《计算机图形学》课程教学大纲

1、计算机图形学课程教学大纲 课程编码：171120130课程性质：任选课适用专业： 信息与计算科学、信息管理与信息系统、统计学、数学学时学分： 48学时，3.0学分所需先修课：C+程序设计、高等数学、线性代数、数据结构编写单位： 数学与信息科学系一、课程说明 1、课程简介计算机图形学是计算机科学与技术专业本科教学中的一门重要的专业课。在计算机科学与技术专业的教学计划中占有重要地位和作用，其主要特点是理论与实践结合性强，是许多后续课程(如图像处理，模式识别，多媒体技术，虚拟现实，计算机视觉等)的基础课程，在CAD/CAM、（汽车、船舶、飞机的）外形设计、计算机动画、计算机艺术、过程控制、系统环境模

2、拟、地理信息系统、科学计算的可视化等领域都有重要的应用。 2、教学目标要求 学习本课程旨在使学生掌握基本图形生成算法、图形变换与裁剪、真实感图形生成算法、计算机动画技术的基本原理，在此基础上，通过编写算法实现程序加深对图形学基本内容的理解，提高用理论指导实践的能力，为学生今后学习其他相关课程和从事计算机图形学及其应用方面的研究打下坚实基础。3、教学重点难点本课程的教学重点是：计算机图形学及图形系统的基本概念，图形外围设备的工作原理和特性，计算机图形标准的基本知识；基本图元及常用曲线的生成算法。本课程的教学难点是：投影变换、图形变换、裁剪、填充等图形处理的常用算法；三维形体及常用曲面的表示方法，

3、三维图形的消隐问题；真实感图形的基本理论与算法。4、考核方式 本课程是考查课，考查的形式是撰写论文，成绩由平时成绩及期末论文成绩合成。其中，平时成绩占40%，期末论文成绩占60%。5、学时分配表章次教学内容理论课学时数实验（实践）课学时数第一章计算机图形学的发展历史，研究内容，应用领域11第二章计算机图形系统，Windows操作系统下图形程序开发方法，OpenGL介绍33第三章光栅图形学概述，线的生成算法，区域的填充，文字的生成，用Visual C+生成基本图形，用OpenGL生成基本图形66第四章几何变换，坐标变换，显示变换，裁剪，OpenGL坐标变换机制55第五章窗口系统、事件驱动模式，交

4、互式的显示控制技术，交互式的图形生成技术，交互式的图形编辑技术，OpenGL对图形交互的支持44第六章消隐技术，光照技术，细节模拟，阴影的生成，图形反走样技术，用OpenGL生成真实感图形55小计2424总计48二、各部分教学纲要第一章 绪论（2学时）教学目标掌握图形学的研究内容；了解图形学的发展历史；熟悉图形学的应用领域；了解当前的研究热点。本章重点计算机图形学的研究内容和应用。本章难点 计算机图形学的当前主要研究课题。教学内容第一节 计算机图形学的发展历史1 起源2 计算机图形学硬件设备的发展3 计算机图形学算法研究的发展第二节 计算机图形学的研究内容第三节 计算机图形学的应用领域思考题1

5、、计算机图形学的研究内容是什么？2、计算机图形学、图像处理、计算几何之间是什么关系？第二章 计算机图形系统（6学时）教学目标了解一个计算机图形系统的组成；了解计算机图形软件及标准；熟练掌握Windows操作系统下图形程序开发方法；熟悉OpenGL。本章重点计算机图形系统的构成、光栅图形显示器的显示原理。本章难点 光栅图形显示器的显示原理。教学内容第一节 概述1 计算机图像外部设备2 计算机图像软件3 图像标准第二节 Windows操作系统下图形程序开发方法1 Windows应用程序执行模式2 基本的Windows应用程序3 Windows图形环境4 Windows图形程序开发方法第三节 Ope

6、nGL介绍1 OpenGL背景2 OpenGL主要功能3 OpenGL的绘制流程和原理4 使用Visual C+开发OpenGL绘图程序的基本方法5 OpenGL的缓冲区思考题1、当显示器分辨率为1024768时，计算24位位图需要的帧缓冲内存。2、通用编程软件包和专业应用图形软件包的区别。第三章 基本光栅图形生成技术（12学时）教学目标掌握线的生成算法；掌握区域的填充算法；了解文字的生成；掌握用VC+生成基本图形的方法；掌握用OpenGL生成基本图形的方法。本章重点基本图元生成算法、OpenGL中基本几何图形的绘制以及应用。本章难点 圆和椭圆的生成算法、应用OpenGL中的几何图元设计场景。

