變換 / 112
5.3.3 仿射變換的逆變換 / 114
5.3.4 仿射變換的復合變換 / 115
5.4 三維仿射變換 / 117
5.4.1 基本三維變換 / 118
5.4.2 三維復合仿射變換 / 120
本章習題 / 121
第6章 產品數字化造型基礎 / 123
6.1 基本定義 / 123
6.2 三維物體的存儲模型 / 124
6.2.1 線框模型 / 124
6.2.2 表面模型 / 125
6.2.3 實體模型 / 126
6.3 三維實體的表示方法 / 126
6.3.1 構造實體幾何表示法 / 127
6.3.2 邊界表示法 / 129
6.3.3 分解表示法 / 134
6.3.4 掃描表示法 / 136
6.3.5 特征造型 / 136
本章習題 / 138
第7章 數字化快速成型的前處理 / 139
7.1 數字化快速成型概述 / 139
7.2 三維數字化正向建模 / 140
7.2.1 三維數字化造型發(fā)展歷程 / 140
7.2.2 參數化造型 / 143
7.2.3 變量化造型 / 147
7.2.4 兩種造型技術的比較 / 149
7.2.5 其他造型方法 / 151
7.2.6 商業(yè)軟件系統(tǒng) / 151
7.3 三維數字化逆向建模 / 155
7.3.1 基本概念 / 155
7.3.2 數據采集 / 157
7.3.3 數據處理 / 158
7.3.4 曲面重構 / 161
7.3.5 坐標配準 / 162
7.3.6 誤差分析 / 162
7.4 三維模型的近似處理 / 163
7.4.1 STL文件格式 / 163
7.4.2 STL文件的轉換 / 165
7.4.3 模型的檢驗與修補 / 165
本章習題 / 167
第8章 三維數字化快速成型技術與實踐 / 168
8.1 概述 / 168
8.2 熔融沉積成型技術 / 169
8.2.1 FDM成型原理與系統(tǒng)組成 / 169
8.2.2 FDM成型過程 / 171
8.2.3 FDM的技術難點 / 172
8.3 立體光刻 / 172
8.3.1 SLA成型原理 / 172
8.3.2 SLA成型過程 / 174
8.3.3 SLA技術難點 / 175
8.4 選擇性激光燒結技術 / 175
8.4.1 SLS成型原理 / 176
8.4.2 SLS的成型過程 / 177
8.4.3 SLS的技術難點 / 178
8.5 分層實體制造 / 178
8.5.1 LOM成型原理與系統(tǒng)組成 / 179
8.5.2 LOM成型過程 / 180
8.5.3 LOM的技術難點 / 180
8.6 三維印刷技術 / 181
8.6.1 3DP成型原理 / 181
8.6.2 3DP成型過程 / 182
8.6.3 3DP的技術難點 / 183
8.7 直接金屬激光燒結 / 183
8.7.1 DMLS成型原理 / 184
8.7.2 DMLS成型過程 / 187
8.7.3 DMLS的技術難點 / 187
8.8 桌面三維打印機組裝實踐 / 188
8.8.1 機械部件及機體框架的安裝 / 189
8.8.2 步進電動機和電子系統(tǒng) / 193
8.8.3 軟件安裝與調試 / 196
8.9 三維打印實踐 / 200
8.9.1 打印機調整 / 200
8.9.2 打印步驟 / 200
本章習題 / 203
附錄 OpenGL常用函數一覽表 / 204
參考文獻 / 208
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