《计算机图形学》课程教学大纲

计算机图形学课程教学大纲ComputerGraphics学时数：56其中：实训学时：8课外学时：0学分数：3.5一、课程的性质、目的和任务本课程为信息与计算科学（本科）专业课，其目的和任务是通过本课程的学习，能够掌握计算机图形学的基本理论知识与方法，了解计算机图形学的发展历史，熟悉掌握计算机图形学的图形算法基础，了解计算机图形学应用领域，具备应用计算机图形学知识编写软件解决实际问题的能力，并能够进行常用图形的绘制与可视化。使学生为信息与计算科学专业的后续相关课程的学习作好充分的准备。通过本课程的学习，要使学生获得以下知识：1．计算机图形学的发展简介；2．直线和直线图形；3．多边形；4．二次曲线；5．图形变换与裁剪；6．自由曲线和自由曲面；7．图形计算与图形的数据结构；8.图形消隐、光照与色彩；9．计算机动画简介。二、课程教学的基本要求（一）计算机图形学的发展简介1．了解计算机图形学的研究内容与相关学科的关系。2．了解计算机图形学的发展与应用。（二）直线和直线图形1．掌握直线以及直线的绘制。2．掌握生成直线的几种常用算法。3．了解线宽和线型。（三）多边形1．理解多边形的概念2．掌握多边形的填充及填充算法。3．理解反走样基础。（四）二次曲线1．掌握圆弧的生成算法。2．掌握椭圆的生成算法。3．理解圆弧线宽的处理。（五）图形变换与裁剪1．掌握二维图形的几何变换。2．掌握三维图形的几何变换。3．掌握投影变换。4．理解窗口图形变换。5．掌握二维裁剪及其常用算法。6．理解多边形裁剪及其常用算法。7．了解字符裁剪。（六）自由曲线和自由曲面1．掌握Bézier曲线。2．了解拟合、插值与样条概念。3．理解二、三次参数样条曲线。4．掌握B样条曲线。5．掌握Bézier曲面及其拼接。6．理解Coons曲面。7．理解B样条曲面。（七）图形消隐、光照与色彩1．掌握图形消隐处理的基本原理。2．理解凸多面体的消隐处理。3．理解一般平面立体的消隐处理。4．了解光栅图形消隐。5，了解曲面的消隐。6．理解光照模型与明暗处理。7．了解彩色模型。（八）图形计算与图形的数据结构1.曲线、曲面的交点和交线的计算方法。2.包含与重叠。3.凸包的计算。4.图形的表示方法。5.图形的数据结构。（九）计算机动画简介1．了解动画技术的起源、发展与应用。2．理解传统动画。3．理解计算机动画。4．理解计算机动画中的常用技术。三、课程的教学内容、重点和难点第一章计算机图形学的发展简介一、计算机图形学的研究内容与相关学科的关系二、计算机图形学的发展与应用（一）计算机图形学的发展与应用（二）常用的图形输入/输出设备，计算机图形系统重点：计算机图形学的研究内容；难点：计算机图形学的研究内容与应用领域，计算机图形系统。第二章直线和直线图形一、直线以及直线的绘制（一）直线的绘制的四点要求二、生成直线的几种常用算法（一）逐点比较法、（二）数值微分法、（三）Bresenham法。三、线宽和线型（一）线宽和线型的计算机实现重点：直线以及生成直线的几种常用算法；难点：生成直线的几种常用算法。第三章多边形一、多边形的概念（一）凸多边形与凹多边形（二）多边形的描述 二、多边形的填充及填充算法（一）点是否在多边形内部的检验，连贯性原理 （二）多边形的填充算法：扫描线算法、边填充算法、种子填充算法。三、反走样基础（一）简单的区域反走样算法（二）卷积积分与反走样算法。重点：多边形的填充：扫描线算法、边填充算法、种子填充算法；难点：卷积积分与反走样算法。第四章二次曲线一、圆弧的生成算法（一）圆弧的逐点补差法（二）圆弧的正负法（三）圆弧的Bresenham法。二、椭圆的生成算法三、圆弧线宽的处理重点：圆弧的生成算法；难点：圆弧的逐点补差法、圆弧的正负法、圆弧的Bresenham法。第五章图形变换与裁剪一、二维图形的几何变换（一）平移变换、比例变换、旋转变换、对称变换、错切变换。二、三维图形的几何变换（一）平移变换、绅缩变换、旋转变换、对称变换。三、投影变换（一）平行投影、透视投影。