《计算机图形学》教学大纲 课程编码：1512103603 课程名称：计算机图形学 学时/学分：48/3 先修课程：《高级语言程序设计》、《数据结构》、《高等代数》 适用专业：信息与计算科学 开课教研室：信息与计算科学教研室 一、课程性质与任务 1.课程性质：本课程是是信息与计算科学专业的一门专业选修课。 2.课程任务：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 二、课程教学基本要求 《计算机图形学》是研究计算机生成、处理和显示图形的学科，通过本课程的学习，使 学生掌握计算机图形学基本原理：熟悉计算机图形学算法设计和实现技术：能够根据所学的 图形算法和实现技术，进行图形交互技术、三维几何造型、参数曲线曲面、真实感图形的应 用系统设计。 成绩考核形式：末考成绩（闭卷考查）(70%)+平时成绩（平时测验、作业、课堂提问、 课堂讨论等)(30%)。成绩评定采用百分制，60分为及格。 三、课程教学内容 第一章计算机图形学概述 1.教学基本要求 让学生掌握计算机图形学的基本概念，了解计算机图形学的发展、应用，掌握图形系 统的组成。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章教学使学生了解计算机图形学的应用，理解计算机图形学的基本概念、图形硬 件及软件系统。 3.教学重点和难点 教学重点：计算机图形学的基本概念及其应用。 教学难点：图形硬件及软件系统。 4.教学内容
《计算机图形学》教学大纲 课程编码：1512103603 课程名称：计算机图形学 学时/学分：48/3 先修课程：《高级语言程序设计》、《数据结构》、《高等代数》 适用专业：信息与计算科学 开课教研室：信息与计算科学教研室 一、课程性质与任务 1．课程性质：本课程是是信息与计算科学专业的一门专业选修课。 2．课程任务：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。 二、课程教学基本要求 《计算机图形学》是研究计算机生成、处理和显示图形的学科，通过本课程的学习，使 学生掌握计算机图形学基本原理；熟悉计算机图形学算法设计和实现技术；能够根据所学的 图形算法和实现技术，进行图形交互技术、三维几何造型、参数曲线曲面、真实感图形的应 用系统设计。 成绩考核形式：末考成绩（闭卷考查）（70%）＋平时成绩（平时测验、作业、课堂提问、 课堂讨论等）（30％)。成绩评定采用百分制，60 分为及格。 三、课程教学内容 第一章 计算机图形学概述 1.教学基本要求 让学生掌握计算机图形学的基本概念，了解计算机图形学的发展、应用，掌握图形系 统的组成。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章教学使学生了解计算机图形学的应用,理解计算机图形学的基本概念、图形硬 件及软件系统。 3.教学重点和难点 教学重点：计算机图形学的基本概念及其应用。 教学难点：图形硬件及软件系统。 4.教学内容
(1)计算机图形学和图像处理 (2)计算机图形学的产生和发展 (3)计算机图形学的应用 (4)图形硬件及软件系统 第二章 基本图形的生成算法 1.教学基本要求 掌握基本图形的生成算法， 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生掌握直线的生成算法：DDA算法和Bresenham画线算法；理解 圆的中点圆生成算法。 3.教学重点和难点 教学重点：直线的生成算法。 教学难点：直线的生成算法。 4.教学内容 (1)生成直线的DDA方法 (2)生成直线的Bresenham算法 第三章 二维几何变换与二维观察 1.教学基本要求 理解二维几何变换的变换矩阵和投影变换的变换方法。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生理解二维几何变换（如：平移、放缩、旋转）的变换矩阵，掌握 线段剪裁算法(Cohen--Sutherland):理解投影变换（透视投影、平行投影）的变换方法，掌 握梁友栋-Barsky线段剪裁算法。 3.教学重点和难点 教学重点：二维几何变换的变换矩阵和投影变换的变换方法。 教学难点：线段剪裁算法。 4.教学内容 (1)二维几何变换 (2)二维观察 第四章交互技术 1.教学基本要求