7、教学内容第一节 光栅图形学概述 第二节 线的生成算法1 直线的生成算法2 圆弧的生成算法第三节 区域的填充1 扫描线算法2 种子填充算法3 区域图案填充算法第四节 文字的生成1 点阵字符2 矢量字符第五节 用Visual C+生成基本图形1 图形设备接口2 Visual C+绘图方法第六节 用OpenGL生成基本图形1 用OpenGL生成点2 用OpenGL生成直线3 用OpenGL生成区域图形4 用OpenGL生成字符5 OpenGL的颜色缓冲区思考题1、比较基本算法与DDA算法的区别与联系。2、画出用Bresenham算法进行直线段扫描转换时的光栅点的位置，其中直线段的起点是(1，1)，终

8、点是(8，5)。第四章 图形变换（10学时）教学目标掌握几何变换、坐标变换、显示变换及其关系；掌握图形显示中的裁剪方法；掌握OpenGL坐标变换机制。本章重点几何变换的矩阵表示、在OpenGL中的实现以及应用、二维图形裁剪算法，三维图形变换、在OpenGL中的实现以及应用、三维观察和裁剪。本章难点 二维图形变换和裁剪的应用，投影变换。教学内容第一节 几何变换1 几何变换的概念和作用2 基本几何变换3 组合几何变换与齐次坐标第二节 坐标变换1 坐标变换的概念与作用2 基本坐标变换方法3 齐次坐标下的坐标变换方法第三节 几何变换与坐标变换的关系第四节 显示变换1 如何将图形显示到窗口中2 基窗口到

9、视区的变换3 透视投影变换4 平行投影变换5 视坐标系与视变换6 窗口到三维空间的变换第五节 裁剪1 裁剪的概念与作用2 线段的裁剪3 多边形的裁剪第六节 OpenGL坐标变换机制1 OpenGL中与变换有关的数据结构2 OpenGL中的ModelView变换使用方法3 OpenGL的投影4 OpenGL的深度缓冲区思考题1、写出三维图形几何变换的一般表达形式，并说明其中各子矩阵的变换功能。2、写出空间一点对任意平面的对称点的组合变换矩阵。3、利用坐标变换的方法求解相对于任意点的缩放问题。第五章 交互绘图技术（8学时）教学目标以Windows操作系统为例，介绍窗口、面向对象、消息传递及事件驱动

10、等基本概念，在此基础上讨论基于消息传递、事件驱动的面向对象编程模式。本章重点各种交互任务。本章难点 各种交互任务的实现。教学内容第一节 窗口系统、事件驱动模式1 窗口2 事件驱动模式3 Windows下基于消息的事件驱动编程4 MFC中的事件驱动编程5 状态与事件结合程序控制模式第二节 交互式的显示控制技术1 场景充满窗口（FitWindow）的控制方法2 旋转操作的交互控制方法3 平移操作的交互控制方法4 缩放操作的交互控制方法第三节 交互式的图形生成技术1 交互式绘图概述2 坐标的输入技术3 橡皮筋技术第四节 交互式的图形编辑技术1 交互式图形编辑的基本方法2 图形元素拾取技术第五节 Op

11、enGL对图形交互的支持1 用OpenGL的反向坐标变换实现三维坐标输入2 用OpenGL缓冲区技术实现橡皮筋功能3 OpenGL中的选择机制思考题1、了解图形交互技术，分别用MFC和OpenGL实现直线的交互绘图。2、用GDI绘图功能，编制一个二维图形显示控制功能，实现二维图形的充满、放大、缩小和平移，并显示进行实验验证。第六章 真实感图形的生成技术（10学时）教学目标掌握几种消隐技术；掌握简单光照技术；掌握物体表面细节的模拟方法；了解阴影的生成方法；OpenGL生成真实感图形的方法。本章重点图形消隐的概念，常用的各种消隐算法，尤其是Z缓冲区算法。本章难点 图形消隐的概念，消隐算法所需要的数

12、据结构。教学内容第一节 消隐技术1 消隐技术的综合介绍2 多面体隐藏线消除3 Z缓冲器消隐算法第二节 光照技术1 简单光照模型2 光线跟踪与辐射度方法介绍第三节 物体表面细节的模拟1 颜色纹理映射技术2 几何纹理映射技术3 环境映射技术第四节 阴影的生成1 影域多边形方法2 Z缓冲方法第五节 图形反走样技术第六节 用OpenGL生成真实感图形1 OpenGL的光照环境设置方法2 OpenGL的物体材料特性的设置3 OpenGL的纹理映射方法思考题1、采用Z缓冲算法实现两个三角形之间的消隐，第一个三角形的顶点为：(1，0，0)，(0，2，0)和(0，0，1)；第二个三角形的顶点为：(0，0，0)，(1，0，1)和(0，2，1)。2、用Gouraud明暗处理方法生成一个圆球的真实感显示图。3、使用OpenGL绘制四个茶壶