计算机图形学教案.doc

教 案2008 2009 学年 第 2学期学院(系、部)计算机学院教研室(实验室)计算机科学与技术课 程 名 称计算机图形学授 课 班 级计061 、062、063、064主 讲 教 师强赞霞职 称 副教授使 用 教 材 计算机图形学计算机图形学教案（首页）课程名称计算机图形学课程编号99080140131总学时 44讲课：38 学时实验：6 学时上机： 学时学 分 数3课型必修课（ ） 选修课（ ）理论课（ ） 实验课（ ）任课教师强赞霞职称副教授授课对象计061 、052、053、064基本教材和主要参考资料计算机图形学 张曦煌等 北京邮电大学出版社计算机图形学基础 陈传波等 电子工业出版社计算机图形学基础 唐泽圣等 清华大学出版社计算机图形学 孙家广等 清华大学出版社课程的特点1本课程重点在各种图形生成算法及程序设计2对各种图形的生成算法及程序设计要求并重。 3实验课程是最重要的学习与实践环节。教学目的和要求1、了解CG的产生、发展和目前在各领域的应用情况及其研究动态；2、了解图形系统的功能、组成、特点和交互技术；3、理解图形表示、生成、变换和显示等方面的基本原理及相关算法；4、通过上机实验课，编程实现各种图形和生成算法。计算机图形学课程教案授课时间课次1授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第一章 绪论第1、2、3、4节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解计算机图形学及其发展、应用、研究内容及与相关学科的关系。教学重点及难点：重点及难点：与图象处理、模式识别的关系，CG的应用情况和研究动态。教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段第一章 绪论1.1计算机图形学的发展历史（多媒体、讲解15分钟）1.2计算机图形学的应用及研究前沿（多媒体、讲解25分钟）1.3计算机图形学的研究内容（多媒体、讲解25分钟）1.4计算机图形学与相关学科的关系（多媒体、讲解 25分钟）注：用多媒体课件演示教学内容，使学生掌握计算机图形学的基本概念，了解计算机图形学的发展和应用。拟留作业和思考题：作业：1.3小结：了解图形学的基本问题，掌握图形学的基本概念、方法与算法； 对与图形相关的应用及当前的研究热点有一个初步认识； 计算机图形学课程教案授课时间课次2授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第二章 计算机图形系统第1、2、3、4节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握计算机图形学系统的组成；熟悉计算机图形学常用输入输出设备；了解计算机图形标准；教学重点及难点：重点：重点图形设备的基本知识尤其是图形显示系统；图形系统硬件设备中的光栅扫描显示器的基本原理难点：彩色光栅扫描显示器教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段 2.1计算机图形系统概述（多媒体、讲解10分钟）2.2图形输入设备（多媒体、讲解15分钟）2.3图形绘制设备（多媒体、讲解15分钟）2.4图形显示系统（多媒体、讲解50分钟）注：用多媒体课件演示教学内容，使学生掌握图形系统的组成和图形系统的硬、软件设备。拟留作业和思考题：作业：2.3小结：首先概述了计算机图形学的硬件设备、对图形学的输入和输出设备作了简单地介绍，使学生对计算机图形学的概貌有一些基本的了解。 重点讲解了图形显示设备。引出第3章的话题。计算机图形学课程教案授课时间课次3授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第二章 计算机图形系统第5，6，7节教学目的、要求（分掌握、了解三个层次）：掌握用VC+和OpenGL进行图形程序开发的方法。了解图形标准的发展情况教学重点及难点：重点：掌握用VC+和OpenGL进行图形程序开发的方法。教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段 2.5计算机图形标准2.6 Visual C+的图形程序开发方法2.7 OpenGL程序设计基础多媒体、讲解20分钟多媒体、讲解35分钟多媒体、讲解 35分钟拟留作业和思考题：小结：掌握用VC+和OpenGL进行图形程序开发的方法。为实验课做准备。计算机图形学课程教案授课时间课次4授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第三章 二维图形生成技术第1节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握各种直线扫描转换算法教学重点及难点：重点：DDA、中点、Bresenham画直线难点：直线的Besenham绘制方法及程序设计教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段3.1直线扫描转换算法（多媒体、讲解5分钟）提问：算法效率如何体现？3.1.1直线DDA算法（板书推导为主，加多媒体讲解25分钟）提问：此算法在计算速度的改进体现在什么地方？还有改进的余地吗？强调：为什么针对k的大小，设计相应的算法3.1.2中点画线算法（板书推导为主，加多媒体讲解30分钟）提问：怎样判断一点在直线的上方，下方？3.1.3 Bresenham画线算法（板书推导为主，加多媒体讲解30分钟）1.用板书推导出三种算法的数学模型2.用多媒体课件显示程序设计方法3.用比较的方法引导学生思考拟留作业和思考题：这些算法还用改进的必要和余地吗？作业：3.1小结：所用知识点：直线的参数方程。理解和掌握各种算法的原理、主要思想和优缺点。能够编程实现各种算法。