（1）计算机图形学和图像处理 （2）计算机图形学的产生和发展 （3）计算机图形学的应用 （4）图形硬件及软件系统 第二章 基本图形的生成算法 1.教学基本要求 掌握基本图形的生成算法。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生掌握直线的生成算法：DDA 算法和 Bresenham 画线算法；理解 圆的中点圆生成算法。 3.教学重点和难点 教学重点：直线的生成算法。 教学难点：直线的生成算法。 4.教学内容 （1）生成直线的 DDA 方法 （2）生成直线的 Bresenham 算法 第三章 二维几何变换与二维观察 1.教学基本要求 理解二维几何变换的变换矩阵和投影变换的变换方法。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生理解二维几何变换（如：平移、放缩、旋转）的变换矩阵，掌握 线段剪裁算法（Cohen-Sutherland）；理解投影变换（透视投影、平行投影）的变换方法，掌 握梁友栋-Barsky 线段剪裁算法。 3.教学重点和难点 教学重点：二维几何变换的变换矩阵和投影变换的变换方法。 教学难点：线段剪裁算法。 4.教学内容 （1）二维几何变换 （2）二维观察 第四章 交互技术 1.教学基本要求
掌握交互技术的概念和交互式构图技术。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生掌握交互技术的概念，理解用户对话的工具与设计方法：理解用 户对话的工具与设计方法：掌握输入设备的逻辑分类、输入模式：掌握交互式构图技术：约 束、网格、引力场、橡皮条方法等。 3.教学重点和难点 教学重点：交互技术的概念和交互式构图技术 教学难点：交互式构图技术。 4.教学内容 (1)交互技术的概念 (2)交互式构图技术 第五章 光栅图形的扫描转换与区域填充 1.教学基本要求 掌握光播图形的扫描转换方法与区域填充方法。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生掌握多边形边界扫描算法、扫描多边形填充算法、域的边界填充 算法及泛滥填充算法：理解光桶图形产生走样的原因，掌握反走样的方法。 3.教学重点和难点 教学重点：扫描算法、填充算法。 教学难点：填充算法。 4.教学内容 (1)多边形的扫描转换 (2)区域填充 (3)多边形的扫描转换与区域填充的比较 第六章 曲线曲面的表示 1.教学基本要求 理解和掌握Bezier曲线性质及特点，理解B样条曲线、Coons曲面的性质及特点。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生理解并掌握Bezier曲线性质及特点，理解Bezier曲面的特点： 理解B样条曲线的性质及特点，了解B样条曲面的特点；理解Coos曲面的性质及特点， 了解Coons曲面的特点。 3.教学重点和难点
掌握交互技术的概念和交互式构图技术。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生掌握交互技术的概念，理解用户对话的工具与设计方法；理解用 户对话的工具与设计方法；掌握输入设备的逻辑分类、输入模式；掌握交互式构图技术：约 束、网格、引力场、橡皮条方法等。。 3.教学重点和难点 教学重点：交互技术的概念和交互式构图技术。 教学难点：交互式构图技术。 4.教学内容 （1）交互技术的概念 （2）交互式构图技术 第五章 光栅图形的扫描转换与区域填充 1.教学基本要求 掌握光栅图形的扫描转换方法与区域填充方法。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生掌握多边形边界扫描算法、扫描多边形填充算法、域的边界填充 算法及泛滥填充算法；理解光栅图形产生走样的原因，掌握反走样的方法。 3.教学重点和难点 教学重点：扫描算法、填充算法。 教学难点：填充算法。 4.教学内容 （1）多边形的扫描转换 （2）区域填充 （3）多边形的扫描转换与区域填充的比较 第六章 曲线曲面的表示 1.教学基本要求 理解和掌握 Bezier 曲线性质及特点，理解 B 样条曲线、Coons 曲面的性质及特点。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生理解并掌握 Bezier 曲线性质及特点，理解 Bezier 曲面的特点； 理解 B 样条曲线的性质及特点，了解 B 样条曲面的特点；理解 Coons 曲面的性质及特点， 了解 Coons 曲面的特点。 3.教学重点和难点
