2009年计算机图形学教案
《计算机图形学》电子教案 第6章
面是二维几何元素，是形体上一个有限、非零的区域， 由一个外环和若干个内环确定其范围。
4维几何元素，是由封闭表面围成的有效空间。
6.1.2 平面立体的拓扑关系
6.2 形体的常用模型
6.2.1 线框模型
线框模型用顶点和棱边来表示物体，具有模型 简单、实现方便、运算量小、显示迅速等优点。
6.3 形体的常用表示方法
6.3.1 分解表示
分解表示的原理是：将形体按某种规则分解为 小的更易于描述的部分，每一小部分又可分为更 小的部分，持续分解过程直至每一小部分都能够 直接描述为止。
常用的分解表示方法有：空间位置枚举表示法、 八叉树表示法和单元分解表示法。
6.3.2 构造表示
构造表示是按照生成过程来定义形体的方法， 通常有扫描表示、构造实体几何表示和特征表示 三种。
第6章 几何造型
6.1 简单几何形体
6.1.1 几何元素的定义
1．点
点是最基本的零维几何元素，分为端点、切点和交点 等。在三维（或二维）空间中的点用坐标来定义为(x,y) 或(x,y,z)。
对自由曲线、自由曲面的描述常用三种类型的点： 控制点 数据点 插值点
2．边（线）
边是一维几何元素，是形体内两个相邻面（正则形体） 或多个相邻面（非正则形体）的交界。
实体模型是最高级的模型，它能够完整地表示 物体的所有形状信息，如几何信息、拓扑信息； 能够支持多种运算，如欧拉运算、物性计算、有 限元分析等。
可以在表面模型的基础上采用三种方法来定义 实体：
（1）在定义表面的同时，给出实体存在一侧 的某个点P；
（2）在表面取外法矢来指明实体存在的一侧；
（3）用有向棱边的走向表示表面的外法矢， 以右手法则的指向作为实体存在的一侧。
计算机图形学教案
计算机图形学教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍介绍计算机图形学的定义、发展和应用领域解释图形学与图像学的区别1.2 图形学基本概念什么是点、线、面、体坐标系统和变换矢量与标量的概念1.3 图形处理基本技术光栅图形表示方法矢量图形表示方法图形变换技术1.4 图形软件简介Windows图形子系统OpenGL图形库DirectX图形库第二章：二维图形绘制基础2.1 基本绘图命令画点、画线、填充图形使用不同颜色和线型2.2 图形属性设置颜色、线型、字体、大小等属性图形对象的属性和方法2.3 图形变换平移、旋转、缩放镜像和对称矩阵运算2.4 图形裁剪非齐次裁剪齐次裁剪裁剪算法实现第三章：三维图形绘制基础3.1 三维坐标系统右手坐标系和左手坐标系世界坐标系和视图坐标系3.2 三维图形的表示方法三维线条、曲面和体元参数曲线和参数曲面3.3 三维图形变换三维变换（平移、旋转、缩放）四元数和球面插值3.4 光照模型基本光照模型（Lambert、Blinn-Phong）材质属性和纹理映射第四章：图形界面设计4.1 用户界面设计原则设计美观、易用、一致的界面布局、颜色、字体和图标的应用4.2 常用界面控件按钮、输入框、列表框、滑动条等事件处理机制4.3 界面布局方法绝对布局和相对布局表格布局和网格布局4.4 界面美观与用户体验界面美观的要素提高用户体验的方法第五章：图形交互技术5.1 交互技术概述交互技术在图形学中的应用鼠标、键盘和其他输入设备5.2 交互操作选择、拖动、缩放、旋转等操作交互式绘图和建模5.3 事件处理事件类型和事件处理函数回调和事件队列5.4 图形对话框和消息框创建图形对话框和消息框弹出菜单和工具栏设计第六章：图形算法6.1 图形算法概述图形算法的定义和重要性算法评估标准和性能分析6.2 填充算法扫描线填充算法填充规则和多边形分类抗锯齿技术6.3 裁剪算法凸多边形裁剪凹多边形裁剪球面插值和球面贴图6.4 视图转换投影变换（正交、透视）视图矩阵和视锥体视图空间的裁剪第七章：曲面建模7.1 曲面建模基础参数曲面和非参数曲面曲线和曲面的拟合方法7.2 贝塞尔曲线和曲面贝塞尔曲线和曲面的定义贝塞尔族的性质和构造方法7.3 B样条曲线和曲面B样条曲线和曲面的定义B样条族的性质和构造方法7.4 细分曲面细分曲面的基本概念细分曲面的构造算法第八章：渲染技术8.1 渲染基础渲染管线和渲染流程光栅化技术和抗锯齿8.2 材质和光照模型材质属性及其对渲染的影响基于物理的渲染和实时渲染技术8.3 阴影技术软阴影和硬阴影阴影映射技术8.4 全局光照和实时光照全局光照模型（BSSRDF）实时光照模拟（基于物理的渲染）第九章：动画与虚拟现实9.1 动画基础动画的类型和制作方法关键帧动画和动力学模拟9.2 骨骼动画和蒙皮技术骨骼结构和解算方法蒙皮算法的实现9.3 虚拟现实技术虚拟现实的概念和应用领域VR硬件设备和软件平台9.4 增强现实技术增强现实的概念和原理AR应用案例和开发工具第十章：计算机图形学项目实践10.1 项目实践概述项目选题和需求分析项目进度管理和团队协作10.2 项目设计与实现技术选型和工具链选择项目模块划分和实现细节10.3 项目测试与优化功能测试和性能测试优化方法和技巧10.4 项目汇报与总结项目汇报的准备和注意事项项目经验和教训的总结重点解析计算机图形学的基本概念和图形学与图像学的区别图形学中的点、线、面、体的表示和坐标系统、变换图形表示方法：光栅图形和矢量图形图形软件：Windows图形子系统、OpenGL图形库、DirectX图形库二维图形绘制基础：绘图命令、图形属性、图形变换、图形裁剪三维图形绘制基础：三维坐标系统、三维图形表示方法、三维图形变换、光照模型图形界面设计：界面设计原则、常用界面控件、界面布局方法、界面美观与用户体验图形交互技术：交互技术概述、交互操作、事件处理、图形对话框和消息框图形算法：填充算法、裁剪算法、视图转换曲面建模：参数曲面、贝塞尔曲线和曲面、B样条曲线和曲面、细分曲面渲染技术：渲染基础、材质和光照模型、阴影技术、全局光照和实时光照动画与虚拟现实：动画基础、骨骼动画和蒙皮技术、虚拟现实技术、增强现实技术计算机图形学项目实践：项目实践概述、项目设计与实现、项目测试与优化、项目汇报与总结图形学中复杂图形的绘制和处理技术图形算法的优化和性能分析三维图形的纹理映射和曲面建模技术实时渲染技术和基于物理的渲染方法动画制作和虚拟现实应用的开发和实践项目实践中的团队协作和项目管理技巧。
