计算机图形学 教学大纲

第页计算机图形学一、课程说明课程编号：090238Z10课程名称：计算机图形学/ComputerGraphics课程类别：选修课学时/学分：32/2先修课程：高等数学A1（130701X10，130701X20）、线性代数（130711X10）适用专业：计算机科学与技术教材、教学参考书：1.《计算机图形学》（第三版中译本），(美)赫恩(DonaldHearn)/(美)M.PaulineBaker，电子工业出版社2.《OpenGL编程指南》（第7版）\o"DaveShreiner"(美)DaveShreiner，机械工业出版社，2010二、课程设置的目的意义计算机图形学是为计算机科学与技术专业设立的拓展知识体系的专业选修课，课程的设置目的是让学生通过课程的修习，掌握计算机图形学的基本概念和基本算法，了解现代图形流水线和3D图形工业，培养用程序设计解决工程问题的能力，培养对工程问题进行数学建模的能力，与产业界的知识体系与技能需求对接，为今后从事相关行业的研究和开发工作奠定基础。三、课程的基本要求知识：了解计算机图形学的基本概念，掌握计算机图形学必备的数学基础，了解图形学流水线的基本知识；掌握几何建模的基本知识；掌握渲染的基本技术；掌握图形学的基本编程技术；掌握OpenGL等标准库的基本使用方法；建立图形学程序的基本思维方式；形成计算机图形学的基本知识结构。能力：能够使用数学工具，对工程中的图形学问题进行建模；能够采用几何建模、渲染技术，解决图形学中相关的工程问题；能够开发图形学程序；在程序设计、计算机图形学、数学建模的交叉知识的讨论和应用中培养创新意识，提高分析、发现、研究和解决问题的能力。素质：建立数学模型-数据表达-图形学技术的综合观念；建立问题驱动的思维方式；通过合作开发，培养团队合作意识和领导组织能力；通过课外导学的模式，提升自主学习和终身学习的意识，形成不断学习和适应发展的素质。四、教学内容、重点难点及教学设计章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践第1章计算机图形学概述2讲课1研讨101.图形学概念；2.图形学的应用；3.图形学的发展历史；4.图形学技术分类；教学思路：使用图形学在产业界和学术界的的发展历史和现状的资料，介绍图形学概论。多媒体（视频、交互图形程序）展示图形学的应用；小组讨论；第2章三维图形表达2讲课1.5研讨0.501.三维图形表达对数据结构的要求；2.数据结构的设计思路；3.数据结构的优劣评价；4.现有的三维图形表达数据结构；5.在数据结构上的基本操作；三维图形表达的数据结构教学思路：采用目标驱动的方式，对多种数据结构进行讨论和比较，探讨各种任务的算法复杂度。基于小组讨论的启发式教学；多媒体材料展示图形数据结构的操作；第3章图形学的数学基础2讲课1研讨101.矢量的基本运算；2.基于矢量运算的投影、求交算法；3、重心坐标；基于矢量的投影、求交算法教学思路：通过实例，讨论图形学中各类典型问题的数学模型，讲解相关的数学基础。课程讲授；习题答疑；第4章OpenGL编程基础2讲课1研讨101.OpenGL编程环境；2.OpenGL语法；3.OpenGL机制；4.界面编程；1.OpenGL语法2.OpenGL机制教学思路：通过程序设计实例，展示图形学编程的基本技术，讲解OpenGL的原理和基本用法。程序设计演示；现场编程练习；第5章三维观察2讲课201.顶点变换；2.三维变换的数学表达；三维变换的数学表达教学思路：通过现实世界照相机与OpenGL机制的对比，讲解三维观察的基本原理。多媒体课堂讲授；第6章OpenGL程序设计2讲课0.5研讨1.501.模型观察程序的代码框架；2.