三D程序设计课程教学大纲

《3D程序设计》教学大纲课程性质专业限选课课程编号xx436309课程名称3D程序设计适用专业软件工程先修课程《C++语言程序设计》、《计算机图形学》总学时64其中理论26学时，实验38学时学分数4一、课程简介本课程是软件工程专业的一门专业限选课，本课程在第六学期课程中讲解，是在学生学完2D程序设计课程和C++程序设计基础课程之后，为加强对学生3D程序设计技术应用能力的培养而开设的体现图形学和计算机编程综合应用的一门课程。本课程的目的和任务是使学生获得3D程序设计的基本理论、基本知识与基本技能，了解3D程序设计的主要流程、调试方法，并了解3D程序设计在虚拟现实、增强现实等前沿技术应用领域的应用。初步具备3D场景的程序设计、3D动画、以及3D交互等开发的能力，为走向工作岗位后从事虚拟现实和增强现实打下良好的基础。二、课程教学目标通过本课程的学习，学生应实现如下目标：1、知识目标：了解：3D程序设计的基本思想、发展历史、特点和应用领域。3D程序设计的固定渲染管线以及基本的流程；灯光、色彩、纹理、模型、混合、模板等基本3D程序设计中基本元素。掌握：COM编程的基本原理以及3D程序设计的基本步骤；各种摄像机的创建;3D地形的渲染;粒子系统的实现,拾取算法的实现以及交互。2、能力目标：（1）对3D程序设计有初步的认识和了解；（2）掌握3D程序设计中固定渲染管线以及摄像机与地形渲染和交互；三、课程教学基本要求为了更好地掌握本课程的知识，必须先修《C++程序设计》、《计算机图形学》、等课程，本课程教学内容实践性较强，需要在机房里老师现场讲解，学生同步实践。四、课程教学模块（或教学内容）与学时分配序号教学模块知识点学时1必备的数学知识了解：向量、矩阵以及平面等基本数学概念掌握：向量、矩阵在3D程序设计的应用22初始化D3D了解：D3D基础以及COM编程掌握：初始化D3D的实例框架23固定渲染管线了解：定点格式FVF掌握：虚拟摄像机以及固定渲染管线的坐标系；24D3D的绘制了解：D3D绘制的基本框架掌握：利用顶点缓冲区绘制基本图元;利用索引缓冲区绘制基本图元;D3D绘制几何体。25D3D中的灯光了解：光照模型和光源的类型掌握：光源、法线、材质、光照模型。3D程序设计中光照效果的实现26D3D中的纹理了解：纹理坐标掌握：纹理过滤、纹理寻址、纹理动画、多纹理、多级渐进纹理过滤的实现。27D3D中混合了解:混合公式掌握:利用Alpha混合实现半透明、加亮和高光等效果28网格模型了解:Mesh的基本概念掌握:读取.x文件实现模型动画;实现骨骼动画;实现模型帧动画;实现骨骼蒙皮动画。29灵活实现各种摄像机了解:摄像机的基本原理掌握:实现第一人称摄像机;实现第三人称摄像机210地形的实现了解:高度图的读取掌握:实现地形的渲染;获取地形的高度信息;实现和地形的碰撞检测。411粒子系统了解:粒子与点精灵掌握:实现粒子系统212拾取了解:鼠标拾取的基本原理掌握:拾取算法2序号实验项目名称内容摘要实验学时实验类型开出要求1初始化D3D安装D3D的环境，并创建3D程序的框架2设计性必做2绘制正方形掌握固定渲染管线的流程，利用顶点缓冲区实现绘制一个正方体2设计性必做3绘制正方体利用索引缓冲区绘制正方体2设计性必做43D灯光熟悉光照实现流程，模拟点光源的效果2设计性必做5场景灯光模拟3D场景中多种灯光的交错2设计性必做6实现3D中倒影利用多纹理使用倒影的效果2设计性必做7实现3D中瀑布利用单纹理动画实现瀑布2设计性必做8实现3D的爆炸利用多纹理动画实现爆炸效果，掌握多纹理动画实现的流程2设计性必做9实现3D的水面利用凹凸纹理实现2D水面，掌握凹凸纹理渲染流程以及应用范围2设计性必做10实现3D的水下效果利用ALPHA混合实现水下的效果，掌握ALPHA混合的公式以及实现流程4设计性必做11实现一个3D静态人物利用.X文件实现一个静态模型的加载，并熟悉3D渲染流程2设计性必做12实现一个3D的角色利用骨骼蒙皮动画实现3D模型的动画播放。掌握骨骼蒙皮动画的原理4设计性必做13第一人称摄像机实现第一人摄像机，并绑定人物。掌握摄像机的原理2设计性必做14第三人称摄像机实现第三人称摄像机，并绑定人物。掌握摄像机与场景的碰撞2设计性必做15鼠标拾取掌握鼠标拾取的原理，实现觉场景中的物体交互2设计性必做163D场景实现一个3D的场景，并交互4设计性必做五、教学方法与策略课程以老师机房讲授、学生同步实践为主，辅以分组进行项目实践等手段。六、学生学习成效考核方式考核环节构成（均为100分制）评分依据占总成绩的比重考勤旷1-2次，扣5分一次，3次及以上10分一次20%课堂表现上课讲话，做与课堂无关的事扣分，认真听讲，积极回答问题加分10%实验根据布置的实验完成次数及质量20%项目考核利用所学知识制作一个3d场景并能进行交互，根据作品完成效果打分50%七、选用教材（美）FrankD.Luna著，《DirectX9.03D游戏开发编程基础》，清华大学出版社，2007年八、参考资料1、王欣，《DirectX游戏程序设计》，机械工业出版社，2014年。2、王德才，《精通DirectX3D图形与动画程序设计》，人民邮电出版社，2007年。