《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程教學(xué)大綱

《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱(chēng)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)ComputerGraphics課程編碼OSI122621030開(kāi)課院部海洋與空間信息學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)數(shù)據(jù)可視化學(xué)分3.0課內(nèi)學(xué)時(shí)54講授36實(shí)驗(yàn)0上機(jī)18實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)0適用專(zhuān)業(yè)地理信息科學(xué)授課語(yǔ)言中文先修課程線(xiàn)性代數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程簡(jiǎn)介（限選）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課，主要研究計(jì)算機(jī)表示、生成、處理和顯示圖形，它是圖像處理、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)繪圖、計(jì)算機(jī)藝術(shù)等各種計(jì)算機(jī)應(yīng)用科學(xué)的重要基礎(chǔ)。在地理信息科學(xué)中，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與地理信息在計(jì)算機(jī)中的二維和三維圖形的生成和顯示、渲染等息息相關(guān)，是地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的重要技術(shù)組成部分。本課程主要介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中與GIS密切相關(guān)的概念、理論和算法，使學(xué)生在了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、理論的基礎(chǔ)上，理解和掌握基本的和實(shí)用的圖形生成和渲染算法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)GIS的相關(guān)知識(shí)奠定學(xué)科基礎(chǔ)。Computergraphicsisatechnicalbasiccourseincomputerscienceandtechnology,aswellasrelatedprofessions.Itmainlyfocusesoncomputerrepresentation,generation,processingandgraphicaldisplay,layingtheimportantfoundationforimageprocessing,patternrecognition,computeraideddesignandcomputeraidedmanufacturing,computergraphics,computerartandothercomputationalappliedsciences.Ingeographicinformationscience,computergraphicsandgeographicinformationarecloselyboundupin2Dand3Dcomputergraphicsgenerationanddisplay,rendering,etc.TheyareimportanttechnologycomponentsforGISapplications.Thiscoursemainlyintroducestheconcept,theoryandalgorithmwhicharecloselyrelatedtoGISincomputergraphics,tomakethestudentsunderstandandmastertheelementaryandpracticalgraphicalgenerationandrenderingalgorithm,onthebasisofknowingbasicconceptsandtheoriesincomputergraphics,therebylayingthedisciplinefoundationforfurtherstudyofGISrelatedknowledge.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：全面掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念。掌握?qǐng)D形處理的基本原理以及各種相關(guān)的算法，全面、系統(tǒng)地了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)中的特殊的處理方法。是2.12.12M2目標(biāo)2：理解和掌握二維圖形顯示流程和三維圖形顯示流程，進(jìn)一步掌握真實(shí)感圖形顯示技術(shù)。是2.32.33M3目標(biāo)3：注重培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考的能力，結(jié)合理論和實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)和提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)對(duì)各種算法的深入學(xué)習(xí)和扎實(shí)掌握，從而能夠針對(duì)實(shí)際問(wèn)題的解決提出適宜的方法和模型。