计算机图形学实验教学大纲

计算机图形学实验教学大纲

一、课程中文名称(课程英文名称)：计算机图形学（Computer Graphics）

二、课程编码：0921144005

三、课程目标和基本要求：

《计算机图形学》是信息与计算科学专业学生的专业选修课程。计算机图形学是计算机科学的重要分支，其应用已经日益广泛。该课程的教学目的与任务是让学生了解计算机图形学的基础内容，掌握对设计、使用和理解计算机图形系统所需的基本理论。

本课程实验包括图形的显示和输出技术、基本图形生成算法、图形的各种变换、曲线和曲面的绘制、图形的剪取、隐线和隐面的消除和产生有真实感图形的方法。用C++(或C)结合OpenGL 图形库进行与理论教学配合的实验。

四、课程总学时： 54 学时 [理论： 36 学时；实验： 18 学时]

五、课程总学分: 2.5 学分

六、适用专业和年级：

信息与计算专业，4年级第1学期

七、实验项目汇总表：

八、大纲内容：

实验序号 1 实验名称 C++图形程序设计基础

[实验目的和要求]

以C++Builder为程序设计平台，熟悉Windows图形程序设计的要点，为今后的图形学实验打下必要的基础。

[实验内容]

1. 在C++Builder集成开发环境中编写一个Windows应用程序。应用程序的窗体中每隔1秒交替显示“Hello, World!”和“世界,你好!”。

2. 参考补充材料“利用C++Builder开发基于图形的应用程序”，写一个图形学实验程序的框架。

[主要实验仪器与器材]

个人计算机

实验序号 2 实验名称基本图元生成算法

[实验目的和要求]

1. 以C++Builder为程序设计平台，实现整数中点画线法和Bresenham画线法，绘制直线；

2. 以C++Builder为程序设计平台，实现圆的中点画法和椭圆的中点画法。

[实验内容]

1. 实现斜率k在0和1之间时的整数中点画线法和Bresenham画线法。

2. 选作：实现任意斜率的整数中点画线法和Bresenham画线法。

3. 利用中点画圆法，绘制第二个八分圆；利用中点画椭圆法，绘制第一象限内的四分之一椭圆。

4. 选作：利用上述基本算法及对称性，绘制整圆和整椭圆。（提示：因为绘图区域的原点在左上角，所以绘制整圆和整椭圆时要作平移变换。）

[主要实验仪器与器材]

个人计算机

实验序号 3 实验名称填充算法

[实验目的和要求]

以C++Builder为程序设计平台，实现边缘填充算法与种子填充算法。

[实验内容]

1. 根据实验一中提供的图形学实验框架，编写程序实现边缘填充算法。

2. 根据实验一中提供的图形学实验框架，编写程序实现种子填充算法。

[主要实验仪器与器材]

个人计算机

实验序号 4 实验名称 OpenGL基础

[实验目的和要求]

以Visual C++为程序设计平台，练习编写简单的OpenGL入门程序。

[实验内容]

编制一个程序绘制GLUT中的三维茶壶模型，并编译运行。建议使用线框模型，也可尝试一下实体模型。

[主要实验仪器与器材]

个人计算机

实验序号 5 实验名称二维变换

[实验目的和要求]

1．了解OpenGL二维图形变换的三个函数及其计算机图形学的理论基础；

2．尝试利用OpenGL编写一个二维图形变换的小程序。

[实验内容]

1. 在理解的基础上，编写一个基于OpenGL的程序，绘制一个三角形，并分别绘制这个三角形经平移、缩放、旋转后的结果。

2.（选作）仅利用C++Builder（不用OpenGL）编写一个程序，功能有平面图形的平移、缩放、错切、旋转等。

[主要实验仪器与器材]

个人计算机

实验序号 6 实验名称二维裁剪

[实验目的和要求]

以C++Builder为程序设计平台，实现线段裁剪的Cohen-Sutherland算法和Liang-Barsky算法。

[实验内容]

实现Cohen-Sutherland算法和Liang-Barsky算法。要求程序界面上有裁剪窗口，能用鼠标画直线，然后用裁剪算法进行裁剪。

[主要实验仪器与器材]

个人计算机

实验序号7 实验名称样条曲线与样条曲面

[实验目的和要求]

1. 以C++ Builder为程序设计平台，练习编写B样条曲线的演示程序，理解相应的图形学原理和编程原理。

2. 以C++ Builder或Visual C++为程序设计平台，编写二次曲面、Bezier曲线曲面、NURBS曲线曲面的演示程序，理解相应的编程原理。

[实验内容]

1. 以C++ Builder为程序设计平台，写一个B样条曲线的演示程序，要求能够选择曲线的次数（2次或3次），能够选择均匀的和准均匀的B样条曲线，并且能够拖动已经画好的控制顶点来控制曲线。

2. 以C++ Builder或Visual C++为程序设计平台，编制课本第173页至191页的所有演示程序，自学相应的编程知识。

3. （选作）选择如下曲面的一种：二次曲面，Bezier 曲面，NURBS曲面，自行设定图形参数，加以绘制，并利用第八章所学的知识，转动视点，对该曲面进行观察。

[主要实验仪器与器材]

个人计算机

实验序号8 实验名称三维变换与三维观察

[实验目的和要求]

以Visual C++为程序设计平台，练习编写OpenGL三维图形变换程序，理解相应的图形学原理和编程原理。

[实验内容]

1 .编制书P221, 231上的程序，并编译运行。理解矩阵堆栈、图形变换函数的原理，掌握其用法。

2.编制书P225上的程序并编译运行，并对程序作如下修改，然后编译运行，同时体会gluPerspective(), gluLookAt(), glTranslate*()等函数的作用。

1)将程序中gluPerspective()的第一个参数fovy改为30.0和70.0，观察程序的效果，思考并回答为什么会出现这样的效果。

2)将函数glTranslatef()的第三个参数分别改为1.0和-1.0，观察、思考并回答为什么会出现这样的效果。

3)将glTranslatef()改为效果不变的对应的函数gluLookAt()。

3. 练习安装C++Builder上的OpenGL控件；并学习如何利用该控件开发OpenGL程序。将所给的cube.c转换为在C++Builder上的程序。将*.cpp文件和*.h文件贴在这里。

4.（选作）利用OpenGL开发一个完整的二维或三维图形变换的演示程序。

[主要实验仪器与器材]

个人计算机

实验序号9 实验名称真实感图形的生成与处理

[实验目的和要求]

1. 以C++ Builder或Visual C++为程序设计平台，编写有关着色处理、光照、材质、纹理的演示程序，理解相应的编程原理。

2. 综合运用本课程所学的有关知识，编写具有一定真实感效果的程序。

[实验内容]

1 . 以C++ Builder为程序设计平台，编制一个演示程序，程序的效果为一个两面材质不同的波纹状曲面片，曲面片可用鼠标拖动旋转。

2. 以C++ Builder为程序设计平台，编制一个演示程序，程序的效果为一个两面材质不同的波纹状曲面片，在曲面的两面贴上纹理，曲面片可用鼠标拖动旋转。

3. 以C++ Builder为程序设计平台，编制程序演示一个可以滚动的立方体，立方体表面具有纹理贴图，并具有半透明效果。

[主要实验仪器与器材]

个人计算机