《计算机图形学》教学大纲

课程名称：	计算机图形学
课程编号：	408407	436404
适用专业：	计算机科学与技术	软件工程
课程类别：	专业任选课	专业任选课
课程学分：	2
总学时：	36
其中：理论学时	24
实验学时	12
先修课程：	C语言程序设计、matlab程序设计、数据结构

一、课程的性质、目的与任务

本课程旨在介绍计算机图形学的基本概念、理论、方法和系统，重视基本方法和经典理论的学习，确保学生能对计算机图形学这门学科有一个全面的了解。针对计算机图形学发展快，实践性强，学科交叉内容多的特点，以及本科生培养中“厚基础，宽口径”的要求，在讲解图形学的核心内容的同时，也注意培养学生的实际动手能力，并介绍图形学近年来的最新进展。通过这门课程的学习，使学生了解并掌握计算机图形学的基本概念、基本原理和基本算法。培养学生开发与图形有关的软件的能力。

二、课程教学基本内容与要求

（一） 绪论

1．内容

计算机图形学的概念；计算机图形学与其它相关学科的关系；计算机图形学的应用与研究领域；计算机图形学的发展历史及发展动向；相关的开发技术。计算机图形系统的组成；图形输入与输出设备；计算机图形系统标准。

2．要求

理解记忆计算机图形学的概念；了解计算机图形学与其它学科的关系；了解计算机图形学的应用与研究领域；了解计算机图形学的发展历史及发展动向；了解相关的开发技术。了解计算机图形系统的组成；了解常用的图形输入与输出设备；理解并掌握光栅显示系统(CRT、LCD)的原理及特点；了解计算机图形系统的相关标准。

3．重点

计算机图形学的基本概念、应用领域。光栅显示系统的原理及特点。

（二） 光栅图形学

1．内容

直线的光栅化算法（DDA算法、Bresenham算法、中点算法）；圆、椭圆的光栅化算法（Bresenham算法、中点算法、中点整数算法、中点整数优化算法(二次差分法)）。

多边形的扫描转换（基础知识、扫描线算法、边缘填充法、栅栏填充法、边界标志法）；区域填充（基础知识、种子算法、扫描线种子算法）；*图像填充；字符的存储及显示；反走样；*图元属性（线型、线宽的处理）。

基础知识；直线裁剪（Cohen-Sutherland算法、中点算法、*参数法(Cyrus-Beck算法)、Liang－Barskey算法、*Nicholl-Lee-Nicholl算法）；*凹多边形窗口裁剪(凹多边形的判断，凹多边形的分割)；*内裁剪、外裁剪的基本概念；多边形裁剪（Sutherland-Hodgman算法、*Weiler-Atherton算法)；文本裁剪的基本概念。

基础知识；常用消隐算法（线消隐、画家算法、Z缓冲区算法、*扫描线算法、*Roberts算法、*Warnock算法、光线跟踪算法）。

2．要求

理解光栅显示系统出成像特点(最优像素逼近)；理解并掌握常用的基本图元生成算法。掌握基本概念；了解常用算法；掌握扫描线算法、种子算法；了解字符的存储及显示技术；了解走样的产生原因及常用的发走样技术。了解基础知识和常用算法；掌握基本概念；掌握Cohen-Sutherland算法、Liang－Barskey算法；掌握Sutherland-Hodgman算法。了解基础知识；初步掌握常用消隐技术的基本原理及算法；可利用相关开发工具实现消隐。

3．重点

直线和圆的生成算法。扫描线算法、种子算法。Cohen-Sutherland算法、Liang－Barskey算法、Sutherland-Hodgman算法。Z缓冲器算法。

（三） 几何造型技术

1．内容

曲线和曲面的基础知识；Hermite曲线与曲面；贝塞尔曲线与曲面；B样条曲线与曲面。*数学基础；基本概念（窗口与视区、坐标体系）；二维图形的几何变换；三维图形的几何变换；坐标系变换；投影变换；三维图形的显示流程（观察体(视体)变换，三维裁剪，投影）。基础知识；常用形体表示模型（结构化的形体几何表示模型(CSG)、边界表示模型(B-rep)、扫描变换表示模型、单元分解表示模型）；*过程模型。

2．要求

掌握曲线和曲面的基础知识；掌握常用的参数曲线（Hermite曲线、贝塞尔曲线、B样条曲线）的表示形式及生成算法，以及曲线的性质和图形特点；了解常用的参数曲面（Hermite曲面、贝塞尔曲面、B样条曲面）的表示形式及曲面性质、图形特点。掌握基本概念；掌握二维图形和三维图形的几何变换；掌握坐标系变换及常用的投影变换；了解三维图形的显示流程。了解几何造型的相关知识，了解相关的开发工具。

3．重点

曲线和曲面的基础知识、贝塞尔曲线、B样条曲线。基本概念、二维图形和三维图形的几何变换、常用的投影变换。基础知识、常用形体表示模型。

（四）真实感图形学

1．内容

颜色论（颜色的视觉特性、三色学说、CIE-RGB系统、CIE-XYZ系统、CIE色度图、常用的颜色模型）；简单光照模型（Phong模型、Gouraud明暗处理、Phong明暗处理）；纹理、阴影、透明；整体光照模型。

2．要求

了解颜色论的基本知识；掌握常用颜色模型及其相互转换的方法；掌握简单光照模型；了解纹理、阴影、透明等相关知识；了解整体光照模型。

3．重点

颜色论、简单光照模型。

（五）图形标准

1．内容

OpenGL简介，基本几何元素绘制，坐标变换，光照处理，显示列表，纹理贴图，真实感图形基础

三、课程各章节学时分配

四、本课程课外学习与修学指导

学好该课程需要每个人亲自动手做大量的实验，实验平台通常采用Matlab。所以要求学生先期掌握更多的matlab中与像素、图形相关的编程知识。另一方面，点、直线、曲线处理的理论部分需要较强的数学功底。

五、本课程考核方式及成绩评定标准

考核方式：考查

成绩评定方法：本课程的考核是平时成绩、实验成绩相结合。具体比例为：上课出勤占30%，实验编程及实验报告占70%。

六、教材及参考书

教材：孙家广与胡事民编著，计算机图形学基础教程（第2版）.北京：清华大学出版社，2009

主要参考书：

[1] （美）Francis S Hill等著、胡事民等译，计算机图形学（OpenGL版）第3版，北京：清华大学出版社，2009

[2] 胡事民，刘利刚，刘永进，张松海 译. Francis S Hill Jr, Stephen M Kelley著.《计算机图形学（OpenGL版）》 第3版.北京：清华大学出版社，2009.

[3] Samuel R. Buss. 3D Computer Graphics: A Mathematical Introduction with OpenGL.CambridgeUniversityPress, 2003.

[4] Donald Hearn, M.Pauline Baker. Computer Graphics (C Version).北京：清华大学出版社，1998

大纲撰写人：罗如为

大纲审阅人：袁辉勇

教学副主任：易叶青

编写日期：2012.6