计算机图形学电子教案
计算机图形学电子教案第一章：计算机图形学概述1.1 图形与图像的区别与联系1.2 计算机图形学的基本概念1.3 计算机图形学的发展历程1.4 计算机图形学的主要应用领域第二章：图形表示与建模2.1 图形的基本元素与属性2.2 向量表示法与栅格表示法2.3 图形建模技术2.4 参数曲面与非参数曲面第三章：图形变换3.1 二维变换3.2 三维变换3.3 齐次坐标与变换矩阵3.4 坐标变换在图形处理中的应用第四章：二维图形算法4.1 直线与圆的算法4.2 填充算法4.3 裁剪算法4.4 图形合成算法第五章：三维图形算法5.1 三维图形的算法5.2 光照模型与材质属性5.3 纹理映射与贴图5.4 三维图形的渲染与显示技术第六章：虚拟现实与增强现实6.1 虚拟现实技术的基本概念与原理6.2 虚拟现实系统的硬件与软件设备6.3 虚拟现实技术的应用领域6.4 增强现实技术的基本原理与应用第七章：计算机动画与视频处理7.1 计算机动画的基本概念与类型7.2 动画制作的基本原理与技术7.3 视频处理与压缩技术7.4 动画与视频在计算机图形学中的应用第八章：计算机图形学软件与应用8.1 计算机图形学软件的分类与功能8.2 常见计算机图形学软件介绍8.3 计算机图形学在实际应用中的案例分析8.4 计算机图形学软件的发展趋势第九章：计算机图形学与9.1 计算机图形学与的结合领域9.2 计算机视觉与图形学的关联9.3 机器学习在计算机图形学中的应用9.4 在计算机图形学未来发展中的作用第十章：计算机图形学实验与项目实践10.1 计算机图形学实验概述10.2 常见计算机图形学实验项目介绍10.3 计算机图形学项目实践案例分析10.4 计算机图形学实验与项目实践的意义与价值重点和难点解析一、图形与图像的区别与联系：理解图形和图像在计算机图形学中的定义和区别是基础，重点关注它们的物理表示和应用场景。
二、计算机图形学的基本概念：掌握计算机图形学的定义、目标、任务和研究领域，理解图形系统和图形处理的基本概念。
计算机图形学教案
计算机图形学教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍计算机图形学的定义计算机图形学的发展历程计算机图形学的应用领域1.2 图形与图像的区别图像的定义图形的定义图形与图像的联系与区别1.3 计算机图形学的基本概念像素与分辨率矢量与栅格颜色模型图像文件格式第二章：二维图形基础2.1 基本绘图函数画点函数画线函数填充函数2.2 图形变换平移变换旋转变换缩放变换2.3 图形裁剪矩形裁剪贝塞尔曲线裁剪多边形裁剪第三章：三维图形基础3.1 基本三维绘图函数画点函数画线函数填充函数3.2 三维变换平移变换旋转变换缩放变换3.3 光照与材质基本光照模型材质的定义与属性光照与材质的实现第四章：图像处理基础4.1 图像处理基本概念像素的定义与操作图像的表示与存储图像的数字化4.2 图像增强对比度增强锐化滤波4.3 图像分割阈值分割区域生长边缘检测第五章：计算机动画基础5.1 动画基本概念动画的定义与分类动画的基本原理动画的制作流程5.2 关键帧动画关键帧的定义与作用关键帧动画的制作方法关键帧动画的插值算法5.3 骨骼动画骨骼的定义与作用骨骼动画的制作方法骨骼动画的插值算法第六章：虚拟现实与增强现实6.1 虚拟现实基本概念虚拟现实的定义与分类虚拟现实技术的关键组件虚拟现实技术的应用领域6.2 虚拟现实实现技术头戴式显示器（HMD）位置追踪与运动捕捉交互设备与手势识别6.3 增强现实基本概念与实现增强现实的定义与原理增强现实技术的应用领域增强现实设备的介绍第七章：计算机图形学与人类视觉7.1 人类视觉系统基本原理视觉感知的基本过程人类视觉的特性和局限性视觉注意和视觉习惯7.2 计算机图形学中的视觉感知视觉感知在计算机图形学中的应用视觉线索和视觉引导视觉感知与图形界面设计7.3 图形学中的视觉错误与解决方案常见视觉错误分析避免视觉错误的方法提高图形可读性与美观性第八章：计算机图形学与艺术8.1 计算机图形学在艺术创作中的应用数字艺术与计算机图形学的交融计算机图形学工具在艺术创作中的使用计算机图形学与艺术的创新实践8.2 计算机图形学与数字绘画数字绘画的基本概念与工具数字绘画技巧与风格数字绘画作品的创作与展示8.3 计算机图形学与动画电影动画电影制作中的计算机图形学技术3D动画技术与特效制作动画电影的视觉艺术表现第九章：计算机图形学的未来发展9.1 新兴图形学技术的发展趋势实时图形渲染技术基于物理的渲染动态图形设计9.2 计算机图形学与其他领域的融合计算机图形学与的结合计算机图形学与物联网的结合计算机图形学与生物医学的结合9.3 计算机图形学教育的未来发展图形学教育的重要性图形学教育的发展方向图形学教育资源的整合与创新第十章：综合项目实践10.1 项目设计概述项目目标与需求分析项目实施流程与时间规划项目团队组织与管理10.2 项目实施与技术细节项目技术选型与工具使用项目开发过程中的关键技术项目测试与优化10.3 项目成果展示与评价项目成果的展示与推广项目成果的评价与反馈重点和难点解析一、图像的定义与图像的定义，图形与图像的联系与区别1. 学生是否能够理解并区分图像和图形的概念。
