计算机图形学课程教学大纲
计算机图形学课程教学大纲
计算机图形学课程教学大纲Final approval draft on November 22, 2020《计算机图形学》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：110053课程名称：计算机图形学英文名称：Computer Graphics课程类别：专业课学时：72学分：3.5适用对象：信息与计算科学专业本科生考核方式：考试（平时成绩占总成绩的30%）先修课程：高级语言程序设计、数据结构、高等代数二、课程简介中文简介：计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图形的学科。
它的重要性体现在人们越来越强烈地需要和谐的人机交互环境：图形用户界面已经成为一个软件的重要组成部分，以图形的方式来表示抽象的概念或数据已经成为信息领域的一个重要发展趋势。
通过本课程的学习，使学生掌握计算机图形学的基本原理和基本方法，理解图形绘制的基本算法，学会初步图形程序设计。
英文简介：Computer Graphics is the subject which concerned with how computer builds， processes and shows graphics. Its importance has been shown in people’s more and more intensively need for harmony human-machine interface. Graphics user interface has become an important part of software. It is a significant trend to show abstract conception or data in graphics way. Through the learning of this course, students could master Computer Graphics’basic theories and methods，understand graphics basic algorithms and learn how to design basic graphics program.三、课程性质与教学目的《计算机图形学》是信息与计算科学专业的一门主要专业课。
《计算机图形学》课程教学大纲(本科)
《计算机图形学》课程教学大纲课程编号：08291111课程名称：计算机图形学英文名称：Computer Graphics课程类型：专业基础课程要求：必修学时/学分：48/3 （讲课学时：38 上机学时：10）适用专业：生物医学工程一、课程性质与任务计算机图形学是生物医学工程专业本科生的学科基础课。
主要学习图形生成、处理和显示算法的数学原理，掌握利用计算机的VC++开发环境来生成和处理二维和三维图形，为今后从事计算机辅助设计、科学计算可视化、医学图像生成和处理等方面的工作打下良好的基础。
二、课程与其他课程的联系先修课程《线性代数》为《计算机图形学》学习提供矩阵、微分几何等方面的数学知识，《C语言序设计》、《数据结构》则为图形生成、处理的计算机实现做铺垫。
本门课程为后续《医学图像处理》、《图像模式识别》的学习建立医学图像处理的感性认识和基本方法。
三、课程教学目标1.了解计算机图形学的发展，学习计算机光栅显示器的构成和基本工作原理，明确显示器和存储器的关系；（支撑毕业能力要求1.1,1.2，2.1）2.学习VC++的开发环境，掌握MFC绘图常用类和函数的使用方法，了解MFC程序开发的层次性包含关系；（支撑毕业能力要求1.2,2.2）3.学习直线、圆、椭圆等光栅图形的生成算法，掌握算法的基本思想，数学原理和代码实现；（支撑毕业能力要求3.2,3.3）4.学习2D图形的填充和3D图形的投影、旋转、平移、透视算法，掌握算法的基本思想、数学实现和代码实现；（支撑毕业能力要求3.1,3.3）5.学习消隐、明暗处理和真实感图形生成算法，掌握算法的基本思想、数学实现和代码实现；（支撑毕业能力要求3.1,3.2）五、其他教学环节1. 课外练习：（课外10学时）动态旋转图像映射立方体：掌握消隐和图像映射算法。