是3.13.1三、課程內(nèi)容序號(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)1第1章第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述本章重點(diǎn)難點(diǎn)：圖形學(xué)定義和學(xué)習(xí)方法////21.11.1圖形學(xué)定義圖形學(xué)定義、內(nèi)容體系、相關(guān)學(xué)科M11講授1自學(xué)資料31.21.2圖形學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域和學(xué)習(xí)方法圖形學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展、學(xué)習(xí)方法M11講授、討論1課后作業(yè)4第2章第2章計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：光柵掃描圖形顯示系統(tǒng)////52.12.1圖形系統(tǒng)組成與體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成，硬件系統(tǒng)的功能和工作原理，軟件系統(tǒng)的架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)M11講授1自學(xué)資料62.22.2圖形顯示系統(tǒng)圖形顯示系統(tǒng)原理，顯示設(shè)備，顯示方式，光柵掃描圖形顯示系統(tǒng)M11講授1課后作業(yè)7第3章第3章二維圖形光柵化本章重點(diǎn)難點(diǎn)：直線(xiàn)、圓和多邊形的光柵化////83.13.1直線(xiàn)和圓的光柵化直線(xiàn)和圓的逐點(diǎn)比較法和Bresenham算法，中點(diǎn)線(xiàn)算法M24講授2課后作業(yè)93.23.2多邊形光柵化多邊形的逐點(diǎn)填充算法，掃描線(xiàn)填充法、活動(dòng)邊表填充法M21講授1自學(xué)資料103.33.3區(qū)域填充、字符和反走樣區(qū)域圖形的填充算法，字符的定義和處理方法，走樣定義及反走樣技術(shù)M21講授1自學(xué)資料113.43.4裁剪點(diǎn)的裁剪，直線(xiàn)裁剪，多邊形裁剪M22講授1自學(xué)資料12實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)1：圖形開(kāi)發(fā)庫(kù)安裝與配置安裝OpenGL，并對(duì)OpenGL圖形程序進(jìn)行配置M32上機(jī)1編寫(xiě)程序&撰寫(xiě)報(bào)告13實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)2：基本圖形光柵化（一）直線(xiàn)的光柵化M32上機(jī)1編寫(xiě)程序&撰寫(xiě)報(bào)告14實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)3：基本圖形光柵化（二）圓弧光柵化及區(qū)域填充M32上機(jī)1編寫(xiě)程序&撰寫(xiě)報(bào)告15第4章第4章圖形幾何變換與觀察本章重點(diǎn)難點(diǎn)：三維觀察流水線(xiàn)，透視投影變換////164.14.1二維幾何變換二維基本變換，復(fù)合變換，二維坐標(biāo)系間的變換M22講授1自學(xué)資料174.24.2三維幾何變換三維基本變換，復(fù)合變換，三維坐標(biāo)系間的變換；幾何變換模式M22講授1課后作業(yè)184.34.3三維觀察三維觀察流水線(xiàn)，世界坐標(biāo)系，觀察坐標(biāo)系，投影坐標(biāo)系等M22講授1自學(xué)資料194.44.4觀察變換觀察變換定義，實(shí)現(xiàn)過(guò)程M22講授1自學(xué)資料204.54.5投影變換投影變換定義，分類(lèi)，平行投影，透視投影M22講授1自學(xué)資料21實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)4：圖形二維幾何變換使用OpenGL對(duì)圖形進(jìn)行二維幾何變換M32上機(jī)1編寫(xiě)程序&撰寫(xiě)報(bào)告22實(shí)驗(yàn)5實(shí)驗(yàn)5：圖形三維幾何變換使用OpenGL對(duì)圖形進(jìn)行三維幾何變換M32上機(jī)1編寫(xiě)程序&撰寫(xiě)報(bào)告23實(shí)驗(yàn)6實(shí)驗(yàn)6：投影變換使用OpenGL對(duì)圖形進(jìn)行投影變換M32上機(jī)1編寫(xiě)程序&撰寫(xiě)報(bào)告24第5章第5章三維形體表示本章重點(diǎn)難點(diǎn)：三維實(shí)體表示方法////255.15.1三維實(shí)體表示方法實(shí)體的定義和性質(zhì)、實(shí)體邊界數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，實(shí)體的表示方法和運(yùn)算方法，三維實(shí)體表示基礎(chǔ)，三維實(shí)體表示方法如邊界表示，掃描表示，構(gòu)造實(shí)體表示等M12講授1自學(xué)資料265.25.2曲線(xiàn)和曲面空間曲線(xiàn)和曲面的生成算法?？