计算机图形学电子教案
计算机图形学电子教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍介绍计算机图形学的定义、发展和应用领域解释图形学与图像学的区别1.2 图形学基本概念定义像素、矢量图、位图等基本概念解释屏幕坐标系统、窗口和视口的概念1.3 图形处理流程介绍图形处理的基本流程：输入、建模、渲染、显示解释光栅化和抗锯齿的概念1.4 图形软件和硬件介绍常见的图形软件（如OpenGL、DirectX）解释图形处理器（GPU）的工作原理和性能影响因素第二章：二维图形基础2.1 基本图形绘制学习使用直线、圆、椭圆等基本图形绘制方法掌握坐标变换（平移、旋转、缩放）的基本算法2.2 图形属性学习设置线条颜色、宽度、样式等属性掌握填充图形的方法和属性设置2.3 文本和图像显示学习使用字体和文本显示方法掌握图像的加载、显示和处理方法2.4 二维动画基础了解动画原理和常见动画技术学习简单动画的实现方法第三章：三维图形基础3.1 三维坐标系统和变换掌握三维坐标系统的定义和转换方法学习三维图形的投影和视图变换算法3.2 基本三维图形绘制学习三维直线、曲面等基本图形的绘制方法掌握光照模型和材质属性设置3.3 三维图形渲染学习三维图形的纹理映射、凹凸映射等渲染技术掌握三维图形着色、光照和阴影的计算方法3.4 三维动画基础了解三维动画原理和常见动画技术学习复杂动画的实现方法第四章：图形用户界面设计4.1 GUI设计原则学习GUI设计的基本原则和界面布局方法掌握常用的GUI组件和控件使用方法4.2 事件处理和输入设备学习事件处理机制和输入设备的使用方法掌握鼠标、键盘等输入设备的交互设计4.3 菜单和对话框设计学习菜单和对话框的设计方法和实现技巧掌握菜单项、菜单栏、工具栏等界面的设计要点4.4 状态栏和工具提示学习状态栏和工具提示的设计和使用方法掌握状态信息的展示和交互设计第五章：图形编程实践5.1 图形编程环境搭建学习图形编程环境的搭建和配置方法掌握基本的图形编程框架和API使用方法5.2 绘制基本图形实现直线、圆、椭圆等基本图形的绘制方法掌握坐标变换和图形属性设置的实践技巧5.3 绘制文本和图像实现文本和图像的显示方法掌握字体加载、图像处理和纹理映射的实践技巧5.4 实现简单动画实现二维和三维动画的绘制方法掌握动画原理和渲染技术的实践应用计算机图形学电子教案第六章：图形算法与数据结构6.1 图形算法概述介绍图形算法的分类和应用场景解释算法复杂度和性能评估6.2 数据结构学习常用的数据结构（如数组、链表、树、图）掌握其在图形处理中的应用和选择原则6.3 填充算法学习扫描线填充、填充规则和抗锯齿技术掌握多边形填充算法的原理和实践6.4 裁剪算法学习简单多边形的裁剪方法掌握裁剪算法的原理和实践第七章：图像处理基础7.1 图像处理概述介绍图像处理的基本概念和应用领域解释图像处理与计算机视觉的区别7.2 图像基本操作学习图像的读取、显示、存储和转换方法掌握图像的点操作、滤波和几何变换7.3 图像增强和复原学习图像增强、去噪和复原的算法掌握图像质量改善的实践方法7.4 图像分割和特征提取学习图像分割和特征提取的算法掌握目标检测和识别的实践技巧第八章：计算机动画与模拟8.1 动画基础介绍动画的类型和制作流程解释帧动画和精灵动画的原理8.2 关键帧动画学习关键帧动画的创建和播放方法掌握动画插值和过渡效果的实现8.3 物理模拟学习物理模拟的基本原理掌握碰撞检测、刚体动力学和粒子系统的实现8.4 动画编辑与播放学习动画编辑工具和播放控制方法掌握动画序列化和资源管理的技术第九章：虚拟现实与增强现实9.1 虚拟现实基础介绍虚拟现实的定义和设备解释虚拟环境的创建和交互方法9.2 虚拟现实技术学习虚拟现实渲染和视觉感知技术掌握虚拟现实应用开发的实践技巧9.3 增强现实基础介绍增强现实的定义和设备解释增强现实图像识别和物体跟踪方法9.4 增强现实应用学习增强现实应用开发的方法掌握增强现实游戏和交互设计的实践技巧第十章：图形学项目实践10.1 项目规划与管理学习项目规划和管理的基本方法掌握项目进度控制和团队协作技巧10.2 图形应用实例分析分析图形应用的案例和实现方法理解图形学技术在实际应用中的应用场景10.3 项目设计与实现设计图形应用项目的架构和功能实现图形界面、交互和图形渲染的技术细节10.4 项目测试与优化学习图形应用项目的测试方法掌握性能优化和错误调试的实践技巧10.5 项目展示与评估学习项目展示和评估的方法掌握项目汇报和成果评价的技巧计算机图形学电子教案第十一章：图形学高级主题11.1 曲面建模学习曲面建模的基本概念和方法掌握参数曲面、隐式曲面和开放曲面的绘制技术11.2 非线性动画了解非线性动画的概念和特点学习关键帧动画以外的动画技术，如动力学和模拟动画11.3 实时渲染技术学习实时渲染的基本概念和挑战掌握基于物理的渲染、全局光照和实时阴影的技术11.4 图形硬件加速了解图形硬件加速的基本原理学习如何利用GPU进行图形渲染和计算加速第十二章：专业图形学应用12.1 游戏开发学习游戏开发的基本流程和工具掌握游戏引擎的使用和游戏设计的实践技巧12.2 影视后期制作了解影视后期制作的基本流程学习三维渲染、特效制作和颜色校正的技术12.3 虚拟现实应用学习虚拟现实应用的设计原则掌握虚拟现实体验的创造和优化的实践技巧12.4 医学可视化了解医学可视化的应用和挑战学习医学图像处理和三维可视化的技术第十三章：图形学的前沿技术13.1 深度学习和图形学了解深度学习在图形学中的应用学习神经网络在图像、风格迁移等领域的应用13.2 