六、教学方法本课程以课堂教学为主，结合作业、自学、大作业等教学手段和形式完成课程教学任务。
在课堂教学中，通过讲授、提问、讨论、演示等教学方法和手段让学生理解算法基本思想，掌握算法的基本概念，编程实现方法，强调计算机图形学的工程应用背景以及计算机辅助技术在医学图像处理中的应用。
计算机图形学课程教学大纲
《计算机图形学》课程教学大纲通过本课程的学习，使学生掌握计算机图形学的基本概念、理论、方法和系统。
为今后从事计算机辅助设计和制造、科学计算可视化、计算机图形处理、图形算法的设计、图形软件的开发等方面的工作打下良好的理论基础。
本课程主要讲授计算机图形学的基本概念、原理、算法和基本系统。
三、课程性质本课程是专业技术基础课。
四、课程教学目标通过一学期学习要达到如下要求（1）掌握计算机图形学及图形系统的基本概念，了解图形外围设备的工作原理和特性，了解计算机图形标准的基本知识；（2）掌握基本图元及常用曲线的生成算法；（3）熟练掌握投影变换、图形变换、裁剪、填充等图形处理的常用算法；（4）熟练掌握三维形体及常用曲面的表示方法，能够处理三维图形的消隐问题；（5）懂得真实感图形的基本理论与算法；（6）熟练掌握一种语言的图形函数和图形程序的设计技能，具有开发以图形为主的软件设计基本能力。
五、理论教学内容及要求第一章绪论【教学目标】（1）了解计算机图形学概述（2）了解计算机图形学的发展史（3）了解计算机图形学的应用（4）了解计算机图形学的研究方向【学时分配】2【授课方式】讲授、演示【课外学习指导的要求】1、课外阅读资料：计算机图形学实用技术2、作业与思考题：【教学重点和难点】（1）重点：计算机图形学的应用（2）难点：计算机图形学概述【授课内容】1.1计算机图形学概述1.2计算机图形学的发展史1.3计算机图形学的应用1.4计算机图形学的研究方向【授课方法与手段】（1）教学方法：讲授式、讨论式（2）教学手段：多媒体、第二章计算机图形系统【教学目标】（1）了解计算机图形系统的组成、功能及分类（2）理解计算机图形设备分类及工作原理（3）了解计算机图形软件及应用【学时分配】8【授课方式】讲授、演示、课堂讨论【课外学习指导的要求】1、课外阅读资料：计算机图形学实用技术2、作业与思考题：【教学重点和难点】（1）重点：计算机图形设备的工作原理（2）难点：计算机图形软件的应用【授课内容】2.1计算机图形系统的组成、功能及分类2.2图形设备2.3图形软件【授课方法与手段】（1）教学方法：讲授式、讨论式（2）教学手段：多媒体第三章基本图形的生成【教学目标】（1）理解直线的生成算法（2）理解圆与椭圆的生成算法（3）了解区域的填充（4）了解字符的分类（5）理解图形裁剪算法【学时分配】22【授课方式】讲授、演示、课堂讨论、讲解习题【课外学习指导的要求】1、课外阅读资料：计算机图形学实用技术2、作业与思考题：【教学重点和难点】（1）重点：计算机基本图形的生成算法（2）难点：区域填充【授课内容】3.1直线的生成算法3.2圆与椭圆的生成算法3.3区域的填充3.4字符3.5裁剪【授课方法与手段】（1）教学方法：讲授式、案例式、研究式（2）教学手段：多媒体第四章图形变换【教学目标】（1）了解齐次坐标（2）理解图形的几何变换（3）了解形体的投影变换（4）了解窗口视区变换【学时分配】16【授课方式】讲授、演示、课堂讨论、讲解习题【课外学习指导的要求】1、课外阅读资料：计算机图形学实用技术2、作业与思考题：【教学重点和难点】（1）重点：图形的几何变换（2）难点：形体的投影变换【授课内容】4.1齐次坐标4.2图形的几何变换4.3形体的投影变换4.4窗口视区变换【授课方法与手段】（1）教学方法：讲授式、案例式、研究式（2）教学手段：多媒体第五章曲线与曲面【教学目标】（1）了解曲线与曲面的基础知识（2）理解常用参数曲线的性质（3）了解常用的参数曲面【学时分配】4【授课方式】讲授、演示、课堂讨论、讲解习题【课外学习指导的要求】1、课外阅读资料：计算机图形学实用技术2、作业与思考题