臻g曲線(xiàn)包含Hermite曲線(xiàn)、Bezier曲線(xiàn)和B樣條曲線(xiàn)，空間曲面包含孔斯曲面、Bezier曲面和B樣條曲面M24講授2課后作業(yè)27實(shí)驗(yàn)7實(shí)驗(yàn)7：三維圖形顯示使用OpenGL對(duì)三維實(shí)體顯示M32上機(jī)1編寫(xiě)程序&撰寫(xiě)報(bào)告28第6章第6章真實(shí)感圖形技術(shù)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：真實(shí)感圖形及光照模型，紋理映射技術(shù)////296.16.1圖形消隱技術(shù)外法線(xiàn)消隱算法、深度緩存消隱算法和掃描線(xiàn)轉(zhuǎn)換算法M12講授1自學(xué)資料306.26.2真實(shí)感圖形及光照模型圖形的顏色模型，簡(jiǎn)單光照明模型，常見(jiàn)明暗處理技術(shù)M22講授1自學(xué)資料316.36.3紋理映射技術(shù)紋理映射概述，顏色紋理映射，幾何紋理映射M22講授1課后作業(yè)32實(shí)驗(yàn)8實(shí)驗(yàn)8：圖形真實(shí)感顯示使用OpenGL為三維實(shí)體賦上光照和材質(zhì)效果M32上機(jī)1編寫(xiě)程序&撰寫(xiě)報(bào)告33第7章第7章交互技術(shù)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：交互技術(shù)////347.17.1人機(jī)交互界面用戶(hù)接口模型，信息輸入控制方式M11講授1自學(xué)資料357.27.2交互技術(shù)交互輸入技術(shù)，交互控制技術(shù)，圖形拾取技術(shù)M21講授1課后作業(yè)36實(shí)驗(yàn)9實(shí)驗(yàn)9：綜合編程實(shí)踐實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)、地球、月亮三天體間的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)畫(huà)M32上機(jī)2編寫(xiě)程序&撰寫(xiě)報(bào)告四、考核方式序號(hào)考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評(píng)占比1平時(shí)作業(yè)1.布置6次平時(shí)作業(yè)，包括課后作業(yè)、章節(jié)測(cè)試。2.成績(jī)采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否獨(dú)立完成評(píng)分。3.考核學(xué)生對(duì)圖形學(xué)基本算法知識(shí)的掌握情況。20%2上機(jī)實(shí)驗(yàn)1.上機(jī)編程實(shí)踐18學(xué)時(shí)，分9次完成。2.成績(jī)采用百分制，根據(jù)實(shí)驗(yàn)完成情況評(píng)分。3.考核學(xué)生綜合運(yùn)用C++與OpenGL實(shí)現(xiàn)所學(xué)圖形算法的編程實(shí)踐能力。30%3考勤隨機(jī)點(diǎn)名、刷卡點(diǎn)名等5%4課堂表現(xiàn)隨機(jī)檢查學(xué)生上課精神狀態(tài)、回答問(wèn)題情況5%5期末考試1.閉卷考試，成績(jī)采用百分制，卷面成績(jī)總分100分，根據(jù)答題的準(zhǔn)確性和完整性評(píng)分。2.考核學(xué)生對(duì)本課程基本知識(shí)的掌握，以及綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；題型主要有名詞解釋、簡(jiǎn)述題、綜合題（推導(dǎo)、分析和計(jì)算）。40%五、評(píng)分細(xì)則序號(hào)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評(píng)分等級(jí)1M1/30%A-作業(yè)未能按時(shí)完成；作業(yè)不規(guī)范，思路混亂。B-獨(dú)立思考、按時(shí)完成；作業(yè)比較規(guī)范、思路比較清晰、步驟比較完整、答案基本準(zhǔn)確。C-獨(dú)立思考、按時(shí)完成；作業(yè)比較規(guī)范、思路比較清晰、步驟比較完整、答案準(zhǔn)確。D-獨(dú)立思考、按時(shí)完成；作業(yè)規(guī)范、思路清晰、步驟完整、答案準(zhǔn)確。2M3/30%A-未提交編程作業(yè)，未實(shí)現(xiàn)編程實(shí)踐任務(wù)，程序撰寫(xiě)不規(guī)范導(dǎo)致無(wú)法編譯，抄襲網(wǎng)絡(luò)資源，無(wú)法準(zhǔn)備說(shuō)明代碼涵義。B-所提交的編程作業(yè)可以編譯并運(yùn)行出結(jié)果，但無(wú)法準(zhǔn)備說(shuō)明每行代碼涵義，代碼缺乏注釋?zhuān)a運(yùn)行中提示警告，圖形界面欠優(yōu)化。C-完成上機(jī)編程任務(wù)，代碼邏輯結(jié)構(gòu)清晰有注釋?zhuān)幾g執(zhí)行圖形窗口運(yùn)行良好，能夠獨(dú)立演示程序并基本描述所運(yùn)用的圖形學(xué)算法。D-獨(dú)立完成編程實(shí)踐任務(wù)，代碼撰寫(xiě)認(rèn)真規(guī)范，可以獨(dú)立演示并明確陳述所運(yùn)用的圖形學(xué)算法，程序運(yùn)行正確、流暢、穩(wěn)定、無(wú)警告提示等。3M2/40%（見(jiàn)試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）評(píng)分等級(jí)說(shuō)明：[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59];[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,B]=[80-100,0-79]六、教材與參考資料序號(hào)教學(xué)參考資料明細(xì)1圖書(shū)|計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)（OpenGL版）（第2版）,