教学重点：Bezier曲线曲面、B样条曲线曲面、Coons曲面。 教学难点：Bezier曲线曲面、B样条曲线曲面、Coos曲面的性质、特点及表示。 4.教学内容 (1)Bezier曲线曲面 (2)B样条曲线曲面 (3)Coons曲面 第七章 三维实体造型 1.教学基本要求 了解三维实体造型的基本概念及原理，理解体素构造表示方法、边界表示方法和八叉 树表示方法。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生了解三维实体造型的基本概念及原理：理解实体的CSG树表示 方法：理解边界表示：理解并掌握八叉树表示方法，粒子系统、分形方法表示。 3.教学重点和难点 教学重点：体素构造表示方法、边界表示方法和八叉树表示方法。 教学难点：实体的C$G树表示方法、八叉树表示方法，粒子系统、分形方法表示 4.教学内容 (1)概述 (2)体素构造表示 (3)边界表示法 (4)八叉树表示 第八章 真实感图形的基本理论与算法 1.教学基本要求 理解和掌握真实感图形的基本理论与生成算法。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生掌握多边形表示物体的光滑明暗处理：理解计算机真实感图形的 简单光照明模型：堂握真实感图形显示的光线跟踪算法。 3.教学重点和难点 教学重点：真实感图形的基本理论与算法。 教学难点：真实感图形显示的光线跟踪算法 4.教学内容 (1)阴影生成
教学重点：Bézier 曲线曲面、B 样条曲线曲面、Coons 曲面。 教学难点：Bézier 曲线曲面、B 样条曲线曲面、Coons 曲面的性质、特点及表示。 4.教学内容 （1）Bézier 曲线曲面 （2）B 样条曲线曲面 （3）Coons 曲面 第七章 三维实体造型 1.教学基本要求 了解三维实体造型的基本概念及原理，理解体素构造表示方法、边界表示方法和八叉 树表示方法。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生了解三维实体造型的基本概念及原理；理解实体的 CSG 树表示 方法；理解边界表示；理解并掌握八叉树表示方法，粒子系统、分形方法表示。 3.教学重点和难点 教学重点：体素构造表示方法、边界表示方法和八叉树表示方法。 教学难点：实体的 CSG 树表示方法、八叉树表示方法，粒子系统、分形方法表示。 4.教学内容 （1）概述 （2）体素构造表示 （3）边界表示法 （4）八叉树表示 第八章 真实感图形的基本理论与算法 1.教学基本要求 理解和掌握真实感图形的基本理论与生成算法。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生掌握多边形表示物体的光滑明暗处理；理解计算机真实感图形的 简单光照明模型；掌握真实感图形显示的光线跟踪算法。 3.教学重点和难点 教学重点：真实感图形的基本理论与算法。 教学难点：真实感图形显示的光线跟踪算法。 4.教学内容 （1）阴影生成
(2)整体光照模型 (3)物体表面细节的模拟 第九章 计算机动画与科学计算可视化 1.教学基本要求 了解计算机动画的原理及相关技术：了解科学计算可视化相关的概念。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生了解计算机动画的原理及相关技术：了解科学计算可视化相关的 概念。 3.教学重点和难点 教学重点：计算机动画的原理及相关技术、科学计算可视化相关的概念 4.教学内容 (1)计算机动画简介 (2)科学计算可视化简介 四、学时分配 1,讲授内容及学时分面 章序 内容 课时 备注 计算机图形学概述 基本图形的生成算法 4 三 二维几何变换与二维观察 4 四 交互技术 4 五 光橱图形的扫描转换与区域填充 4 六 曲线曲面的表示 4 七 三维实体造型 4 八 真实感图形的基本理论与算法 3」 h 计算机动画与科学计算可视化 3 合计 32 2.实践内容及学时分配 项目 序号 内容提要 学时 必/选开 名称 实现绘制各种情况直线的Bresenham算 Bresenham算 法，并将实现的算法应用于任意多边形的 法的应用 必做 绘制