：【教学重点和难点】（1）重点：计算机图形学的应用（2）难点：计算机图形学概述【授课内容】5.1曲线与曲面的基础知识5.2常用的参数曲线5.3常用的参数曲面【授课方法与手段】（1）教学方法：讲授式、案例式、研究式（2）教学手段：多媒体第六章真实感图形【教学目标】（1）了解线消隐、面消隐概念及算法（2）了解光照模型的概念（3）了解纹理的概念（4）了解颜色模型【学时分配】4【授课方式】讲授、演示【课外学习指导的要求】1、课外阅读资料：计算机图形学实用技术2、作业与思考题：【教学重点和难点】（1）重点：线消隐、面消隐的概念（2）难点：线消隐、面消隐的算法【授课内容】6.1线消隐6.2面消隐6.3光照模型6.4纹理6.5颜色模型【授课方法与手段】（1）教学方法：讲授式、案例式、研究式（2）教学手段：多媒体第七章VC++图形程序设计【教学目标】（1）了解VC++可视化编程概要（2）理解图形程序设计步骤和方法（3）掌握绘图工具应用程序编程实例【学时分配】4【授课方式】讲授、演示、课堂讨论、讲解习题【课外学习指导的要求】1、课外阅读资料：计算机图形学实用技术2、作业与思考题：【教学重点和难点】（1）重点：绘图应用程序编写（2）难点：绘图应用程序编写【授课内容】7.1VC++可视化编程概要7.2图形程序设计步骤和方法7.3绘图工具应用程序编程实例【授课方法与手段】（1）教学方法：讲授、演示（2）教学手段：多媒体六、实验教学内容及安排七、课程考核要求1、本课程是考试课2、考核方式：闭卷考试3、成绩评定：平时成绩30%，期末考试70%4、平时成绩：平时成绩由考勤、课堂表现、作业三项构成八、参考资料本课程选用教材[1]张宁蓉.计算机图形学[M].西安：西安电子科技大学出版社，20n.第一版本课程推荐参考书[1]陈元琰.计算机图形学实用技术[M].北京：科学出版社，2000.第一版[2]魏海涛.计算机图形学[M].北京：电子工业出版社，2001,第一版九、说明。
《计算机图形学》课程教学大纲
《计算机图形学》课程教学大纲《计算机图形学》课程教学大纲一、课程概述《计算机图形学》是一门研究计算机生成和操作图形的学科。
本课程旨在让学生掌握计算机图形学的基本原理和技术，包括图形处理流程、几何变换、光照模型、纹理映射、曲线和曲面构造等。
通过本课程的学习，学生将了解计算机图形学在游戏开发、电影制作、虚拟现实等领域的应用，并为进一步深入相关领域的研究和工作打下基础。
二、课程目标1、掌握计算机图形学的基本原理和流程，了解图形处理单元（GPU）的工作方式。
2、熟悉常用图形库和开发工具，能够使用它们进行基本的图形编程。
3、学习并掌握常见图形算法和数据结构，如凸包、BSP树、八叉树等。
4、理解并掌握光照模型、纹理映射、曲线和曲面构造等基本技术。
5、了解计算机图形学在各个领域的应用，并能够根据实际需求进行简单的应用开发。
三、课程内容1、计算机图形学概述：介绍计算机图形学的定义、发展历程和应用领域。
2、基本图形生成：讲述如何使用数学表达式生成基本图形，如直线、圆、多边形等。
3、图形变换：介绍几何变换的基本原理和方法，包括平移、旋转、缩放等。
4、光照模型：介绍光照的基本原理和常见光照模型，如Phong模型、Blinn-Phong模型等。
5、纹理映射：讲述如何将图像映射到几何表面上，实现表面的纹理效果。
6、曲线和曲面构造：介绍曲线和曲面的基本概念和构造方法，如Bezier曲线、B样条曲线等。
7、图形算法与数据结构：学习凸包、BSP树、八叉树等常见图形算法和数据结构。
8、图形软件和工具：介绍常用图形软件和开发工具，如OpenGL、Unity、Maya等。
9、计算机图形学应用：探讨计算机图形学在游戏开发、电影制作、虚拟现实等领域的应用。
四、教学方法1、理论教学：通过课堂讲解，让学生掌握计算机图形学的基本原理和技术。
2、实践教学：让学生在计算机上实践操作，使用编程语言和图形软件实现各种图形效果。
3、案例分析：通过分析实际案例，让学生了解计算机图形学的应用场景和技术要求。
《计算机图形学》课程教学大纲
