计算机图形学教学大纲word文档经典.docx
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计算机图形学教学大纲word文档经典
XX大学
《计算机图形学》教学大纲
编写单位：
执笔人：
审核人：
XX大学xx系
20xx年9月
课程中文名称
计算机图形学
课程英文名称
ComputerGraphics
课程性质
专业基础课
适用专业
计算机专业
先修课程
C语言程序设计
并修课程
总学时
51
总学分
3
使用教材
计算机图形学基础（OpenGL版）
参考书目
教学方式
多媒体
考核方式
上机
课程概述（本课程在学科或专业中的地位和作用、教学目标、内容简介等）
本课程是根据教育部对高校计算机专业课的教学要求，继《c语言程序设计》课程后的又一门计算机专业课。
本课程主要目的是使学生通过“计算机图形学”课程的学习，了解计算机图形学的经典核心体系，掌握计算机图形学中基于OpenGL的图形应用编程。
培养学生将计算机图形学原理运用到图形编程案例中的能力。
本课程是计算机专业的重点课程，教学内容以系统性和实用性为原则，要求达到计算机图形学教学三个层次的第二个层次。
1．了解计算机图形学的基本概念；
2．掌握计算机图形学的基本理论和基本操作方法；
3．掌握VisualStudio6.0操作平台；
4．掌握基于OpenGL的图形编程技术；
5．了解计算机动画的原理和方法，具备一定的基于OpenGL动画开发能力。
学时分配表
章次
章名
学时
备注
第一章
绪论
2
第二章
图形系统
2
第三章
二维图形生成
8
第四章
图形几何变换
6
第五章
二维观察
4
第六章
三维观察
6
第七章
三维对象
4
第八章
真实感图形技术
6
第九章
交互技术
6
第十章
计算机动画
4
复习
3
总学时合计
51
含上机实习
［实验要求］
本课程实验要求较高，实验内容多且相关性较强，有关实验的具体要求与内容需按实验大纲执行，本大纲中不再另行说明。
第一章绪论
［教学内容］
计算机图形学的目标与任务；计算机图形学的内容体系；计算机图形学相关学科；计算机图形学相关领域。
[教学目标与要求]
熟练掌握：
计算机图形学的内容体系；计算机图形学的目标与任务；
掌握：
计算机图形学的应用领域；计算机图形学的相关学科；
了解：
计算机图形学的发展。
[重点与难点]
计算机图形学的内容体系；计算机图形学的目标与任务。
[教学时数]
2学时
第一节 计算机图形学的目标与任务
一、视觉交流是计算机图形学的目标与任务
二、计算机图形学的三个基本任务
第二节计算机图形学的内容体系
一、基础模块
二、建模与表示模块
三、绘制模块
四、交互技术
第三节计算机图形学相关学科
一、图形与图像
二、相关学科
第四节计算机图形学的应用领域
一、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）
二、科学计算可视化
三、虚拟现实
四、动画
第五节计算机图形学的发展
一、计算机图形学的发展简史
二、计算机图形学的发展趋势
[复习思考题]
1、图形包括哪两方面的要素？
在计算机中如何表示它们？
2、图形的本质是什么？
3、如何看待计算机图形学的发展趋势？
第二章图形系统
［教学内容］
Visual图形系统概述；图形系统体系结构；图形支撑软件；图形硬件显示原理；
[教学目标与要求]
熟练掌握：
图形系统体系结构；图形硬件显示原理
掌握：
图形系统基本概念和术语；
了解：
图形支撑软件
[重点与难点]
图形系统体系结构；图形硬件显示原理
[教学时数]
2学时
第一节图形系统概述
一、图形系统组成结构
1.图形系统组成结构
2.图形系统分类
第二节图形系统体系结构
一、概述
二、应用程序阶段
三、几何处理阶段
四、光栅阶段
第三节图形支撑软件
