《計算機圖形學》實驗教學大綱

1、計算機圖形學實驗教學大綱課程代碼：COMS2017課程名稱：計算機圖形學 英文名稱：Computer Graphics 實驗室名稱：計算機信息系統(tǒng)實驗室課程學時：54 實驗學時：18一、本課程實驗教學目的與要求1、實驗教學目的（1）加深理解和更好掌握計算機圖形的生成技術和生成各種平面圖形和簡單立體圖形的基本算法，掌握圖形填充、裁剪、圖形變換及圖形消隱等計算機圖形處理的基本方法；（2）鞏固所學知識、激發(fā)實驗興趣、掌握實驗要領，培養(yǎng)對計算機圖形學課程所學知識融會貫通和綜合運用的能力，初步具備在圖形學領域進行研究的能力；（3）提高學生的編程能力，加強分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)； （4）了解和掌握O

2、penGL三維圖形程序設計的基本流程和實現(xiàn)應用技巧，能獨立編寫相應的圖形生成程序，完成指定的實驗任務。2、實驗要求本課程主要設置二種層次的實驗：（1）基本驗證編程（2）綜合編程實驗。整個實驗過程包括預習、選擇實驗習題，編程設計、撰寫實驗報告提交報告，供教師進行批閱。利用本課程提供的教學資源，在規(guī)定時間內，獨立完成算法；實驗結束，學生應認真分析和整理實驗結果，并撰寫實驗報告。二、主要儀器設備及現(xiàn)有臺套數(shù) 學生根據(jù)各個實驗的目的和要求，1人1組，每人提供一臺計算機。編程環(huán)境：TurboC2.0 或者OpenGL或者VC或者Java編程環(huán)境三、實驗課程內容和學時分配該實驗課是非獨立課程，課時數(shù)是18

3、，其中必開的實驗是14課時，另外4課時可從下表中的選開實驗中選擇。序號實驗項目名稱目的、要求實驗內容學時分配實驗類型每組人數(shù)必開、選開1實驗環(huán)境的熟悉及像素點的生成1）熟悉編程環(huán)境；2）了解光柵圖形顯示器的特點，了解計算機繪圖的特點；3）利用相關編程語言作為開發(fā)平臺設計程序，實現(xiàn)像素點的生成算法。1）了解和使用開發(fā)環(huán)境。2）熟悉開發(fā)環(huán)境的基本編輯命令及功能，學會常規(guī)窗口操作；熟悉常用功能菜單命令。3）學習完整的圖形程序開發(fā)過程。4）理解簡單的圖形程序結構。5）了解和使用編程語言提供的基本圖形函數(shù)。6）了解光柵圖形顯示器的特點及利用計算機繪圖函數(shù)。7）像素點的生成。2基礎性1必開2直線的掃描轉換

4、1）掌握Bresenham算法編程繪制直線2）掌握數(shù)值微分算法編程繪制直線1）了解直線生成原理。2）掌握幾種基本的直線生成算法：DDA畫線法、Bresenham畫線法。3）實現(xiàn)直線生成的DDA和Bresenham算法，在屏幕上任意生成一條直線。2基礎設計性1必開3圓生成算法的實現(xiàn)1）理解圓生成的基本原理，2）掌握幾種常見的圓生成算法，3）利用TurboC或OpenGL實現(xiàn)圓生成的中點畫圓算法和Bresenham畫圓算法。1）利用中點畫圓算法，在屏幕上生成任意一段1/8圓弧。2）利用Bresenham畫圓算法，在屏幕上生成任意一段1/8圓弧。3）利用圖的對稱性，將第1）和2）題生成的圓弧擴展為一

5、個整圓。2設計性1必開4曲線生成算法的實現(xiàn)1）掌握三次Bezier曲線的繪制2）掌握二次B樣條曲線的繪制3）實現(xiàn)n次Bezier曲線的繪制1)了解曲線生成的原理。2)掌握曲線生成算法(三次樣條曲線、Bezier曲線、B樣條曲線)。3)實現(xiàn)Bezier曲線的生成算法，在屏幕上任意繪制一條二次Bezier曲線。4)實現(xiàn)Bezier曲線的生成算法，在屏幕上任意繪制一條三次Bezier曲線。2設計性1選開5區(qū)域填充的實現(xiàn)1）理解區(qū)域的表示和類型，能正確區(qū)分四連通和八連通的區(qū)域，2）了解區(qū)域填充的實現(xiàn)原理，3）利用TurboC實現(xiàn)區(qū)域填充的遞歸算法。1）利用畫線函數(shù)，在屏幕上定義一個封閉區(qū)域。2）利用種