计算机图形学课程教案授课时间课次5授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第3章 二维图形生成技术第2节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握圆的几种生成常用算法，能够编程实现Bresenham画圆算法教学重点及难点：Bresenham画圆算法教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段3.2圆的扫描转换算法3.2.1 圆的性质（多媒体、讲解25分钟）提问：需要绘制整个圆吗？如果不是，要绘制多少？提示对称性3.2.2 中点画圆算法（板书推导为主结合多媒体讲解35分钟）提问：怎样判断一点在圆内、外和圆上？3.2.3 Bresenham画圆算法（板书推导为主结合多媒体讲解35分钟）1. 用板书推导出两种种算法的数学模型2. 用多媒体课件显示程序设计方法拟留作业和思考题：思考：有了直线、圆的生成算法，可不可以推导椭圆、抛物线、双曲线的生成算法？作业：小结：在直线生成算法的基础上理解圆的生成算法，编程看看效果 所用知识点：圆的参数方程及圆的代数方程计算机图形学课程教案授课时间课次6授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第3章 二维图形生成技术第3节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握用区域填充算法中的三种方法，理解各种算法的优缺点，并能编程实现。教学重点及难点：重点与难点：扫描线种子填充算法 教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段 3.3填充技术（多媒体、讲解30分钟）l 填充概念l 填充的分类3.3.1种子填充算法（多媒体、讲解60分钟）l 简单的种子填充算法u 四连通种子填充算法u 八连通种子填充算法l 扫描线种子填充算法1. 用课件动画演示三种种子填充算法的具体过程。2. 用板书和课件结合讲解改进型的简单种子填充算法的程序设计拟留作业和思考题：思考题：怎样选择种子，怎样判断种子在多边形里面？作业：小结：掌握用区域填充算法中的三种方法，理解各种算法的优缺点，并能编程实现。种子填充算法的速度如何？它适用于什么场合？还有没有更快的算法？引入下节课的内容。所用知识点：栈结构计算机图形学课程教案授课时间课次7授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第3章 二维图形生成技术第4，5，6节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握多边形扫描线填充算法,理解矢量字符和点阵字符的存储和显示。了解反走样的简单处理方法。教学重点及难点：重点：多边形域填充的简单算法难点：有效边表扫描线填充算法教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段3.3.2多边形扫描线填充算法（多媒体、讲解50分钟）（1）求交点的简单算法 （2）有效边表扫描线填充算法举例用板书推导有效边表扫描线填充过程3.4字符处理（多媒体、讲解15分钟）点阵字符矢量字符3.5属性处理（多媒体、讲解10分钟）3.6反走样（多媒体、讲解15分钟）1.用课件动画演示多边形域填充算法的具体过程。2.用板书和课件结合讲解多边形域填充的简单算法的程序设计拟留作业和思考题：作业：3.3小结：总结多边形扫描线填充算法和种子填充算法的异同点，强调顶点的计算方法。理解矢量字符和点阵字符的存储和显示。了解反走样的简单处理方法。所用知识点：链表结构计算机图形学课程教案授课时间课次8授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第四章 图形变换第1节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：使学生理解齐次坐标方法，掌握二维图形的平移变换、比例变换、旋转变换、错切变换等简单几何变换。理解由简单几何变换组成的复合变换。教学重点及难点：重点：齐次坐标方法难点：复合变换。教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段4.1基本几何变换4.1.1二维图形几何变换（多媒体、讲解10分钟）4.1.2变换的矩阵表示（多媒体、讲解35分钟）4.1.3复合变换（多媒体、讲解30分钟）4.1.4二维几何变换的函数（多媒体、讲解15分钟）1. 用课件演示各种变换的公式。2. 用课件动画演示复合变换的推导过程。3. 用Vc演示各种变换应用程序设计所形成的几何图形。拟留作业和思考题：作业：3.2小结：掌握二维图形的平移变换、比例变换、旋转变换、错切变换等简单几何变换。并能编程实验所用知识点：矩阵的乘法计算机图形学课程教案授课时间课次9授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第四章 图形变换第2节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：使学生掌握三维图形的平移变换、比例变换、旋转变换、对称变换等简单几何变换。理解由简单几何变换组成的复合变换。教学重点及难点：重点：由二维向三维过渡教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段4.2三维图形几何变换4.2.1基本变换4.2.2三维几何变换的函数编程示例，包括演示1.用课件显示三维图形的几何变换矩阵2. 用Vc演示各种变换应用程序设计所形成的几何图形。拟留作业和思考题：作业：小结：由二维变换多渡到三维变换，注意变换矩阵的变化所用知识点：向量、矩阵计算机图形学课程教案授课时间课次10授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第四章 图形变换第3，4节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解参数图形几何变换及常用的坐标系统教学重点及难点：本节课作为了解知识教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段4.3参数图形几何变换4.3.1圆锥曲线的几何变换4.3.2参数曲线、曲面的几何变换44 坐标系统注：用多媒体课件演示教学内容，拟留作业和思考题：作业：小结：计算机图形学课程教案授课时间课次11授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第四章 图形变换第5节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握形体的平行投影的正投影（包括三视图）和斜投影的概念，掌握透视投影中的一点透视和二点透视图的生成，了解三点透视图的生成方法。