001-(2008-2009-1)CS337(教学班).doc

5计算机图形学课程设计001-(2008-2009-1)CS337(教学班)计算机图形学课程设计教师：何援军助教：凌睿：ftp:/cgwork:cgwork75上海交通大学计算机系2008年11月4日1. 目的l 巩固计算机图形学的基本理论和方法。l 实现计算机图形学的一些算法，清晰表现算法进行的具体过程。2. 课程设计形式：l 算法与编程实现。3. 所用语言：l 请使用主流程序设计语言。推荐C/C+。4. 作业要求：l 提交1).源代码和2).可执行文件l 附1).程序使用说明、2).算法相关函数清单、3).算法实现的简单说明文档和4).程序实现心得。第四个附件将方便我们对同学的程序进行评估，但不是唯一依据。5. 课程设计内容：l 从下述8+1个题目中任选一个：1) 简单图形的生成（权因子：1）2) 多边形区域填充（权因子：2）3) 二维裁剪（权因子：1）4) 直线的反走样（权因子：3）5) 图形变换（权因子：3）6) 简单几何体的消隐（权因子：3）7) 光照模型（权因子：3）8) 几何计算（权因子：4）9) 自选题（权因子：另定）题目内容要求1) 简单图形的生成l 直线的生成DDA法中点画线法Bresenham法l 圆的生成中点法Bresenham法l 椭圆的生成中点法Bresenham法l 将象素网格表现出来，建立网格坐标系l 用橡皮筋的形式输入参数l 鼠标移动时，显示鼠标当前位置l 显示判别式的计算过程和下一点的选择策略l 记录生成点的坐标，建议用表的形式l 图形生成过程可以重复进行l 在一个程序中实现上述算法2) 多边形区域填充l 种子填充算法l 扫描线填充算法l 扫描线种子填充算法l 边填充算法l 栅栏填充算法l 将象素网格表现出来，建立网格坐标系l 用橡皮筋的形式输入多边形l 鼠标移动时，显示鼠标当前位置l 种子填充算法中用鼠标选择种子点，用表格的形式显示堆栈存储的象素，象素出栈或入栈的过程要显示出来。关键是要将象素填充的顺序表现出来。l 扫描线算法中先显示一条自上而下的扫描线，如果不与多边形相交，则直接向下移动，否则需要填充多边形内的交点。多边形形成以后，要显示边表的内容，扫描线移动的时候，要动态改变活性边表的内容，一条边加入活性边表或从活性边表中删除需要给出提示。3) 二维裁剪l 线段裁剪Cohen-SutherLand算法中点分割算法Liang-Barsky 算法l 多边形裁剪l 将象素网格表现出来，建立网格坐标系l 在显示区正中间画一窗口矩形l 用橡皮筋的形式输入剪裁线段，输完后此线段的端点编码显示出来，判断线段的类型l 线段被窗口的四条边裁剪的过程要显示出来l 对于中点分割算法，要显示线段一步步分割的过程l 多边形裁剪过程需先输入一多边形，然后用窗口四边裁剪的过程中要显示顶点增删的过程。4) 直线的反走样l 提高分辨率l 超采样l 连续区域采样l 离散区域采样l 将象素网格表现出来，建立网格坐标系l 用橡皮筋输入一条直线，直线的宽度为一象素l 对于提高分辨率方法，首先用网格象素法表示一条直线，然后将网格缩小，观察直线的变化l 超采样法需要根据经过的不同子象素的数目决定该象素的亮度l 连续区域采样需要根据直线所占象素面积来决定象素的亮度l 离散区域采样将所占面积离散化，根据所占象素点的数目决定亮度，可以考虑加权模板，模板的大小为奇数5) 图形变换l 用几何变换实现图形变换l 展示绕任意轴的旋转变换。l 在动态状态下展示一个立方体（长、宽、高均不相等）在3个坐标平面上的投影图。l 实现透视变换l 先在平面（空间）上构筑一个标准坐标架，以及一些基本形体，用交互方式构造新的坐标架，在新的坐标架下显示变换后的基本形体。l 绕任意轴的旋转变换可动态展现。l 3个坐标平面上的投影图可动态展现。l 鼓励实现透视变换。6) 简单几何体的消隐l 球，椭球体，圆锥，长方体，四面体等简单形体的生成及所构成场景的消隐l 形体用线框形式表示，可以在消隐和未消隐之间切换，用鼠标可以操纵形体的位置的角度。7) 光照模型（右列任取一组）l 光照模型组 环境光 漫反射和Lambert模型 镜面反射和Phong模型 透明模型 简单局部光照模型l 插值算法组 恒定明暗处理 Gouraud明暗处理（光强插值算法） Phong明暗处理（法向插值算法）l 光线跟踪组 Whitted整体光照模型 光线跟踪的反走样l 阴影组 自身阴影 投射阴影l 纹理组 颜色纹理 几何纹理 参数纹理l 编制一个综合演示系统，在基本形体构成的场景上实现上述功能。l 光线跟踪、阴影和纹理三选一。l 选取团队合作者每人选一组（不得重复）。8) 几何计算编制以下直线与空间下列几何体的求交算法，并用程序测试（下面的直线均为空间直线）：1） 空间3点决定的平面；2） 长方体；3） 楔形体；4） 楞形体；5） 扇形体；6） 棱柱；7） 圆柱；8） 圆锥；9） 圆台；10） 球；11） 圆环；12） 用函数表达的三维曲面；等l 编制算法l 编程调试l 提供调试数据l 撰写文档9) 自选课题学生自选题目（需教师认可）。6. 总体要求l 界面美观大方l 设计有创意（创意分可至最高分）l 能清晰表现算法的实现过程，最好每个步骤都能表现出来，而不是仅仅实现算法。7. 时间安排1) 时间：第11周末l 内容：选题l 要求：单独选作的完成1项；团队的至少完成2项。l 评分标准：按时选题（5）2) 时间：第12周末l 内容：策划报告l 要求：这是比较重要的一个步骤，直接影响到后面的工作。主要包括两方面的工作：1、理解所选题目要求的内容；2、提出自己的解决方案。l 评分标准：将自己的方案以功能列表的形式表现出来。（10）3) 时间：第14周末l 内容：中期检查l 要求：至少提交至中期检查报告，并有一个原型系统。l 评分标准（共20分） 规范、翔实的中期设计报告（5分） 功能正确的原型系统（15分）。4) 时间：第16周末l 终期检查。提交包括前几次作业在内的所有文档、代码和程序。l 评分标准（共55分） 提交的文件结构清晰、内容完整（5分） 源程序可读性（5分） 使用手