《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》理論教學(xué)大綱

《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》理論教學(xué)大綱（ComputerGraphics）課程代碼：0610029總學(xué)時(shí)：80學(xué)時(shí)（其中：講課50學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)30學(xué)時(shí)）先修課程：《高等數(shù)學(xué)》、《線性代數(shù)》、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》一、課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的核心課程，它的重要性體現(xiàn)在人們?cè)絹?lái)越強(qiáng)烈地需求和諧的人機(jī)交互環(huán)境，圖形用戶界面已經(jīng)成為一個(gè)軟件的重要組成部分，以圖形的方式來(lái)表示抽象的概念或數(shù)據(jù)（可視化）已經(jīng)成為信息領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，了解圖形系統(tǒng)的框架及其涉及的軟件、硬件技術(shù)；了解圖形學(xué)的基本問(wèn)題，掌握?qǐng)D形學(xué)的基本概念、方法與算法；對(duì)與圖形相關(guān)的應(yīng)用及當(dāng)前的研究熱點(diǎn)有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)；應(yīng)具有一定實(shí)踐體會(huì)和相關(guān)的編程能力。二、教學(xué)基本內(nèi)容與基本要求通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)圖形信息處理的基本理論和方法，掌握基本圖形屏幕顯示的程序設(shè)計(jì)方法，二維和三維圖形幾何變換程序設(shè)計(jì)方法，二維交互式軟件包的開(kāi)發(fā)及簡(jiǎn)單動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及游戲開(kāi)發(fā)等后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。1．基本內(nèi)容①概述：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展及其應(yīng)用，常用的圖形輸入輸出設(shè)備，計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成。②二維圖形、三維圖形的生成。③圖形變換：視圖及其坐標(biāo)變換，二維圖形的幾何變換，三維圖形的幾何變換，三維圖形的投影變換，三維圖形的透視投影變換。④曲線和曲面：曲線曲面參數(shù)表示的基本知識(shí)；B樣條的引出，B樣條曲線，二次B樣條曲線的性質(zhì)，Bezier樣條曲線；B樣條曲面，Bezier樣條曲面。⑤二維圖形交互技術(shù)：菜單技術(shù)、光標(biāo)技術(shù)、鼠標(biāo)應(yīng)用。⑥簡(jiǎn)單動(dòng)畫(huà)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和圖形區(qū)域填充。2．基本要求①了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展及其應(yīng)用，常用的圖形輸入輸出設(shè)備，計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的組成。②掌握二維圖形、三維圖形的生成方法及實(shí)現(xiàn)程序。③掌握二維圖形幾何變換的基本理論和算法，能對(duì)二維圖形進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)、比例、對(duì)稱等變換，并編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)程序。④掌握三維圖形幾何變換的基本理論和算法，能編寫(xiě)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)程序。⑤了解曲線曲面參數(shù)表示的基本知識(shí)；能編寫(xiě)B(tài)樣條曲線，二次B樣條曲線，Bezier樣條曲線的實(shí)現(xiàn)程序；⑥了解二維圖形交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法。三、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求重點(diǎn)(☆)難點(diǎn)(Δ)學(xué)時(shí)安排備注第1章導(dǎo)論計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的概念計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)學(xué)科4．計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的確立與發(fā)展5．計(jì)算機(jī)顯示器的發(fā)展及其工作原理6.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的熱點(diǎn)技術(shù)CBCCAB☆☆△2第2章MFC繪圖基礎(chǔ)1.