《计算机图形学》课程教学大纲课程编号：20211501总学时数：32(理论18、实验14)总学分数：2课程性质：专业基础课适用专业：地理信息系统一、课程的任务和基本要求：课程任务：通过学习本课程，使学生加深对计算机图形学理论知识的理解；了解和掌握计算机图形学的基本编程技能与方法，培养独立分析解决问题的能力，具备一定的图形应用系统开发能力。
基本要求：掌握线段、圆等各类图形的生成方法、区域填充方法、线段和区域的裁剪方法、反走样方法和图形变换等理论方法，并用编程语言进行编程，在计算机上实现相关方法和算法。
二、基本内容和要求：第1章图形设备、系统和应用1.1 计算机图形学的发展及应用1.2 图形输入设备1.3 图形显示设备1.4 图形绘制设备1.5 图形系统和工作站要求：了解计算机图形学的发展阶段和基本应用，以及图形系统的软硬件构成第2章交互技术与用户接口2.1 用户接口的常用形式2.2 交互设备和交互任务2.3 输入控制2.4 如何构造一个交互系统要求：了解系统与用户之间的交互技术和用户接口，掌握构造交互系统的基本方法第3章基本图形生成算法3.1 直线的扫描转换3.2 圆与椭圆的扫描转换3.3 区域填充3.4 线宽与线型的处理3.5 裁剪要求：掌握基本图形的各类生成算法原理，并用编程语言实现第4章曲线和曲面4.1 基础知识4.2 常用的参数曲线4.3 常用的参数曲面要求：掌握曲线和曲面的生成算法原理，并用编程语言实现第5 图形变换第5章图形变换5.1 窗口视图变换5.2 几何变换5.3 形体的投影变换要求：掌握图形变换基本理论和计算，并用编程语言实现三、实践环节和要求：实验方式：1．由指导教师讲清各项实验的目的、内容、实验步骤、要求及安全事项；2．实验分组进行，由学生独立操作或教师演示进行；要求：1．熟悉各类图形的生成方法2．掌握二维和三维图形的变换的方法3．通过编程语言实现各类图形的生成和图形变换本大纲安排7个实验项目，每2学时做一个实验项目，计14学时。
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《计算机图形学》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：110053课程名称：计算机图形学英文名称：Computer Graphics课程类别：专业课学时：72学分：适用对象：信息与计算科学专业本科生考核方式：考试（平时成绩占总成绩的30%）先修课程：高级语言程序设计、数据结构、高等代数二、课程简介中文简介：计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图形的学科。
它的重要性体现在人们越来越强烈地需要和谐的人机交互环境：图形用户界面已经成为一个软件的重要组成部分，以图形的方式来表示抽象的概念或数据已经成为信息领域的一个重要发展趋势。
通过本课程的学习，使学生掌握计算机图形学的基本原理和基本方法，理解图形绘制的基本算法，学会初步图形程序设计。
英文简介：Computer Graphics is the subject which concerned with how computer builds， processes and shows graphics. Its importance has been shown in people’s more and more intensively need for harmony human-machine interface. Graphics user interface has become an important part of software. It is a significant trend to show abstract conception or data in graphics way. Through the learning of this course, students could master Computer Graphics’basic theories and methods，understand graphics basic algorithms and learn how to design basic graphics program.三、课程性质与教学目的《计算机图形学》是信息与计算科学专业的一门主要专业课。
