《計算機圖形學》課程教學大綱

《計算機圖形學》教學大綱一、課程基本信息課程名稱計算機圖形學ComputerGraphics課程編碼OSI122621030開課院部海洋與空間信息學院課程團隊數(shù)據(jù)可視化學分3.0課內(nèi)學時54講授36實驗0上機18實踐0課外學時0適用專業(yè)地理信息科學授課語言中文先修課程線性代數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程簡介（限選）計算機圖形學是計算機科學與技術(shù)及其相關(guān)專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，主要研究計算機表示、生成、處理和顯示圖形，它是圖像處理、模式識別、計算機輔助設(shè)計、計算機輔助制造、計算機繪圖、計算機藝術(shù)等各種計算機應(yīng)用科學的重要基礎(chǔ)。在地理信息科學中，計算機圖形學與地理信息在計算機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。本課程主要介紹計算機圖形學中與GIS密切相關(guān)的概念、理論和算法，使學生在了解計算機圖形學的基本概念、理論的基礎(chǔ)上，理解和掌握基本的和實用的圖形生成和渲染算法，為進一步學習GIS的相關(guān)知識奠定學科基礎(chǔ)。Computergraphicsisatechnicalbasiccourseincomputerscienceandtechnology,aswellasrelatedprofessions.Itmainlyfocusesoncomputerrepresentation,generation,processingandgraphicaldisplay,layingtheimportantfoundationforimageprocessing,patternrecognition,computeraideddesignandcomputeraidedmanufacturing,computergraphics,computerartandothercomputationalappliedsciences.Ingeographicinformationscience,computergraphicsandgeographicinformationarecloselyboundupin2Dand3Dcomputergraphicsgenerationanddisplay,rendering,etc.TheyareimportanttechnologycomponentsforGISapplications.Thiscoursemainlyintroducestheconcept,theoryandalgorithmwhicharecloselyrelatedtoGISincomputergraphics,tomakethestudentsunderstandandmastertheelementaryandpracticalgraphicalgenerationandrenderingalgorithm,onthebasisofknowingbasicconceptsandtheoriesincomputergraphics,therebylayingthedisciplinefoundationforfurtherstudyofGISrelatedknowledge.負責人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務(wù)自選1M1目標1：全面掌握計算機圖形學的基本概念。掌握圖形處理的基本原理以及各種相關(guān)的算法，全面、系統(tǒng)地了解計算機圖形學在計算機應(yīng)用技術(shù)中的特殊的處理方法。是2.12.12M2目標2：理解和掌握二維圖形顯示流程和三維圖形顯示流程，進一步掌握真實感圖形顯示技術(shù)。是2.32.33M3目標3：注重培養(yǎng)學生的獨立思考的能力，結(jié)合理論和實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)和提高學生分析問題和解決問題的能力。通過對各種算法的深入學習和扎實掌握，從而能夠針對實際問題的解決提出適宜的方法和模型。是3.13.1三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標課內(nèi)學時教學方式課外學時課外環(huán)節(jié)1第1章第1章計算機圖形學概述本章重點難點：圖形學定義和學習方法////21.11.1圖形學定義圖形學定義、內(nèi)容體系、相關(guān)學科M11講授1自學資料31.21.2圖形學應(yīng)用領(lǐng)域和學習方法圖形學應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展、學習方法M11講授、討論1課后作業(yè)4第2章第2章計算機圖形系統(tǒng)本章重點難點：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)計算機圖形系統(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)和標準M11講授1自學資料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難點：直線、圓和多邊形的光柵化////83.13.1直線和圓的光柵化直線和圓的逐點比較法和Bresenham算法，中點線算法M24講授2課后作業(yè)93.23.2多邊形光柵化多邊形的逐點填充算法，掃描線填充法、活動邊表填充法M21講授1自學資料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自學資料113.43