一、OpenGL
二、DirectX
三、Java2D和Java3D
第四节图形硬件显示原理
一、图形显示设备及工作原理
二、图形显示方式
三、光栅扫描图形显示系统
[复习思考题]
1、从图形硬件显示原理角度，思考并分析如何显示直线？
2、请你总结一下光栅显示系统的优缺点？
3、在光栅显示系统中，显卡有什么作用？
第三章二维图形生成
［教学内容］
直线生成算法；圆弧绘制算法；区域填充；字符；反走样技术；
[教学目标与要求]
熟练掌握：
直线生成算法；区域填充；圆弧绘制算法
掌握：
反走样技术
了解：
字符编码
[重点与难点]
直线生成算法；区域填充；圆弧绘制算法
[教学时数]
8学时
第一节直线生成算法
一、数值微分法
二、逐点比较法
三、Bresenham画线法
四、中点画线法
第二节圆弧绘制算法
一、基于光栅的整圆绘制算法
二、角度离散法绘制圆弧和椭圆弧
第三节区域填充
一、种子填充算法
二、多边形填充算法
第四节字符
一、字符的编码
二、点阵字符
三、矢量字符
第五节反走样技术
第六节编程实例-地图绘制
一、地图绘制方法
二、基于OpenGL的地图绘制
[复习思考题]
1、简述DDA算法、中点画线法、Bresenham画线法算法的思想？
2、根据中点画圆法和Bresenham算法，绘制一条端点为（1，1）和（6，5）的直线，画出对应各像素的位置？
第四章图形几何变换
[教学内容］
二维几何变换；三维几何变换；图形几何变换的模式；
[教学目标与要求]
熟练掌握：
二维几何变换；三维几何变换；
掌握：
图形几何变换的模式；
[重点与难点]
二维几何变换；三维几何变换；
[教学时数]
6学时
第一节二维几何变换
一、基本变换
二、二维复合变换
三、二维坐标系间的变换
第二节三维几何变换
一、基本变换
二、三维复合变换
三、三维坐标系间的变换
第三节图形几何变换的模式
一、固定坐标系模式
二、活动坐标系模式
[复习思考题]
1、试编写对二维点实现平移、旋转、比例变换的程序。
2、试推导把二维平面上的任一条直线P1（x1，y1）、p2（x2，y2）变换成与y坐标轴重合的变换矩阵？
第五章二维观察
［教学内容］
二维观察概述；二维观察流水线；裁剪；OpenGL二维观察简介
[教学目标与要求]
熟练掌握：
二维观察流水线；裁剪；
掌握：
二维观察概述
了解：
OpenGL二维观察简介
[重点与难点]
二维观察流水线；裁剪；
[教学时数]
4学时
第一节二维观察概述
第二节二维观察流水线
一、坐标系统
二、坐标系之间的变换
第三节裁剪
一、点的裁剪
二、直线裁剪
三、多边形裁剪
四、其他裁剪
第四节OpenGL二维观察简介
一、OpenGL投影模式
二、GLU裁剪窗口函数
三、OpenGL视区函数
[复习思考题]
1、二维观察为何需要坐标系？
如果没有坐标系，可以完成二维观察吗？
坐标系的作用是什么？
2、OpenGL如何实现二维观察？
需要用到的函数有哪些？
第六章三维观察
[教学内容]
三维观察流水线：
观察变换；投影变换；三维裁剪
[教学目标与要求]
熟练掌握：
观察变换；投影变换
掌握：
三维裁剪
了解：
三维观察流水线：
[重点与难点]
观察变换；投影变换
[教学时数]
6学时
第一节三维观察流水线
第二节观察变换
一、三维观察坐标系参数
二、世界坐标系到观察坐标系的变换
第三节投影变换
一、投影分类
二、平行投影
三、透视投影
第四节三维裁剪
一、观察体及规范化
二、三维裁剪算法简介
[复习思考题]
1、试写出正轴测投影变换矩阵，并推导出正等测图的条件？
2、试编写实现出一个单位立方体的正平行投影、斜平行投影和透视投影图的程序？
3、试利用OpenGL函数库编写实现一个简单场景（比如有两个简单几何体）的模型变换、视点变换、投影变换和视口变换的应用程序？
第七章三维对象
［教学内容］