6、子填充算法填充第1）題中定義的區(qū)域。2設計性1必開6二維剪裁的實現(xiàn)1）了解二維剪裁的原理（點的剪裁、直線的剪裁、曲線和文字的剪裁），2）實現(xiàn)直線的剪裁算法。1）了解點的剪裁。2）理解直線剪裁的原理。3）了解曲線和文字的剪裁。4）實現(xiàn)直線的編碼裁剪算法，在屏幕上用一個封閉矩形裁剪任意一條直線。2基礎設計性1必開7多邊形裁減1） 通過本次實驗要求學生掌握多邊形區(qū)域掃描線填充的有序邊表算法的基本原理和算法設計。2） 要求畫出算法實現(xiàn)的程序流程圖，實現(xiàn)算法，并演示。1）實現(xiàn)多邊形區(qū)域掃描線填充的有序邊表算法，設計相關的數(shù)據(jù)結構（如鏈表結構、結點結構等），2）將實現(xiàn)的算法應用于任意多邊形的填充，3）注意

7、多邊形的頂點應由鍵盤輸入或鼠標拾取，填充要準確，不能多填也不能少填。2基礎設計性1必開8圖形幾何變換（二維、三維變換）的實現(xiàn)1）進一步掌握理解二維、三維變換的數(shù)學知識、變換原理、變換種類、變換方法；2）進一步理解采用齊次坐標進行二維、三維變換的必要性；3）實現(xiàn)二維、三維圖形的基本變換和復合變換。1)理解使用齊次坐標進行圖形變換的必要性變換的連續(xù)性，使復合變換得以實現(xiàn)。2)掌握二維、三維圖形基本變換的原理和數(shù)學公式。3)實現(xiàn)二維、三維圖形的基本變換和復合變換，在屏幕上顯示變換結果。2基礎設計性1必開9簡單光照明模型的實現(xiàn)1）了解簡單光照模型的基本原理，2）實現(xiàn)物體的真實感圖形。1)了解簡單光照模

8、型的基本原理。2)模擬物體的簡單光照效果，在屏幕上任意繪制30個小球的真實感圖形。2基礎設計性1選開10交互式技術1）了解常用的交互式繪圖技術，2）掌握簡單的橡皮筋技術和菜單技術。1）實現(xiàn)直線的橡皮筋技術繪制；2）菜單是交互式操作中非常好用的一種技術。定義一個菜單至少有2個步驟。第一步，確定菜單中有哪些菜單項，即菜單中要顯示哪些字符串。第二步，把特定的動作與行為“綁定”在一起。當用戶松開將彈出一個菜單的鼠標鍵時，鼠標所在那一行的標識符就會傳遞給菜單回調函數(shù)。2設計性1選開11設計一個簡單的圖形系統(tǒng)1）綜合應用所學計算機圖形學知識解決實際問題，開發(fā)簡單圖形系統(tǒng)。2）加深對所學算法的理解及其在實際

9、環(huán)境中的應用。3）本實驗對學生要求較高，學生至少應該能夠明確程序的流程，并能將前面幾次實驗的成果融合到本系統(tǒng)中。1）可以使用MFC類庫編程實現(xiàn)，或者將前述幾次實驗的算法封裝成類再結合MFC編程實現(xiàn)。2）要求該圖形系統(tǒng)要能繪制簡單的圖形（直線、圓、多邊形等），3）并能實現(xiàn)圖形的拖放，縮放，簡單的圖形變換以及簡單的交互式繪圖。參考實驗步驟：確定系統(tǒng)功能，劃分功能模塊確定各主要功能模塊的算法，如果使用前幾次實驗的結果，則需考慮如何修改前幾次實驗的算法，并對他們進行封裝（封裝成類）確定系統(tǒng)的布局（工作區(qū)、工具欄、菜單等），設計工具欄及菜單確定消息響應機制，確定菜單中繪圖命令及工具欄的響應函數(shù)，同時確定

10、各函數(shù)的內部算法編程實現(xiàn)上述功能，注意每添加一個功能就應測試一次程序。2綜合設計性1選開四、考核方式1、實驗報告：本門課程實驗對實驗報告的要求（應包括對報告內容的要求）（1）完整敘述實驗內容和要求（2）提出具體的設計，說明核心算法，（3）附上完整的源代碼和實驗結果（4）分析實驗結果2、考核方式實驗課程考核為綜合評分制。實驗總成績由平時成績和期末測試成績兩部分組成。實驗課成績占課程總成績30%。A：平時成績（50分）1）課前準備、預習（10分）2）實驗態(tài)度（5分）3）檢查源代碼（20分）4）實驗報告（15分）B：期末測試成績（50分）期末測試由實驗指導教師根據(jù)課程特點設計若干個綜合性較強的實驗作

11、為考試內容，由學生抽簽定題。最后的成績由主考教師參照不同實驗的要求和內容，進行綜合評價。五、實驗教材、參考書1、教材：編者.書名.出版社.出版年份唐澤圣，計算機圖形學，清華大學出版社，2、參考書：（1）孫家廣等.計算機圖形學（第三版），清華大學出版社，1998年版（2）Foley J，Dam A V，F(xiàn)undamentals of Interactive Computer Graphics，Addison-Wesley ，1982（3）Foley J，Dam A V，F(xiàn)einer S，Hughes J，Phillips R.Computer Graphics；Principles and Practice.2nd Ed