增强现实与混合现实学习增强现实和混合现实的区别和联系掌握现实世界和虚拟世界的交互技术13.3 图形学的未来趋势探讨图形学的未来发展趋势了解新兴技术如光场渲染、全息显示等的发展前景第十四章：图形学实验与实践14.1 实验环境搭建学习图形学实验环境的需求和搭建方法掌握图形编程环境的配置和使用14.2 图形学实验项目介绍图形学实验项目的类型和内容学习实验项目的规划和实施方法掌握实验结果分析和总结的技巧14.4 实践案例分析分析图形学实践案例的成功因素学习图形学技术在实际项目中的应用和优化第十五章：图形学教学资源与评估15.1 教学资源建设了解图形学教学资源的需求和类型学习教学资源的创建、整合和共享方法15.2 教学评估与反馈学习教学评估的方法和指标掌握学生学习情况和教学效果的反馈技巧15.3 图形学教育的发展探讨图形学教育的现状和未来发展了解图形学教育在人才培养和创新应用中的作用15.4 图形学课程设计学习图形学课程的整体设计和教学规划掌握课程内容、教学方法和评估体系的构建技巧重点和难点解析计算机图形学的定义、发展和应用领域图形学与图像学的区别二维和三维图形的绘制、变换和渲染方法图形属性、文本和图像显示二维动画和三维动画的实现方法图形用户界面（GUI）设计原则和组件使用图形算法与数据结构（填充、裁剪等）图像处理基础（图像操作、增强和复原）计算机动画与模拟（关键帧动画、物理模拟）虚拟现实与增强现实（VR和AR技术）图形学高级主题（曲面建模、非线性动画）专业图形学应用（游戏开发、影视后期制作）图形学的前沿技术（深度学习、增强现实）图形学实验与实践（实验环境搭建、项目实践）图形学教学资源与评估（教学资源建设、教学评估）图形学中的数学基础（坐标变换、投影等）高级图形算法和数据结构的应用图像处理和计算机动画的算法实现虚拟现实和增强现实的开发实践图形学实验环境搭建和项目实践教学资源的创建、整合和共享教学评估体系的设计和实施。
计算机图形学电子教案
计算机图形学电子教案第一章：计算机图形学概述1.1 计算机图形学的定义与目的1.2 计算机图形学的发展历程1.3 计算机图形学的主要应用领域1.4 计算机图形学的基本概念第二章：图形表示与模型2.1 图形的基本元素与属性2.2 点、线、面的表示方法2.3 向量与矩阵在图形表示中的应用2.4 图形变换与模型第三章：二维图形绘制3.1 基本图形绘制算法3.2 直线、圆的绘制方法3.3 反走样技术3.4 图像的采样与重建第四章：三维图形绘制4.1 三维图形的基本表示方法4.2 三维图形的绘制算法4.3 光照模型与材质属性4.4 纹理映射与三维效果增强第五章：图形用户界面设计5.1 图形用户界面的基本概念5.2 常用的图形用户界面组件5.3 事件处理与用户交互5.4 界面布局与美观设计第六章：计算机动画基础6.1 动画的基本概念与分类6.2 帧动画与精灵动画6.3 关键帧动画技术与中间帧6.4 动画的运动学原理与插值算法第七章：虚拟现实与增强现实7.1 虚拟现实与增强现实的基本概念7.2 虚拟现实技术的关键组成部分7.3 增强现实技术的工作原理与实现7.4 虚拟现实与增强现实的应用场景第八章：计算机图形学的数学基础8.1 计算机图形学中常用的数学知识8.2 向量与矩阵运算在图形学中的应用8.3 几何变换与坐标系统8.4 曲线与曲面的表示与绘制第九章：图像处理与计算机视觉9.1 图像处理的基本概念与技术9.2 图像滤波与边缘检测9.3 图像的特征提取与匹配9.4 计算机视觉的基本算法与应用第十章：计算机图形学项目实践10.1 项目实践的意义与目的10.2 项目实践的流程与方法10.3 常见图形学项目的案例分析10.4 学生项目实践的指导与评价重点和难点解析一、计算机图形学的定义与目的重点：图形学的基本概念，图形学与其他学科的关系，图形学的应用领域。
难点：图形学的核心问题，图形学的发展趋势。
二、图形表示与模型重点：图形的基本元素与属性，点、线、面的表示方法。
《计算机图形学》电子教案 第1章
绪论
1.1
计算机图形学的研究内容
计算机图形学的主要核心技术是如何建立所 处理对象的模型并生成该对象的图形。 研究内容： （1）几何模型构造技术 （2）图形生成技术 （3）图形操作与处理方法 （4）图形信息的存贮、检索与交换技术 （5）人机交互及用户的接口技术 （6）动画技术 （7）图形输出设备与输出技术 （8）图形标准与图形软件包的研究开发
我国开展计算机图形技术的研究和应用开始于 60年代。近年来，随着改革开放以及我国方针政 策的落实，科学技术得到发展应用，计算机图形 学的理论和技术迅速发展，很快取得了可喜的成 果。在硬件方面，我国陆续研制出多种系列和型 号的绘图机、数字化仪和图形显示器，其技术指 标居国际先进水平，已批量报入市场；与计算机 图形学有关的软件的开发和应用也迅速发展。
1.4
计算机图形学的应用领域
1. 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） 2．计算机辅助教学（CAI） 3. 计算机动画 4. 管理和办公自动化 5．国土信息和自然资源显示与绘制 6．科学计算可视化
图形显示器也随着计算机技术的发展不断完善。 区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念及其相应 算法纷纷诞生，图形学进入了第一个兴盛的时期， 并开始出现实用的CAD图形系统。图形软件功也 纷纷制定。 从80年代中期以来，超大规模集成电路的发 展，为图形学的飞速发展奠定了物质基础。计算 机的运算能力的提高，图形处理速度的加快，使 得图形学的各个研究方向得到充分发展，图形学 已广泛应用于动画、科学计算可视化、 CAD/CAM、影视娱乐等各个领域。