简单模型的绘制；3.三维变换交互的程序实现；1.模型观察程序的代码框架；2.简单模型的绘制；3.三维变换交互的程序实现教学思路：通过复杂的图形学编程任务，讲解图形学程序的基本开发技术和思想。程序设计演示；现场编程练习；第7章纹理贴图2讲课1.5研讨0.501.纹理贴图的目的；2.纹理贴图的数学模型；3.纹理映射程序实现；纹理映射的程序实现教学思路：从直观理解、数学模型、程序实现三个层次，逐步加深对纹理映射的认识。程序设计演示；现场编程练习；第8章自由曲线4讲课3研讨101.自由曲线造型概论；2.参数样条表达；3.Bezier曲线；4.B样条曲线；5.NURBS曲线；6.OpenGL曲线绘制1.Bezier曲线；2.B样条曲线；3.NURBS曲线；4.OpenGL曲线绘制教学思路：由任务驱动，讲解自由曲线的必要性和设计理念，深入到它的表达和性质，并编程实现。多媒体课堂讲授；程序设计演示；现场编程练习；第9章自由曲面2讲课201.参数曲面设计基本概念；2.Bezier曲面；3.B样条曲面；4.NURBS曲面1.Bezier曲面；2.B样条曲面；3.NURBS曲面教学思路：结合纹理贴图与自由曲线设计，讲解自由曲面扩展。课堂讲授第10章B样条曲线绘制程序设计2讲课0.5研讨1.501.B样条曲线绘制程序设计1.B样条曲线绘制程序设计教学思路：深入分析B样条曲线的性质和算法复杂度，讨论其快速绘制方法。程序设计演示；现场编程练习；第11章真实感绘制2讲课1研讨101.真实感绘制的要素2.OpenGL绘制机制与真实感绘制的区别；3.光线跟踪概述；4.光照明模型概述1.OpenGL绘制机制与真实感绘制的区别；2.光线跟踪概述；教学思路：介绍当前真实感绘制的最新进展和应用，通过实例介绍真实感绘制的要素和关键技术。课堂讲授；互动程序演示；小组讨论；第12章光照明模型2讲课1.5研讨0.501.简单光照明模型；2.明暗处理；3.全局光照明模型；4.光线跟踪1.简单光照明模型；2.全局光照明模型；3.光线跟踪教学思路：通过对不同光照明模型的对比分析，展示光照明模型的各个部分与关键因素，深入分析其物理机制。代码讲解；小组讨论；第13章光线求交与加速数据结构2讲课201.光线与场景对象求交；2.加速数据结构；1.光线与场景对象求交；2.加速数据结构；教学思路：采用任务驱动的思路，从算法复杂度入手，分析光线求交与加速数据结构的基本技术。多媒体课堂讲授；第14章光线跟踪大型程序演示与联系4讲课1研讨301.光线跟踪过程演示；2.光线跟踪程序框架；3.求交程序实现；4.加速程序实现；1.光线跟踪程序框架；2.求交程序实现；3.加速程序实现；教学思路：注重实际工程能力，讲解大型作业中的技术难点。代码讲解；现场编程练习；注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求实践教学内容和基本要求（课外进行，课内考核）：1.基于OpenGL的三维模型观察程序设计；要求：在给定程序框架的基础上，进行程序设计；完成载入三维模型文件、绘制三维模型、三维交互等基本功能；2.B样条曲线绘制程序设计要求：用C语言和OpenGL开发B样条曲线绘制程序，完成载入B样条曲线文件、绘制任意4次B样条曲线等功能；3.光线跟踪程序设计要求：在给定程序框架的基础上，进行程序设计；完成简单模型光线求交；光照明模型；光线跟踪加速等功能；六、考核方式及成绩评定根据课程类型、课程性质、课程内容及特点，确定适合的考核内容、考核方式及成绩评定。考核内容重点考核学生获取知识的能力、应用所学知识分析问题和解决问题能力、实践动手能力和创新能力等；考核方式采用多种形式（笔试、口试、答辩、测验、论文等）、多个阶段（平时测试、作业测评、课外