三维对象概述；三维实体表示基础；三维实体表示方法；三次参数曲线；双三次参数曲面；
[教学目标与要求]
熟练掌握：
三维实体表示基础；三维实体表示方法
掌握：
三次参数曲线；双三次参数曲面；
了解：
三维对象概述
[重点与难点]
三维实体表示基础；三维实体表示方法
[教学时数]
4学时
第一节三维对象概述
第二节三维实体表示基础
一、基本几何元素
二、几何信息与拓扑信息
三、几何造型模型
第三节三维实体表示方法
一、边界表示
二、扫描表示
三、构造实体几何表示
四、空间细分表示
第四节三次参数曲线
一、基本特性
二、Hermite曲线
三、Bezier曲线
四、B样条曲线
第五节双三次参数曲面
一、Coons曲面
二、Beezier曲面
三、B样条曲面
四、双三次参数曲面片的绘制
[复习思考题]
1、什么是实体？
实体的概念有什么用处？
2、常用的几何元素有哪些？
3、请说明什么是扫描表示、构造实体几何表示和细分表示？
第八章真实感图形技术
［教学内容］
概述；消隐算法；颜色模型；光照模型；纹理映射技术；OpenGL真实感图形
[教学目标与要求]
熟练掌握：
颜色模型；光照模型；纹理映射技术；
掌握：
OpenGL真实感图形
了解：
消隐算法
[重点与难点]
颜色模型；光照模型；纹理映射技术；
[教学时数]
6学时
第一节概述
一、真实感图形生成流程
二、真实感图形特点
第二节消隐算法
一、消隐基础知识
二、平面立体消隐算法
三、画家算法
第三节颜色模型
一、物体的颜色
二、颜色空间
三、常用颜色模型
四、OpenGL中的颜色模型
第四节光照模型
一、基本光照模型
二、明暗度处理模型
三、透明与阴影
四、光线追踪模型
第五节纹理映射技术
一、概述
二、颜色纹理映射
二、几何纹理映射
四、环境映射
第六节OpenGL真实感图形
一、OpenGL光照函数
二、物体表面特性函数
三、OpenGL纹理映射
[复习思考题]
1、简单光照模型中有哪几种类型的光？
各自的特点是什么？
2、使用OpenGL绘制一个各个面都贴有不同纹理图形的正方体？
第九章交互技术
［教学内容］
人机交互界面；交互技术；OpenGL交互式绘图；
[教学目标与要求]
熟练掌握：
交互技术；OpenGL交互式绘图
掌握：
人机交互界面
了解：
[重点与难点]
交互技术；OpenGL交互式绘图
[教学时数]
6学时
第一节人机交互界面
一、用户接口模型
二、信息输入控制方式
第二节交互技术
一、交互输入技术
二、交互控制技术
三、图形拾取技术
第三节OpenGL交互式绘图
一、OpenGL选择模式
二、OpenGL反馈模式
[复习思考题]
1、如何划分用户接口的类型？
Seeheim模型各组成部分的作用是什么？
2、交互式图形系统有哪几种输入方式？
每种方式的含义是什么？
3、人机交互用户界面的一般原则是什么？
第十章计算机动画
［教学内容］
动画简介；关键帧动画技术；过程动画；OpenGL动画；
[教学目标与要求]
熟练掌握：
关键帧动画技术；过程动画
掌握：
OpenGL动画
了解：
动画简介
[重点与难点]
关键帧动画技术；过程动画
[教学时数]
4学时
第一节动画简介
第二节关键帧动画技术
一、关键帧插值
二、基于网格的图像变形技术
三、FFD（自由变形技术）
四、关节动画和角色动画
第三节过程动画
一、粒子系统
二、基于物理模型的布料动画
第四节OpenGL动画
一、双缓存技术
二、OpenGL帧缓存
[复习思考题]
1、动画的本质作用是什么？
2、如何理解过程动画？
实现过程动画的核心是什么？
3、根据几何变换知识，实现一个简单立方体的旋转动画？
[重点章节]
第三章二维图形生成
第四章图形几何变换
第八章真实感图形技术
第九章交互技术
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