Hale Waihona Puke 1.2计算机图形学与图像处理
计算机图形学和图像处理的区别与联系。
1.3
计算机图形学的发展
计算机图形学电子教案
计算机图形学电子教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍了解计算机图形学的定义、发展和应用领域理解图形学与图像学的区别1.2 图形学基本概念掌握点、线、面的基本概念理解坐标系统和变换1.3 图形处理技术掌握光栅图形学的基本原理了解矢量图形学的基本概念第二章：图形表示与变换2.1 图形表示学习图形的数学模型掌握图形的基本属性和参数2.2 图形变换学习齐次坐标和矩阵变换掌握平移、旋转、缩放和剪裁等变换方法2.3 投影变换学习正交投影和透视投影掌握投影变换的原理和应用第三章：基本图形算法3.1 直线算法学习Bresenham算法和DDA算法掌握不同情况下直线的方法3.2 圆弧算法学习圆弧算法的基本原理掌握圆弧的参数方程和方法3.3 曲面算法学习参数曲面的表示和方法掌握曲面填充和裁剪技术第四章：图形渲染4.1 颜色模型与材质表示学习颜色模型和颜色变换掌握材质的属性和表示方法4.2 光照模型学习朗伯模型和基于物理的渲染掌握光照计算的基本方法4.3 纹理映射学习纹理映射的原理和方法掌握纹理坐标和纹理映射技术第五章：计算机动画基础5.1 动画基本概念理解动画的分类和特点掌握动画的基本原理和制作流程5.2 关键帧动画学习关键帧动画的原理和制作方法掌握插值算法和动画的平滑处理5.3 角色动画与仿真学习角色动画的基本原理和方法掌握仿真动画的原理和应用场景第六章：虚拟现实与增强现实6.1 虚拟现实技术理解虚拟现实（VR）的定义、分类和应用领域掌握虚拟现实技术的关键组件和交互方式6.2 增强现实技术学习增强现实（AR）的原理和系统组成掌握增强现实技术的应用和前景6.3 现实捕捉与场景重建学习现实捕捉技术如3D扫描和摄像头捕捉掌握从现实数据中重建三维场景的方法第七章：计算机图形学编程基础7.1 图形编程环境了解常用的图形编程接口如OpenGL和DirectX 掌握图形编程的基本步骤和环境配置7.2 图形编程语言学习图形编程语言的基本语法和结构掌握图形编程中的常见技术和算法7.3 实例分析与编程实践通过实例分析掌握图形编程的流程完成简单的图形编程实践项目第八章：图形用户界面设计8.1 GUI基本概念理解GUI的设计原则和用户交互方式掌握GUI组件和布局管理8.2 图形界面设计工具学习常用的GUI设计工具和框架掌握界面设计和原型制作的基本技巧8.3 界面动画与交云动效果学习界面动画的设计和实现方法掌握交云动效果的创建和优化技巧第九章：计算机图形学应用案例分析9.1 游戏开发理解游戏开发中图形学的应用分析游戏中的图形效果和技术挑战9.2 影视特效学习影视特效制作中图形学的角色分析影视作品中图形技术的应用9.3 工业设计与医学可视化了解工业设计中图形学的应用掌握医学可视化中的图形学和图像处理技术第十章：未来计算机图形学发展趋势10.1 新兴图形技术学习正在发展中的图形技术如实时全局光照了解图形学领域的最新研究动态10.2 跨领域融合理解图形学与其他学科的交叉融合掌握跨领域研究的方法和应用案例10.3 教育与职业规划分析计算机图形学在教育中的应用为学生提供职业规划和建议重点和难点解析重点环节1：图形学基本概念图形学与图像学的区别点、线、面的基本概念坐标系统和变换重点环节2：图形表示与变换图形的基本属性和参数齐次坐标和矩阵变换投影变换的原理和应用重点环节3：基本图形算法Bresenham算法和DDA算法圆弧算法和参数方程曲面算法和裁剪技术重点环节4：图形渲染颜色模型和颜色变换光照模型和光照计算纹理映射的原理和方法重点环节5：计算机动画基础动画的分类和特点关键帧动画的原理和制作角色动画和仿真动画的方法重点环节6：虚拟现实与增强现实虚拟现实（VR）的定义和应用增强现实（AR）的原理和系统现实捕捉与场景重建的技术重点环节7：计算机图形学编程基础图形编程环境和配置图形编程语言的基本语法图形编程实践项目的分析重点环节8：图形用户界面设计GUI的设计原则和用户交互GUI设计工具和界面布局界面动画和交云动效果的创建重点环节9：计算机图形学应用案例分析游戏开发中的图形学应用影视特效中的图形技术工业设计和医学可视化的应用重点环节10：未来计算机图形学发展趋势新兴图形技术和研究动态图形学与其他学科的交叉融合教育与职业规划的建议本教案涵盖了计算机图形学的基本概念、图形表示与变换、图形算法、图形渲染、计算机动画基础、虚拟现实与增强现实、图形用户界面设计、应用案例分析和未来发展趋势等十个章节。
2009年上学期工程制图及AutoCAD课后教案
2009年上学期工程制图及AutoCAD课后教案第一篇：2009年上学期工程制图及AutoCAD课后教案2009年上学期工程制图及AutoCAD课后教案(07环境工程)（第1周不上机，每周2次理论课，1次上机课）第一次课（第1 周）机械制图部分：概述、标准(讲到尺寸标注)第二次课（第1周）继续讲标准，把课件中的基本知识部分讲完第三次课（第2周）投影基本概念及点的投影第四次课（第2周）AutoCAD部分：AutoCAD简介；界面；基本操作（F1、F2、F3、F8）；六个图标的讲解（直线、删除、修剪、多边形、窗口缩放、返回上一个）第五次课（第2周）（上机操作）学生画的图形：多边形边长为100画五星多边形边长为100画五星多边形边长为100画五星多边形边长为100画五星大概1/3的同学画出了五星红旗第六次课（第3周）直线、面的投影第七次课：（第3周）（教室里安装2007版本后，不能运行）课件视图基本知识里面的“基本视图”部分第八次课（第3周）（上机操作）第九次课(第4周)AutoCAD部分：多段线、云线、样条曲线、填充、圆、椭圆、点及等分、镜像、偏移（捕捉平行线）、缩放、倒角、对象追踪、第十次课：画图形圆弧连接、第二篇：高一通用技术AutoCAD制图教案(7-9)高一通用技术AutoCAD制图教案厦门外国语学校王明辉2012-05-30第七课：机械制图基础1平面图形图层设置尺寸标注例题7.1:绘制下图并标注尺寸：作图步骤1：打开图层特性管理器，新建3个图层“尺寸标注，对称轴，轮廓”并作相应设置，把对称轴图层设为“当前”，点确定，完成图层设置。
