计算机图形学课程示范性教学设计

软件学院《计算机图形学》课程示范性教学设计

一、本课程教学方法

1. 教学方法

概述：教学手段以多媒体教学为主、板书教学为辅，考虑到本课程内容多、学时少的特点，教学方法采用基础算法详细讲解、高级应用以专题讲座形式介绍的金字塔式教学方法，即对本科生应掌握的基本内容先详细介绍，以便学生上机时可以直接动手编程实现，然后对后面稍难一些的内容采用专题讲座的形式，即每次课介绍一个专题，既有“点”的深度，又有“面”的广度，点面结合，相辅相成，以达到在有限的学时内、开阔学生视野、提高学生学习兴趣的目的。

(1) 从宏观上介绍计算机图形学的研究内容及其应用领域。

(2) 选择一些常用的、经典的计算机图形学算法详细介绍。

(3)为了加深学生对算法实现过程的理解，强调理论联系实际的重要性，通过编程演示算法的实现结果，并借助于动画软件Flash演示算法的执行过程。

2．建议开课学期：第5学期

3．建议教学形式与教学方法：多媒体授课

二、各部分重点及难点

概述：本课程主要内容包括计算机图形学的研究内容、发展与应用，图形输入输出设备，图形显示原理，图形软件标准，基本图形生成算法，图形几何变换与裁剪，自由曲线和曲面，三维实体造型，分形几何造型，分形艺术，隐藏面消除，光照模型，颜色模型，光线跟踪，纹理细节模拟，常用的计算机动画技术和软件等。

第1章绪论

主要知识点：计算机图形学的研究内容及其与相关学科的关系，计算机图形学的发展与应用

主要能力点：通过阅读文献了解计算机图形学软硬件方面的最新研究进展，提高跟踪学科前沿能力、把握学科方向能力、进行文献检索、文献阅读和文献综述的能力。

主要素质点：科研工作人员的基本素质——把握学科方向、文献检索、阅读和综述

重点：计算机图形学的研究内容

难点：计算机图形学与相关学科的关系

第2章图形输入输出设备

主要知识点：交互式计算机图形处理系统的组成，图形输入输出设备，显示器分类，光栅扫描图形显示原理

主要能力点：通过阅读文献了解在图形输入、输出设备方面的最新研究进展，提高跟踪学科前沿能力、把握学科方向能力、进行文献检索、文献阅读和文献综述的能力。

主要素质点：科研工作人员的基本素质——把握学科方向、文献检索、阅读和综述

重点：光栅扫描图形显示原理

难点：图形输入输出设备的工作原理

第3章基本图形生成算法

主要知识点：直线、圆弧的生成算法（DDA算法、中点算法、Bresenham算法）；扫描线填充算法（有序边表算法、边填充算法），种子填充算法（简单的种子填充、扫描线种子填充）；

主要能力点：通过对各种图形学算法的设计、对比、分析，提高发现问题能力、分析问题能力、解决问题能力、创新思维能力。通过编程实现图形学基本算法，提高理论联系实际、软件编程与调试（包括高级语言应用能力、数据的结构化描述能力、算法设计与分析能力、了解程序过程的能力）和知识综合应用能力。

主要素质点：软件开发人员的基本素质——算法设计与比较、软件编程与调试、知识综合应用

重点：直线、圆弧的bresenham生成算法，扫描线填充算法，种子填充算法难点：算法的数据结构设计与编程实现

第4章图形变换与裁剪

主要知识点：齐次坐标技术，二、三维图形几何变换；平行投影、透视投影变换；线段的Cohen-Sutherland裁剪、Liang-Basky裁剪算法、多边形的逐边裁剪、双边裁剪算法；

主要能力点：通过对各种图形学算法的设计、对比、分析，提高发现问题能力、分析问题能力、解决问题能力、创新思维能力。通过编程实现图形学基本算法，提高理论联系实际、软件编程与调试（包括高级语言应用能力、数据的结构化描述能力、算法设计与分析能力、了解程序过程的能力）和知识综合应用能力。

主要素质点：软件开发人员的基本素质——算法设计与比较、软件编程与调试重点：齐次坐标技术，图形几何变换，透视投影，多边形裁剪

难点：算法的数据结构设计与编程实现

第5章自由曲线和曲面

主要知识点：计算机辅助几何设计综述，自由型曲线曲面的发展，参数曲线基础，参数多项式曲线、三次Hermite曲线；Bezier曲线、B样条曲线及其在汽车、船舶、飞机等外形设计中的应用；

主要能力点：通过对各种图形学算法的设计、对比、分析，提高发现问题能力、分析问题能力、解决问题能力、创新思维能力。通过编程实现图形学基本算法，提高理论联系实际、软件编程与调试（包括高级语言应用能力、数据的结构化描述能力、算法设计与分析能力、了解程序过程的能力）和知识综合应用能力。

主要素质点：软件开发人员的基本素质——算法设计与比较、软件编程与调试、知识综合应用

重点：Bezier曲线、B样条曲线的设计

难点：Bezier曲线、B样条曲线的反求问题

第6章真实感图形显示

主要知识点：三维真实感图像显示的基本流程、取景变换、隐藏面消除算法和阴影生成的基本原理；基本光照模型、Gouraud明暗处理、Phong明暗处理、光线

跟踪技术和纹理映射的基本原理；

主要能力点：通过阅读文献了解计算机图形学在真实感图形显示方面的最新研究进展，提高跟踪学科前沿能力、把握学科方向能力、进行文献检索、文献阅读和文献综述的能力。

主要素质点：科研工作人员的基本素质——把握学科方向、文献检索、阅读和综述

重点：隐藏面消除算法，光照模型，光线跟踪技术

难点：纹理映射

第7章计算机动画

主要知识点：传统动画与计算机动画的区别，计算机动画的起源、发展、应用以及未来发展趋势，计算机辅助二、三维动画的基本制作流程，常用的动画技术（参数Keyframe技术、柔性物体的Morphing技术、FFD技术、过程动画技术、Motion Capture技术等），flash动画软件简介；

主要能力点：通过利用动画软件创意动画作品，进行计算机艺术熏陶，提高图形软件平台的应用能力、创新思维能力和友好界面设计能力。

主要素质点：软件应用人员的基本素质——友好界面设计、图形软件平台的应用、创新思维

重点：常用的动画技术和软件

难点：常用的动画技术

第8章几何造型基础

主要知识点：实体造型系统的发展，用于规则形体建模的边界表示，空间位置枚举表示、八叉树表示、单元分解表示、CSG表示、Sweep表示以及特征表示方法；分形几何学的起源与发展，分数维数的概念，用于非规则形体建模的随机插值模型、迭代函数系统、L系统、粒子系统、复迭代等方法；

主要能力点：通过对各种图形学算法的设计、对比、分析，提高通过对各种图形学算法的设计、对比、分析，提高发现问题能力、分析问题能力、解决问题能力、创新思维能力。通过编程实现图形学基本算法，提高理论联系实际、软件编程与调试（包括高级语言应用能力、数据的结构化描述能力、算法设计与分析能力、了解程序过程的能力）和知识综合应用能力。

主要素质点：软件开发人员的基本素质——算法设计与比较、软件编程与调试、知识综合应用

重点：三维实体的表示方法，分形几何造型的基本方法

难点：分形艺术

三、参考教材

[1] 李东、孙长嵩、苏小红，《计算机图形学实用教程》，人民邮电出版社，2004年10月。

[2] [美]David F.Rogers，石教英，彭群生等译，Procedural Elements for computer graphics(Second Edition)，机械工业出版社，2002年。

四、实验安排

五、作业安排