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)2．MFC上機(jī)操作步驟3.MFC基本繪圖函數(shù)BBA☆△4第3章基本圖形的掃描轉(zhuǎn)換1.直線的掃描轉(zhuǎn)換2.圓的掃描轉(zhuǎn)換3.橢圓的掃描轉(zhuǎn)換4.反走樣技術(shù)5.直線反走樣Wu算法ABCAA☆☆☆△△6第4章多邊形填充1．多邊形的掃描轉(zhuǎn)換2．有效邊表填充算法3．邊緣填充算法4．區(qū)域填充算法AACB☆☆△6二維變換與裁剪1．圖形的幾何變換基礎(chǔ)2.二維圖形基本幾何變換矩陣3.二維圖形復(fù)合變換4.二維圖形裁剪5.Cohen-Sutherland直線段裁剪算法6.中點(diǎn)分割直線段裁剪算法7.Liang-Barsky直線段裁剪算法8.多邊形裁剪算法BABAABAA☆☆☆☆☆☆△△6第6章三維變換與投影1．三維圖形幾何變換2．三維圖形基本幾何變換矩陣3．三維圖形復(fù)合變換4.坐標(biāo)系變換5.平行投影6.透視投影BBBBAA☆☆☆△△△6第7章自由曲線與曲面1.基本概念2.Bezier曲線4．Bezier曲面5．B樣條曲線6．B樣條曲線CABAB☆☆☆△△4第8章分形幾何1．分形與分維2.遞歸模型3．L系統(tǒng)方法構(gòu)圖法4．IFS迭代函數(shù)系統(tǒng)模型ABBB☆☆☆△△△4第9章建模與消隱1．三維物體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2．隱線算法分類3.隱線算法4.隱面算法BBAB☆☆☆△6第10章真實(shí)感圖形1．顏色模型2．簡(jiǎn)單光照模型3．光滑著色4．簡(jiǎn)單透明模型5．簡(jiǎn)單陰影模型6.紋理映射BAAAAA☆☆☆☆☆△△6合計(jì)50（教學(xué)要求：A—熟練掌握；B—掌握；C—了解）四、建議實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)分配序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)內(nèi)容提要實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)類型1繪制任意斜率的直線段2設(shè)計(jì)直線類。鼠標(biāo)左鍵按下繪制直線起點(diǎn)，鼠標(biāo)左鍵彈起繪制直線終點(diǎn)必做驗(yàn)證2交互式繪制多邊形4使用鼠標(biāo)在屏幕客戶區(qū)繪制任意點(diǎn)數(shù)的多邊形。多邊形閉合后自動(dòng)調(diào)用有效邊表算法填充多邊形內(nèi)部區(qū)域。必做設(shè)計(jì)3直線段裁剪4繪制裁剪窗口。使用鼠標(biāo)在屏幕上動(dòng)態(tài)繪制任意直線段。選擇裁剪按鈕根據(jù)直線段和窗口的相對(duì)位置，對(duì)直線段進(jìn)行裁剪，得到位于窗口內(nèi)的直線段，刪除窗口外的直線段。必做驗(yàn)證4立方體線框模型透視投影4設(shè)計(jì)透視變換類。立方體不動(dòng)，視點(diǎn)旋轉(zhuǎn)必做設(shè)計(jì)5動(dòng)態(tài)繪制Bezier曲線4使用德卡斯特里奧（deCasteliau）算法繪制Bezier曲線。必做設(shè)計(jì)6地理劃分線框球4使用地理劃分法繪制球體線框模型。使用凸多面體消隱算法對(duì)球體線框模型進(jìn)行消隱。必做綜合7球體Gouraud光照模型4根據(jù)面片頂點(diǎn)的光強(qiáng)插值計(jì)算球體三角形面片內(nèi)點(diǎn)的光強(qiáng)。球體旋轉(zhuǎn)，視點(diǎn)和光源不動(dòng)。必做綜合8立方體紋理映射4建立三維坐標(biāo)系Oxyz，原點(diǎn)位于屏幕客戶區(qū)中心，x軸水平向右為正，y軸鉛直向上為正，z軸垂直于屏幕指向觀察者。讀入3張構(gòu)成天空盒的位圖作為紋理映射到立方體的可見(jiàn)表面上。必做綜合合計(jì)30五、教學(xué)方法與教學(xué)手段1．教學(xué)方法：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，因此，本課程采用理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的方法，并融入案例教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)、互動(dòng)教學(xué)等方法。2．教學(xué)手段：利用多媒體、CAI課件、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量。六、建議教材與參考書(shū)目1．建議教材：《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)教程（VisualC++版）》（第2版），孔令德編著，清華大學(xué)出版社，2015年。2．參考書(shū)目：①《VisualC++應(yīng)用教程》，鄭阿奇，丁有和編著，人民郵電出版社，2008年。②《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)教程》，孫家廣，胡事民編著，清華大學(xué)出版社，2005。③《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)》（第2版），陸楓,何云峰編著，電子工業(yè)出版社，2010。七、大綱編寫(xiě)的依據(jù)與說(shuō)明本課程教學(xué)大綱，是根據(jù)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和基本要求，結(jié)合本課程的性