四、窗口视图变换五、二维裁剪及其常用算法（一）Suther-Cohen分割线算法、中点分割算法。六、多边形裁剪及其常用算法（一）凹区域裁剪—Weiler-Atherton算法。七、字符裁剪重点：二维图形与三维图形的几何变换；多边形裁剪及其常用算法；难点：Suther-Cohen分割线算法、中点分割算法；凹区域裁剪—Weiler-Atherton算法。第六章自由曲线和自由曲面一、Bézier曲线（一）Bézier曲线的定义与性质，二、三次Bézier曲线（二）n次Bézier曲线应用二、拟合、插值与样条概念（一）数据拟合与最小二乘法（二）多项式插值及参数化，样条函数概念三、二、三次参数样条曲线（一）参数连续与几何连续的概念（二）二、三次参数样条曲线四、B样条曲线（一）二、三次B样条曲线，非均匀B样条曲线（二）参数曲线段的一般递推式五、Bézier曲面及其拼接 （一）矩形域上的Bézier曲面（二）三角域上的Bézier曲面六、Coons曲面（一）双三次Coons曲面，布尔和形式的Coons曲面七、B样条曲面（一）双三次B样条曲面重点：Bézier曲线，B样条曲线，Bézier曲面，Coons曲面，B样条曲面；难点：非均匀B样条曲线，双三次Coons曲面，双三次B样条曲面。第七章图形消隐、光照与色彩一、图形消隐处理的基本原理二、凸多面体的消隐处理（一）Roberts方法三、一般平面立体的消隐处理四、光栅图形消隐（一）深度存储算法、扫描线算法、区间连贯性算法、Warnock方法五、曲面的消隐（一）曲面立体的消隐（二）高程线算法（三）参数曲面的消隐。六、光照模型与明暗处理（一）简单的光照模型（二）法线的计算，反射光线矢量七、彩色模型 （一）Gourand明暗处理（二）Phong明暗处理（三）彩色模型。重点：凸多面体的消隐，光栅图形消隐，曲面的消隐，光照模型与明暗处理；难点：图形消隐处理的算法，光照模型与明暗处理算法。第八章图形计算与图形的数据结构一、曲线、曲面的交点和交线的计算方法（一）直线与曲线的交点（二）直线与平面的交点（三）直线与曲面的交点（四）平面与曲面的交线（五）曲面与曲面的交线二、包含与重叠（一）线段与区域的重叠（二）区域与区域的重叠三、凸包的计算四、图形的表示方法（一）数学表示的若干方法（二）其它表示方法五、图形的数据结构（一）图形的数据结构（二）图形的数据库重点：线与线、线与面的交点，面与面的交线，重叠，图形的表示方法，图形的数据结构；难点：包含与重叠，凸包的计算，图形的数据结构。第九章计算机动画简介一、动画技术的起源、发展与应用二、传统动画（一）传统动画的制作过程三、计算机动画（一）计算机动画的分类（二）计算机辅助动画四、计算机动画中的常用技术（一）关键桢技术，样条驱动技术，Morphing和FFD变形技术重点：计算机动画，计算机动画中的常用技术；难点：计算机动画中的常用技术：关键桢技术，样条驱动技术，Morphing和FFD变形技术。四、课程各教学环节要求（一）本课程共安排56课时，其中上课50学时，上机8学时。（二）本课程作业共布置30题，通过作业的练习，是学生达到巩固知识，消化内容的目的，具体题量分布见下表。（三）本课程采用闭卷考试形式，其中80%为基本内容，其余为基本图形的描绘和提高题，重点考察学生对本课程内容的掌握程度。五、学时分配教学内容各教学环节学时分配作业题量备注章节主要内容讲授实验讨论习题课外其它小计一计算机图形学的发展简介444二直线和直线图形6285三多边形442四二次曲线6282五图形变换与裁剪885六自由曲线和自由曲面104144七图形消隐、光照与色彩444八图形计算与图形的数据结构443九计算机动画简介221合计4885630六、课程与其它课程的联系该门课程是信息与计算科学本科专业的专业必修课程。通过本课程的学习，使学生掌握计算机图形学的基本理论知识与方法，熟悉图形应用程序设计的基本过程，同时为后续课程的学习打下一个良好基础。七、教材与教学参考书（一）教材罗笑南王若梅编著.计算机图形学