步骤2：先用点划线画两条相交对称轴确定直径23的大圆圆心，在用偏移方式确定另外5个圆心，如图1图2所示。
步骤3：设定“轮廓” 1 图层为当前图层，画圆，如图3所示步骤4：画长方形外轮廓及圆弧，圆弧用画圆修剪方式。
用“打断”方式修剪小圆对称轴，用夹点方式修改对称轴长度。
第1次课计算机图形学基础PPT课件
–图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发展
• 90年代：
微机和软件系统的普及使得图形学的应用领域 日益广泛。
– 标准化、集成化、智能化
– 多媒体技术、人工智能、科学计算可视化、虚 拟现实
– 三06维.11.2造020型技术
16
第一章 绪论
硬件发展
图形输入设备的发展
– 第一阶段：控制开关、穿孔纸等等 – 第二阶段：键盘 – 第三阶段：二维定位设备，如鼠标、光笔、
输出通道
Chapter 1
20 35
应用领域：
• 管理、技术 • 艺术与教育 • 动漫、游戏 • CAD/CAM • 仿真 • 过程控制
Chapter 1
Application
8
管理、经济和技术
• 绘制经济数据 的数学、物理 的2D或者3D图 形
• 数据走势图， 反应在时间维 数上的情况
第一章
9
艺术和教育
• 教学活动 视频
• 艺术广告
蝉（线框图）
第一章
18
第一章 绪论
计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）
-CAD/CAM是计算机图形学在工业界最广泛、 最活跃的应用领域
• 孙家广等，计算机图形学（第三版），清华大学出 版社，2002。
11.2020
2
讲授内容
• 第1章 绪论 • 第2章 绘图基础 • 第3章 基本图形、图案设计 • 第4章 图形变换及图形设计 • 第5章 曲线的程序设计 • 第8章 动画技术 • 第9章 用开发交互式CAD系统 • 第10章 VBA程序设计
– 1962年，MIT林肯实验室的I. E. Sutherland发表了一篇题为“Sketchpad：
一个人机交互通信的图形系统”的博士论文-确定了交互图形学作为一个学科分支（提出
《计算机图形学》教案
04
05
掌握动画的渲染和后期处理 ，以实现逼真的视觉效果。
04
图形算法
几何变换
总结词
描述物体在二维或三维空间中的位置、方向和大小的变化。
详细描述
几何变换包括平移、旋转、缩放和剪切等操作，它们可以通 过矩阵运算来实现。通过几何变换，可以改变物体的位置、 方向和大小，从而创造出更加丰富和多样的图形效果。
05
实践项目
游戏开发
游戏角色设计
学习使用计算机图形学技术设计 游戏中的角色，包括人物、怪物 、NPC等，注重造型、色彩、纹
理等方面的设计。
游戏场景渲染
掌握如何使用计算机图形学技术渲 染游戏中的场景，包括自然环境、 建筑、道具等，注重光影效果和视 觉效果的呈现。
游戏动画制作
学习使用计算机图形学技术制作游 戏中的动画，包括人物动作、特效 等，注重动画的流畅性和逼真感。
图像识别技术
特征提取
学习使用计算机图形学技术提取 图像中的特征，包括颜色、形状 、纹理等方面的特征，注重特征
的准确性和稳定性。
目标检测
掌握如何使用计算机图形学技术 检测图像中的目标物体，包括人 脸、物体等，注重检测的准确率
和实时性。
图像识别应用
了解计算机图形学在图像识别方 面的应用，包括人脸识别、物体 识别等，注重实际应用的效果和
光照模型
总结词
描述物体表面反射光的方式。
详细描述
光照模型用于描述物体表面反射光的方式，包括漫反射、镜面反射和环境光等。通过设置不同的光照参数，可以 模拟出不同的光照效果，从而创造出更加真实和生动的图形。
纹理映射
总结词
将纹理图像映射到物体表面的技术。
详细描述
纹理映射是一种将纹理图像映射到物体表面的技术，它可以增加物体的细节和真实感。通过纹理映射 ，可以将复杂的纹理图像应用到简单的几何形状上，从而创造出更加丰富和细腻的图形效果。
《计算机图形学》电子教案 第4章
T
0
1 0
0 0 1
（3）关于坐标原点的对称变换
点P(x,y)关于坐标原点的对称点为 P’(-x, -y)，构 造对称矩阵T：
1 0 0
T
0
1 0
0 0 1
（4）关于y=x（+45°）直线的对称变换
点P(x,y)关于y=x直线的对称点为 P’(y,x) ，构造对 称矩阵T：
1 0 0
T 0
1
0
0 0 S
此时进行整体比例变换，比例系数为(1/S，1/S)。
3．旋转变换
基本的旋转变换是指将图形围绕圆心逆时针转动一个θ 角度的变换。
假定从P点绕原点逆时针旋转θ角到P’点，构造旋转矩 阵T：
cos sin 0
T sin cos 0
1．连续平移变换 2．连续比例变换 3．连续旋转变换 4．相对任一参考点的二维几何变换 5．以平面内任一直线为对称轴进行对称变换
4.2 三维图形几何变换
4.2.1 三维图形的基本变换
如果用P= [x y z 1]表示三维空间上一个 未被变换的点，用P’= [x’ y’ z’ 1]表示P点经某 种变换后的新点，用一个4*4矩阵T表示变换矩阵：