（2）整体光照模型 （3）物体表面细节的模拟 第九章 计算机动画与科学计算可视化 1.教学基本要求 了解计算机动画的原理及相关技术；了解科学计算可视化相关的概念。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能 通过本章学习，使学生了解计算机动画的原理及相关技术；了解科学计算可视化相关的 概念。 3.教学重点和难点 教学重点：计算机动画的原理及相关技术、科学计算可视化相关的概念 4.教学内容 （1）计算机动画简介 （2）科学计算可视化简介 四、学时分配 1.讲授内容及学时分配 章序 内容 课时 备注 一 计算机图形学概述 2 二 基本图形的生成算法 4 三 二维几何变换与二维观察 4 四 交互技术 4 五 光栅图形的扫描转换与区域填充 4 六 曲线曲面的表示 4 七 三维实体造型 4 八 真实感图形的基本理论与算法 3 九 计算机动画与科学计算可视化 3 合计 32 2.实践内容及学时分配 序号 项目 名称 内容提要 学时 必/选开 1 Bresenham 算 法的应用 实现绘制各种情况直线的 Bresenham 算 法，并将实现的算法应用于任意多边形的 绘制。 4 必做
实现多边形区域扫描线填充的有序边表 多边形区域 算法，设计相关的数据结构（如链表结构、 扫描线填充 3 结点结构等)，并将实现的算法应用于任 必做 意多边形的填充。 关于任意直 直线的端点只能由键盘输入或者鼠标拾 线的图形对 取，要做对称变换的图形也是一个任意图 必做 称变换 形（至少应是一个任意多边形）。 输入的直线是任意直线，直线的端点只能 实现直线和 由健盘输入或者鼠标拾取，要做对称变换 必做 多边形裁剪 的图形也是一个任意图形（至少应是一个 任意多边形)。 Beizer曲线 与B样条曲 元成Beizer曲线、B样条曲线的生成显示。 2 必做 线的生成 设计一个简 应用所学图形学知识开发简单图形系统 单的图形系 以加深对所学算法的理解及其在实际环 必做 统 境中的应用。 合计 16 五、主用教材及参考书 (一)主用教材： 《3D计算机图形学》主编：王长波出版社：机械工业出版社出版时间：2009年。 (二)参考书： 1.《计算机图形学》主编：杨钦出版社：清华大学出版社出版时间：2005年。 2.《计算机图形学》主编：朱方生李订芳出版社：武汉大学出版社出版时间：2005 年。 3.《计算机图形学教程》（修订版）主编：唐荣锡汪嘉业彭群生汪国昭出版社： 科学 出版社出版时间：2000年。 4.《实时计算机图形学》主编：Tomas Akenine-Moller[美]普建涛译出版社：机械 工业出版社出版时间：2004年。 5.《计算机图形学几何工具算法详解》主编：PhilipJ.Schneider[美]周长发译出版 社：电子工业出版社出版时间：2005年
2 多边形区域 扫描线填充 实现多边形区域扫描线填充的有序边表 算法，设计相关的数据结构（如链表结构、 结点结构等），并将实现的算法应用于任 意多边形的填充。 2 必做 3 关于任意直 线的图形对 称变换 直线的端点只能由键盘输入或者鼠标拾 取，要做对称变换的图形也是一个任意图 形（至少应是一个任意多边形）。 2 必做 4 实现直线和 多边形裁剪 输入的直线是任意直线，直线的端点只能 由键盘输入或者鼠标拾取，要做对称变换 的图形也是一个任意图形（至少应是一个 任意多边形）。 2 必做 5 Beizer 曲线 与 B 样条曲 线的生成 完成Beizer曲线、B样条曲线的生成显示。 2 必做 6 设计一个简 单的图形系 统 应用所学图形学知识开发简单图形系统， 以加深对所学算法的理解及其在实际环 境中的应用。 4 必做 合计 16 五、主用教材及参考书 （一）主用教材： 《3D 计算机图形学》主编：王长波 出版社：机械工业出版社 出版时间：2009 年。 （二）参考书： 1. 《计算机图形学》主编：杨钦 出版社：清华大学出版社 出版时间：2005 年。 2. 《计算机图形学》主编：朱方生 李订芳 出版社：武汉大学出版社 出版时间：2005 年。 3. 《计算机图形学教程》（修订版） 主编：唐荣锡 汪嘉业 彭群生 汪国昭 出版社： 科学 出版社 出版时间：2000 年。 4. 《实时计算机图形学》主编：Tomas Akenine-Moller[美] 普建涛译 出版社：机械 工业出版社 出版时间：2004 年。 5.《计算机图形学几何工具算法详解》主编：Philip J.Schneider[美] 周长发译 出版 社：电子工业出版社 出版时间：2005 年
执笔：张秦 审定：皮磊梁桂珍
执笔：张秦 审定：皮磊 梁桂珍