通过本课程的学习，使学生掌握基本的二、三维的图形的计算机绘制方法，理解光栅图形生成基本算法、几何造型技术、真实感图形生成、图形标准与图形变换等概念和知识。
学会图形程序设计的基本方法，为图形算法的设计、图形软件的开发打下基础。
四、教学内容及要求第一章绪论(一)目的与要求1.掌握计算机图形学的基本概念；2.了解计算机图形学的发展、应用；3.掌握图形系统的组成。
(二)教学内容第一节计算机图形学的概念1．主要内容计算机图形学的概念及其与其它学科之间的关系。
2．基本概念和知识点计算机图形学的概念。
3. 问题与应用（能力要求）理解计算机图形学的概念。
第二节计算机图形学的发展1．主要内容计算机图形学的发展过程。
2．基本概念和知识点计算机图形学的发展过程。
3. 问题与应用（能力要求）了解计算机图形学的发展过程。
第三节计算机图形学的应用1．主要内容计算机图形学的应用。
2．基本概念和知识点计算机图形学的应用。
3. 问题与应用（能力要求）了解计算机图形学的应用。
第四节常用的图形输入/输出设备1．主要内容常用的图形输入/输出设备。
2．基本概念和知识点常用的图形输入/输出设备。
3. 问题与应用（能力要求）了解常用的图形输入/输出设备。
第五节计算机图形系统1．主要内容计算机图形系统。
2．基本概念和知识点计算机图形系统。
3. 问题与应用（能力要求）了解计算机图形系统。
(三)实践环节与课后练习无。
(四)教学方法与手段课堂板书结合PowerPoint电子教案讲授。
第二章光栅图形学（一）目的与要求1．理解三个常用直线生成算法；2．理解圆的特征、掌握中点画圆法；3．理解和掌握多边形的扫描转换、区域填充算法；4．了解点阵字符、矢量字符、字符属性；5．理解直线段裁剪、多边形裁剪、字符裁剪；6．了解提高分辨率、区域采样、加权区域采样技术；7．了解消隐的分类、消除隐藏线、消除隐藏面算法。
（二）教学内容第一节直线段的扫描转换算法（3学时）1．主要内容三个常用直线生成算法。
2. 基本概念和知识点三个常用算法：数值微分法（DDA(Digital differentialanalyzer)）、中点画线法、Bresenham 算法。
3.问题与应用（能力要求）理解三个常用直线生成算法。
第二节圆弧的扫描转换算法1．主要内容圆的特征、中点画圆法。
2．基本概念和知识点圆的特征、中点画圆法。
3.问题与应用（能力要求）理解圆的特征、掌握中点画圆法。
第三节多边形的扫描转换算法与区域填充1．主要内容多边形的扫描转换、区域填充算法。
2．基本概念和知识点多边形的扫描转换、区域填充算法。
3.问题与应用（能力要求）理解和掌握多边形的扫描转换、区域填充算法。
第四节字符1．主要内容点阵字符、矢量字符、字符属性。
2．基本概念和知识点点阵字符、矢量字符、字符属性。
3．问题与应用（能力要求）了解点阵字符、矢量字符、字符属性。
第五节裁剪1．主要内容直线段裁剪、多边形裁剪、字符裁剪。
2．基本概念和知识点直线段裁剪、多边形裁剪、字符裁剪。
3．问题与应用（能力要求）理解直线段裁剪、多边形裁剪、字符裁剪。
第六节反走样1．主要内容提高分辨率、区域采样、加权区域采样。
2．基本概念和知识点提高分辨率、区域采样、加权区域采样。
3．问题与应用（能力要求）了解提高分辨率、区域采样、加权区域采样技术。
第七节消隐1．主要内容消隐的分类、消除隐藏线、消除隐藏面。
2．基本概念和知识点消隐的分类、消除隐藏线、消除隐藏面。
3．问题与应用（能力要求）了解消隐的分类、消除隐藏线、消除隐藏面算法。
（三）课后练习此部分应布置一至两次至少四道题的课后习题，内容可覆盖直线和圆弧DDA算法、直线段裁剪、多边形裁剪。
（四）教学方法与手段课堂板书结合PowerPoint电子教案讲授。