0
0 1
4．对称变换 （1）关于X轴的对称变换
点P(x,y)关于X轴的对称点为 P’(x, -y)，构造对 称矩阵T：
1 0 0 T 0 1 0
0 0 1
（2）关于Y轴的对称变换
点P(x,y)关于Y轴的对称点为 P’(-x, y)，构造对称矩 阵T：
1 0 0
构造旋转矩阵T：
cos sin 0 0
T sin cos 0 0
《计算机图形学》教案01
周 次
第 周，第 次课
日期
章节名称
综述
授课方式
理论课（√）实验课（）实习（）
教学时数
2
教
学
目
的
及
要
求
目的：使学生了解本课程及计算机图形学的历史及应用现状有总体的认识。
要求：
1．了解计算机图形学课程的目的、意义及主要内容
2．了解计算机图形学开 学 内 容 提 要
说说你所认为的生活中的计算机图形学
教学手段
1讲授为主，讨论为辅
2用powerponit制作动画、演示图片，意在把抽象的算法、概念形象化
参考资料
1．参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。
2．教材、网络资料
第页
时间分配
1．介绍计算机图形学课程的目的、意义以及其他课程信息
2．放映一个计算机动画短片
3．介绍计算机图形学的开创
4．阐述计算机图形学在现今的应用领域
25
10
15
50
教学重点与难点
教学重点：
1．计算机图形学的应用领域
教学难点：
1．使学生建立起对计算机图形学的初步认识，以及与生活中所见所闻的事物的联系
讨论、练习、作业
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在该部分讲解中，从总体上讲清楚计算机图形系统与一般的计算机系统的区别，可就“常规的计算机输入设备有哪些？”对学生提问，并补充学生较少了解的图形输入设备知识，从而使学生对计算机图形系统有更深入的了解。
辅助手段：在课间休息时间给学生观看xautCGIS软件演示，给学生图形处理的直观感受。
首先讲解利用几何图形空间位置连贯性思想构造算法，需要完成的3个过程。并在该指导思想下，讲解中点画线算法的思想及过程。重点介绍判别式的递推过程。
为了加强学生对算法的理解，结合例3-2解释中点画线算法的各像素点及判别式的计算过程。
第二讲（2学时）
1．圆的生成----Bresenham画圆算法
首先向学生提问圆方程式，然后结合圆的直角坐标、极坐标方程介绍利用几何方程式绘制圆的基本方法，并指出各自存在的缺点。介绍圆的8对称
重点
难点
重点：DDA画线算法，中点画线算法，Bresenham画圆算法，多边形分类与识别，扫描线填色算法，种子填色算法，OpenGL多边形区域填充函数、像素阵列函数，字符的生成，图元属性控制
难点：活性边表，基本图元生成算法思想
教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
第一讲（2学时）
1.图形的光栅扫描转换过程
首先提问学生直线方程是什么，然后结合几何图形空间位置的连贯性思想及视频控制器的工作原理，引出沿X、Y坐标逐点增一或减一，在另一对应坐标方向，计算产生对应坐标的思想。在此算法思想的基础，再讲解DDA算法思想及编程实现及程序运行。
为了加强学生对算法的理解，结合例3-1解释DDA算法的各像素点计算过程。
3．中点画线算法
本部分是基本图元生成原理性过程介绍，应结合图形系统的软硬件结构介绍从图形的基本描述方式到帧缓存及屏幕上图形的显示，来说明图形的光栅扫描转换过程。作为问题向学生提问（1）“如何给出直线的两个顶点坐标利用打点的方式在屏幕上画出直线？”（2）“所画出的直线形状会是什么样，为什么？”
2.直线的生成----DDA画线算法
难点：二维旋转变换，复合二维旋转，复合二维缩放，相对任一参考点的二维几何变换，三维复合变换，OpenGL几何变换函数
第六章二维观察
重点：二维观察变换流程，观察坐标系变换，OpenGL二维观察函数，裁剪算法，多边形裁剪，文字裁剪
难点：二维观察变换流程中图形的变换过程，如何将世界中的图形转换到观察坐标系，将OpenGL二维观察函数与理论结合起来，Cohen_Sutherland裁剪算法，Sutherland-Hodgman多边形裁剪算法
备注
西安理工大学教案(章节备课)
学时：4
章节
第一章计算机图形学概论
教学目的
和要求
通过本章学习，使学生对图形学的意义、研究内容、发展、相关学科、如何学习及参考资料、网站等有一个概括性的了解，另通过对图形学的应用、图形输入设备、图形显示设备、图形绘制设备、图形处理器的介绍，使学生对图形学的研究内容有一个整体了解，并通过大量图片和应用实例培养学生学习的兴趣。
重点
难点
重点：计算机图形学基本知识，图形学的研究内容、图形学的发展及应用，图形输入设备，图形显示设备，图形绘制设备，图形处理器，图形软件
难点：光栅图形显示设备的工作原理，视频控制器工作原理
难点：帧缓存的概念、彩色光栅显示器工作原理、颜色查找表工作原理
教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
第一讲（2学时）
1.图形学综述（介绍图形学目的、意义、主要研究内容、发展与应用、相关学科、如何学习计算机图形学、学时分配与考核方式、参考资料图形学相关网站）
在该部分讲解中，以使学生对计算机图形学建立总体概念为主，并了解计算机图形学的特点和如何学习本课程。可就“①什么是计算机图形？②你所见过的图形显示、输出设备有哪些？③你所见过的图形软件有哪些？④计算机图形有何用途？”对学生展开提问，以了解学生对计算机图形学的认识程度，并就学生回答中的问题展开讨论。