.4裁剪點的裁剪，直線裁剪，多邊形裁剪M22講授1自學資料12實驗1實驗1：圖形開發(fā)庫安裝與配置安裝OpenGL，并對OpenGL圖形程序進行配置M32上機1編寫程序&撰寫報告13實驗2實驗2：基本圖形光柵化（一）直線的光柵化M32上機1編寫程序&撰寫報告14實驗3實驗3：基本圖形光柵化（二）圓弧光柵化及區(qū)域填充M32上機1編寫程序&撰寫報告15第4章第4章圖形幾何變換與觀察本章重點難點：三維觀察流水線，透視投影變換////164.14.1二維幾何變換二維基本變換，復合變換，二維坐標系間的變換M22講授1自學資料174.24.2三維幾何變換三維基本變換，復合變換，三維坐標系間的變換；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，世界坐標系，觀察坐標系，投影坐標系等M22講授1自學資料194.44.4觀察變換觀察變換定義，實現(xiàn)過程M22講授1自學資料204.54.5投影變換投影變換定義，分類，平行投影，透視投影M22講授1自學資料21實驗4實驗4：圖形二維幾何變換使用OpenGL對圖形進行二維幾何變換M32上機1編寫程序&撰寫報告22實驗5實驗5：圖形三維幾何變換使用OpenGL對圖形進行三維幾何變換M32上機1編寫程序&撰寫報告23實驗6實驗6：投影變換使用OpenGL對圖形進行投影變換M32上機1編寫程序&撰寫報告24第5章第5章三維形體表示本章重點難點：三維實體表示方法////255.15.1三維實體表示方法實體的定義和性質(zhì)、實體邊界數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，實體的表示方法和運算方法，三維實體表示基礎(chǔ)，三維實體表示方法如邊界表示，掃描表示，構(gòu)造實體表示等M12講授1自學資料265.25.2曲線和曲面空間曲線和曲面的生成算法?？臻g曲線包含Hermite曲線、Bezier曲線和B樣條曲線，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實驗7實驗7：三維圖形顯示使用OpenGL對三維實體顯示M32上機1編寫程序&撰寫報告28第6章第6章真實感圖形技術(shù)本章重點難點：真實感圖形及光照模型，紋理映射技術(shù)////296.16.1圖形消隱技術(shù)外法線消隱算法、深度緩存消隱算法和掃描線轉(zhuǎn)換算法M12講授1自學資料306.26.2真實感圖形及光照模型圖形的顏色模型，簡單光照明模型，常見明暗處理技術(shù)M22講授1自學資料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實驗8實驗8：圖形真實感顯示使用OpenGL為三維實體賦上光照和材質(zhì)效果M32上機1編寫程序&撰寫報告33第7章第7章交互技術(shù)本章重點難點：交互技術(shù)////347.17.1人機交互界面用戶接口模型，信息輸入控制方式M11講授1自學資料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實驗9實驗9：綜合編程實踐實現(xiàn)太陽、地球、月亮三天體間的運轉(zhuǎn)動畫M32上機2編寫程序&撰寫報告四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1平時作業(yè)1.布置6次平時作業(yè)，包括課后作業(yè)、章節(jié)測試。2.成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準確性、是否獨立完成評分。3.考核學生對圖形學基本算法知識的掌握情況。20%2上機實驗1.上機編程實踐18學時，分9次完成。2.成績采用百分制，根據(jù)實驗完成情況評分。3.考核學生綜合運用C++與OpenGL實現(xiàn)所學圖形算法的編程實踐能力。30%3考勤隨機點名、刷卡點名等5%4課堂表現(xiàn)隨機檢查學生上課精神狀態(tài)、回答問題情況5%5期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分，根據(jù)答題的準確性和完整性評分。2.考核學生對本課程基本知識的掌握，以及綜合運用所學知識分析問題和解決問題的能力；題型主要有名詞解釋、簡述題、綜合題（推導、分析和計算）。40%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1/30%A-作業(yè)未能按時完成；作業(yè)不規(guī)范，思路混亂。B-獨立思考、按時完成；作業(yè)比較規(guī)范、思路比較清晰、步驟比較完整、答案基本準確。C-獨立思考、按時完成；作業(yè)比較規(guī)范、思路比較清晰、步驟比較完整、答案準確。D-獨立思考、按時完成；作業(yè)規(guī)范、思路清晰、步驟完整、答案準確。2M3/30%A-未提交編程作業(yè)，未實現(xiàn)編程實踐任務(wù)，程序撰寫不規(guī)范導致無法編譯，抄襲網(wǎng)絡(luò)資源，無法準備說明代碼涵義。B-所提交的編程作業(yè)可以編譯并運行出結(jié)果，但無法準備說明每行代碼涵義，代碼缺乏注釋，代碼運行中提示警告，圖形界面欠優(yōu)化。C-完成上機編程任務(wù)，代碼邏輯結(jié)構(gòu)清晰有注釋，編譯執(zhí)行圖形窗口運行良好，能夠獨立演示程序并基本描述所運用的圖形學算法。D-獨立完成編程實踐任務(wù)，代碼撰寫認真規(guī)范，可以獨立演示并明確陳述所運用的圖形學算法，程序運行正確、流暢、穩(wěn)定、無警告提示等。3M2/40%（見試卷評分標準）評分等級說明：[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教學參考資料明細1圖書|計算機圖形學基礎(chǔ)（OpenGL版）（第2版）,