教学重点及难点：1. 平行投影的正投影、斜投影、一点透视是本节重点。2. 透视投影是本节难点。教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段4.5投影变换4.5.1基本概念（多媒体、讲解10分钟）4.5.2平行投影变换（多媒体、讲解40分钟）（1）正投影（2）斜投影4.5.3透视投影变换（多媒体、讲解40分钟）1.用课件动画演示三维物体的三视图及正轴测投影的形成过程及变换矩阵。2. 用课件动画演示三维物体的斜投影的形成过程及变换矩阵的推导过程。3. 用板书和课件结合讲解两种平行投影的程序设计4 用VB演示两种平行投影程序的运行的结果。拟留作业和思考题：作业：小结：所用知识点：向量、矩阵计算机图形学课程教案授课时间课次12授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第四章 图形变换第7节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌据二维线段和多边形的裁剪方法， 教学重点及难点：1. 二维线段的编码法裁剪，多边形的逐边裁剪法是本节重点。2. 多边形的裁剪是本节难点。教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段4.7图形剪裁（多媒体、讲解10分钟）4.7.1直线的剪裁（多媒体、讲解35分钟）4.7.2多边形的剪裁（多媒体、讲解45分钟）1. 用课件动画演示编码法裁剪直线与多边形的逐边裁剪法裁剪多边的过程。特别要多举实例。2. 用板书和课件结合讲解两种裁剪法的程序设计3. 用Vc演示两种裁剪法程序的运行的结果拟留作业和思考题：作业：小结：所用知识点：二进制的位运算计算机图形学课程教案授课时间课次13授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第五章 曲线与曲面第一节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解曲线曲面的表示方法，熟悉样条的描述方法教学重点及难点：重点：样条描述难点：三次样条教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段 5.1曲线曲面基础5.1.1曲线曲面的参数表示5.1.2插值与逼近5.1.3连续性5.1.4样条描述5.1.3三次样条拟留作业和思考题：作业：小结：计算机图形学课程教案授课时间课次14授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第五章 曲线与曲面第2节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：理解Bzier曲线的定义和性质、掌握二、三次Bzier曲线、n次Bzier曲线应用及变型；教学重点及难点：重点：n次Besize曲线的绘制；Bezier曲线的递推算法难点：n次Besize曲线的程序设计教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段5.2 Beaier曲线5.2.1 Beaier曲线的定义5.2.2 Beaier曲线的性质5.2.3 Beaier曲线的拼接5.2.4 Beaier曲线的离散生成1. 用课件显示Besize曲线的定义公式。2. 用板书和课件结合讲解Besize曲线的性质及Besize曲线程序设计。3. 用板书和课件结合讲解Besize曲线的递推算法及程序设计4用课件显示Bezier曲线的拼接、Bezier曲线的升阶与降阶公式、反算Bezier曲线控制点公式。5. 用VC演示绘制Besize曲线程序的运行的结果。拟留作业和思考题：作业：小结：所用知识点：参数方程、切线、权函数计算机图形学课程教案授课时间课次15授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第五章 曲线与曲面第3节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：理解B样条曲线定义与性质、了解二次和三次B样条曲线及其应用、非均匀B样条曲线、参数曲线段的一般递推式；教学重点及难点：重点：二、三次均匀周期B样条曲线难点：二、三次均匀周期B样条曲线的公式推导教学基本内容、方法及手段教学基本内容方法及手段 5.3 B样条曲线5.3.1 B样条曲线的定义5.3.2 B样条曲线的分类5.3.3 B样条曲线的性质5.3.4 非均匀有理B样条曲线1. 用课件显示B样条曲线的定义公式。2. 用板书和课件结合讲解二、三次均匀周期B样条曲线的计算公式及曲线程序设计。3. 用板书和课件结合讲解准均匀非周期的B样条曲线的计算方法4用课件动画演示B样条曲线的性质。5. 用VC演示绘制二、三次均匀周期B样条曲线程序的运行结果。拟留作业和思考题：作业：小结：所用知识点：分段参数方程、切线、权函数计算机图形学课程教案授课时间课次16授课方式理论课课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：第六章 三维真实感物体显示技术第1节教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：使学生掌握凸多面体的Roberts消隐法，掌握三维图形的深度缓存算法消隐技术，了解多边形区域的排序算法的消隐技术。教学重点及难点：1. 凸多面体的Roberts消隐法，深度缓存算法、简单光反射模型进行三维图形的明暗处理是本章重点。2. 整体光照模型、光透射模、光线跟踪算法