学院(部)：印包学院系(所)：印刷工程技术系
教学重点、难点
难点：Bézier曲线的生成，OpenGL逼近样条函数
第五章图形的几何变换
重点：齐次坐标表示，二维平移变换，二维旋转变换，二维缩放变换，错切变换，复合二维平移，复合二维旋转，复合二维缩放，相对任一参考点的二维几何变换，二维坐标系变换，三维平移变换，简单三维旋转变换，三维复合变换，OpenGL几何变换函数
补充内容：计算机图形学的应用、虚拟现实系统（由学生自学完成）
本章思考题
1.什么是图像的分辨率？
2.计算在240像素/英寸下640×480图像的大小。
3.计算有512×512像素的2×2英寸图像的分辨率。
4.什么是帧缓存？
5.如果使用每种基色占10bit的直接编码方式表示RGB颜色的值，每一像素有多少种可能的颜色？
6.为了提高直接编码方法的灵活性，每种基色适用不同的比特数来表示。如果每个像素的红色和蓝色都用5比特表示，绿色用6比特表示，一共用16比特表示，总共可以表示多少种颜色？
7.如果在查找表表示法中使用12比特表示像素值，那么查找表有多少个元素？
大作业：计算机图形处理的过程是什么？
主要
参考资料
参考教材及部分学术论文、网站
主要
参考资料
参考教材及部分学术论文、网站
备注
本章对学有余力的学生设置了附录部分，可使其对基于MFC的OpenGL程序开发框架有所了解。
西安理工大学教案(章节备课)
学时：8
章节
第三章基本图元的生成
教学目的
和要求
通过本章的学习使学生从当前光栅扫描图形生成的基本原理出发，学习并掌握基本图元的生成算法（包括点、直线、圆、区域填充、字符），了解图元属性控制的过程，并结合OpenGL相关函数掌握基本图元及属性控制的编程实现。从而使学生了解图形软件包中基本图元的生成原理，并着力培养学生解决计算机图形问题的基本思路，即算法。
1．了解图形系统的框架及其涉及的软件、硬件技术；
2．了解图形学的基本问题，掌握图形学的基本概念、方法与算法；
3．对与图形相关的应用及当前的研究热点有一个初步认识；
4．具有一定实践体会和相关的编程能力,能使用常见的图形处理软件。
教学重点、难点
第一章计算机图形学概论
重点：计算机图形学基本知识，图形学的研究内容、图形学的发展及应用，图形输入设备，图形显示设备，图形绘制设备，图形处理器，图形软件
2. Visual C++环境下OpenGL开发框架
本部分主要介绍控制台环境下OpenGL的程序开发的过程和框架，作为问题可向学生提问“C语言中结构化程序的框架是什么？”。然后结合绘制一个线框茶壶的实例介绍OpenGL程序的框架，此处主要介绍main函数中8个函数的功能是如何建立图形绘制窗口的，响应窗口变化函数、OpenGL初始化函数和图形绘制函数的框架。
教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
性，引出由1b子象限生成整个圆的方法。
结合上节基本图元生成指导思想，介绍Bresenham画圆的过程，并重点介绍判别式的推导过程。
为了加强学生对算法的理解，结合例3-5解释Bresenham画圆算法的各像素点及判别式的计算过程。
备注
西安理工大学教案(章节备课)
学时：4
章节
第二章Visual C++环境下OpenGL图形开发
教学目的
和要求
通过本章的学习使学生了解OpenGL的基本功能及处理图形的工作流程，OpenGL函数库的特点及规定。重点掌握控制台方式下OpenGL程序的框架，3D画布及基本图元的绘制函数。从而使学生掌握一种简单、有效的图形软件开发工具。
重点
难点
重点：OpenGL基本功能，OpenGL工作方式，Visual C++环境下OpenGL开发框架，基本图元绘制
难点：OpenGL控制台应用程序框架，OpenGL状态变量和3D画布概念的理解
教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
1.OpenGL简述
本部分主要使学生了解OpenGL的特点及主要功能，OpenGL流水线工作方式，函数库的种类和主要功能，数据类型和函数命名规则。
辅助手段：运行并讲解事例程序1(OpenGLConsoleApp)
3．基本图元绘制
本部分主要介绍OpenGL图形绘制函数、OpenGL状态变量设置、3D画布，从而使学生可以在计算机上搭建图形平台并利用基本图元绘制一些简单的图形。
辅助手段：运行并讲解事例程序2（RenderBF）
本章思考题
1．名词解释：回调函数、裁剪区、视口区
《Computer Graphics》，清华大学出版社，Donald Hearn M.Pauline Baker
《计算机图形学基础教程》，电子工业出版社，陈传波、陆枫编著
《计算机图形学基础教程》，清华大学出版社，孙正兴等编著
《计算机图形学理论与实践》，北京航空航天大学出版社，李春雨主编
《计算机图形学习题与解答》机械工业出版社，中信出版社，Zhigang Xiang
第二讲（2学时）
1.图形显示设备、光栅图形扫描系统、图形绘制设备、图形软件
（1）图形显示设备是本章的重点和难点，从CRT到彩色CRT，从具有N位面灰度等级CRT到具有颜色查找表CRT的工作原理讲解，重点介绍清楚分辨率与像素间的联系以及分辨率与图像大小间的联系，并介绍帧缓存与内存储器间的关系，帧缓存是如何存储图形，以及帧缓存与显示色彩间的关系，颜色查找表与可显示颜色、当前显示颜色间的关系。
9．如何建立绘制描述表与设备描述表之间的联系，并可在绘制描述表的环境下进行绘图？
10．将世界坐标系所建立的物体模型映射到屏幕窗口进行显示需经过哪些过程？
11．编程实现3种不同的线段，并观察不同顶点集顺序对绘制线段产生什么影响。