第三章几何造型技术（一）目的与要求1.理解Bézier曲线的定义和性质、掌握二、三次Bézier曲线、n次Bézier曲线应用及变型；2.理解和掌握数据拟合与最小二乘法、多项式插值及参数化；3.了解参数连续和几何连续概念、二次参数样条曲线、三次参数样条曲线；4.理解B样条曲线定义与性质、了解二次和三次B样条曲线及其应用、非均匀B样条曲线、参数曲线段的一般递推式；5.了解矩阵域上的 Bézier 曲面、三角域上的 Bézier 曲面、Bézier 曲面拼接应用；6.了解双三次Coons曲面、布尔和形式的Coons曲面；7.了解B样条曲面一般形式、三种双三次参数曲面片等价表示。
（二）教学内容第一节 Bézier 曲线1．主要内容Bézier曲线的定义和性质、二、三次Bézier曲线、n次Bézier曲线应用及变型。
2．基本概念和知识点Bézier曲线的定义和性质、二、三次Bézier曲线、n次Bézier 曲线应用及变型。
3．问题与应用（能力要求）理解Bézier曲线的定义和性质、掌握二、三次Bézier曲线、n次Bézier曲线应用及变型。
第二节拟合、插值与样条概念1．主要内容数据拟合与最小二乘法、多项式插值及参数化。
2．基本概念和知识点数据拟合与最小二乘法、多项式插值及参数化。
3．问题与应用（能力要求）理解和掌握数据拟合与最小二乘法、多项式插值及参数化。
第三节二、三次参数样条曲线1．主要内容参数连续和几何连续概念、二次参数样条曲线、三次参数样条曲线。
2．基本概念和知识点参数连续和几何连续概念、二次参数样条曲线、三次参数样条曲线。
3．问题与应用（能力要求）了解参数连续和几何连续概念、二次参数样条曲线、三次参数样条曲线。
第四节 B样条曲线1．主要内容B样条曲线定义与性质、二次和三次B样条曲线及其应用、非均匀B样条曲线、参数曲线段的一般递推式。
2．基本概念和知识点定义与性质、二次和三次B样条曲线及其应用、非均匀B样条曲线、参数曲线段的一般递推式。
3．问题与应用（能力要求）理解B样条曲线定义与性质、了解二次和三次B样条曲线及其应用、非均匀B样条曲线、参数曲线段的一般递推式。
*第五节 Bézier 曲面及其拼接（自学）1．主要内容矩阵域上的 Bézier 曲面、三角域上的 Bézier 曲面、Bézier 曲面拼接应用。
2．基本概念和知识点矩阵域上的 Bézier 曲面、三角域上的 Bézier 曲面、Bézier 曲面拼接应用。
3．问题与应用（能力要求）了解矩阵域上的 Bézier 曲面、三角域上的 Bézier 曲面、B ézier 曲面拼接应用。
*第六节 Coons 曲面（自学）1．主要内容双三次Coons曲面、布尔和形式的Coons曲面。
2．基本概念和知识点双三次Coons曲面、布尔和形式的Coons曲面。
3．问题与应用（能力要求）了解双三次Coons曲面、布尔和形式的Coons曲面。
*第七节 B样条曲面（自学）1．主要内容B样条曲面一般形式、三种双三次参数曲面片等价表示，NURBS曲线与曲面。
2．基本概念和知识点B样条曲面一般形式、三种双三次参数曲面片等价表示。
3．问题与应用（能力要求）了解B样条曲面一般形式、三种双三次参数曲面片等价表示。
（三）实践环节与课后练习此部分应布置一至两次至少四道题的课后习题，内容可覆盖Bézier曲线、B样条曲线、Bézier 曲面、B样条曲面等。
（四）教学方法与手段课堂板书结合PowerPoint电子教案讲授。
第四章真实感图形学（一）目的与要求1.理解颜色的基本概念、三色学说、CIE色度图、掌握常用的颜色模型；2.掌握光照相关知识、Phong光照明模型、增量式光照明模型、阴影的生成；3.了解局部光照明的理论基础、局部光照明模型；4.了解纹理相关概念、二维纹理域的映射、三维纹理域的映射、几何纹理；5.了解透明效果的简单模拟、Whitted 光透射模型、Hall 光透射模型、简单光反射透射模型；6.了解光线跟踪算法，辐射度方法、实时真实感图形学技术。
（二）教学内容第一节颜色视觉1．主要内容颜色的基本概念、三色学说、CIE色度图、常用的颜色模型。
2．基本概念和知识点基本概念、三色学说、CIE色度图、常用的颜色模型。
3．问题与应用（能力要求）理解颜色的基本概念、三色学说、CIE色度图、掌握常用的颜色模型。
第二节简单光照明模型1．主要内容光照相关知识、Phong光照明模型、增量式光照明模型、阴影的生成。