计算机图形学

刘树锟

目录

  • 1 课前说明
    • 1.1 本部分的学习任务
    • 1.2 课程性质和目标
    • 1.3 课程教学要求、重难点
    • 1.4 教学内容与学时分配
    • 1.5 授课方式说明
    • 1.6 教学计划
  • 2 第一模块-绪论
    • 2.1 本模块学习的基本任务
    • 2.2 引言
    • 2.3 计算机图形学综述
    • 2.4 图形学应用领域与图形处理系统
    • 2.5 图形输入输出
    • 2.6 帧缓冲器及分辨率
    • 2.7 图形图像区别
    • 2.8 计算机图形学综述(哈工大)
    • 2.9 小结
    • 2.10 本章测试
  • 3 第二模块-MFC图形编程基础
    • 3.1 内容回顾
    • 3.2 图形项目介绍
    • 3.3 图形函数
    • 3.4 实例介绍
    • 3.5 实践训练
  • 4 第三模块-光栅图形学算法（图形基元扫描转换算法）
    • 4.1 直线段扫描转换算法-DDA画线算法
    • 4.2 DDA算法实践训练
    • 4.3 直线段扫描转换算法-中点画线法
    • 4.4 中点画线算法实践训练
    • 4.5 Bresenham画线算法
    • 4.6 Bresenham画线算法实践训练
    • 4.7 中点画圆算法
    • 4.8 中点画圆算法实验
    • 4.9 Bresenham画圆算法及其他画圆方法
    • 4.10 Bresenham画圆算法实验
    • 4.11 多边形扫描转换
    • 4.12 改进的多边形扫描转换
    • 4.13 区域填充
    • 4.14 实践训练
    • 4.15 本章总结
  • 5 第四模块-图形变换
    • 5.1 向量基础知识
    • 5.2 图形坐标系
    • 5.3 二维图形变换原理及齐次坐标
    • 5.4 二维图形几何变换
    • 5.5 二维图形变换实验
    • 5.6 窗口视区变换
    • 5.7 二维图形裁剪
      • 5.7.1 Cohen-Sutherland算法
      • 5.7.2 中点分割
      • 5.7.3 多边形裁剪
    • 5.8 小结
  • 6 第五模块-曲线与曲面
    • 6.1 几何造型简史及曲线曲面参数表示
    • 6.2 参数曲线基本概念
    • 6.3 曲线连续性
    • 6.4 参数化及参数几何代数形式
    • 6.5 Bezier曲线背景及定义
    • 6.6 Bezier曲线性质
教学内容与学时分配

四、教学内容与学时分配

 

                                                                                                                                  

 

模块

 		 

教学内容

 		 

学时分配

 
 

学时

 		 

理论学时

 		 

实践学时

 
 

一

 		 

绪论

 		 

4

 		 

4

 		 

0

 
 

二

 		 

MFC图形编程基础

 		 

8

 		 

4

 		 

4

 
 

三

 		 

图形基元扫描转换算法

 		 

16

 		 

8

 		 

8

 
 

四

 		 

图形变换

 		 

12

 		 

4

 		 

8

 
 

五

 		 

曲线与曲面

 		 

8

 		 

4

 		 

4

 

 

总计

 		 

48

 		 

24

 		 

24

 

 

实践教学项目与学时分配

                                                                                                                 

 

序号

 		 

实训项目名称

 		 

实训方式

 		 

学时分配

 		 

必做或选做

 		 

每组人数

 
 

课内

 		 

课外

 
 

1

 		 

简单图形的绘制和输出

 		 

上机

 		 

2

 		 

0

 		 

必做

 		 

1

 
 

2

 		 

简单图形的绘制和输出

 		 

上机

 		 

2

 		 

0

 		 

必做

 		 

1

 
 

2

 		 

直线和圆图形生成算法实验

 		 

上机

 		 

4

 		 

0

 		 

必做

 		 

1

 
 

3

 		 

区域填充算法实验

 		 

上机

 		 

4

 		 

0

 		 

必做

 		 

1

 
 

4

 		 

图形变换实验

 		 

上机

 		 

4

 		 

0

 		 

必做

 		 

1

 
 

5

 		 

二维图形裁减实验

 		 

上机

 		 

4

 		 

0

 		 

必做

 		 

1

 
 

8

 		 

曲线绘制实验

 		 

上机

 		 

4

 		 

0

 		 

必做

 		 

1

 

 

模块一 绪论

【教学目标】

通过本章使学生了解计算机图形学的研究内容、应用和研究前沿，使学生了解图形设备。

【重点难点】

图形有关设备、图形系统及其标准。

【教学方法】

多媒体教学、互动课堂

【教学内容】

1计算机图形学的基本概念

2图形学应用领域计算机图形学的历史发展

3 基本概念介绍

4计算机图形学的研究内容

5 图形系统及其标准

模块二 MFC图形编程基础

【教学目标】

学生熟悉MFC图形编程的基本过程、图形项目创建的整体流程，常用图形函数的调用方法。

【重点难点】

MFC图形类库的掌握与调用方法

【教学方法】

多媒体教学、互动课堂、机房实践

【教学内容】

1MFC概述、MFC项目创建

2设备环境DC和OnDraw函数运用

3 CDC常见绘图函数

4交互操作、绘图工具与属性

 

模块三 图形基元扫描转换算法

【教学目标】

使学生掌握光栅图形学中几个重要的概念及其相应算法。例如直线段的扫描转换算法、圆弧的扫描转换算法。

【重点难点】

直线段的扫描转换算法、圆弧的扫描转换算法。

【教学方法】

多媒体教学、互动课堂、机房实践

【教学内容】

1直线段的扫描转换算法

2数值微分(DDA)法

3中点画线法

4圆弧的扫描转换算法

模块四 图形变换

【教学目标】

使学生掌握多边形的扫描转换。了解计算机是如何显示字符。使学生了解计算机图形裁剪。

【重点难点】

计算机图形裁剪，多边行的扫描转换与区域填充

【教学方法】

多媒体教学、互动课堂、机房实践

【教学内容】

1矩阵表示与齐次坐标

2基本二维几何变换

3二维坐标系变换

4二维图形裁剪

 

模块五 曲线与曲面

【教学目标】

理解曲面与曲面中相关概念；贝塞尔曲线定义；B样条曲线定义。掌握Hermite曲线绘制过程；B样条曲线相关操作流程与实现方法。

【重点难点】

 Hermite曲线绘制过程；B样条曲线相关操作流程与实现方法

【教学方法】

多媒体教学、互动课堂、机房实践

【教学内容】

1曲线与曲面基本概念

2三次Hermite曲线

3贝塞尔曲线

4B样条曲线

5 Coons曲面概念与性质介绍

 

五、课程考核

（一）考核目的与要求

1.考核目的

考核学生对于计算机图形学基本概念、图形转换算法等内容的掌握；熟悉并理解图形扫描转换算法以及图形学应用；应用相关理论知识解决实际问题，进行业务分析与处理。

2.考核要求

（1）认知和理解能力

理解计算机图形学的基本概念、图形的表示与数据结构、曲线曲面的基本概念。

（2）逻辑思维能力

理解基本图形的生成算法，并能对现有的算法进行改进，理解图形的变换和裁减算法。

（3）程序设计能力

能够根据图形生成算法、裁剪算法设计相应的实现程序。

 

（二）考核方式

考试；

考核方式：闭卷

 

（三）成绩评定

期评成绩=平时成绩﹢期末成绩（平时成绩不低于30%，期末成绩不高于70%）。平时成绩包括课堂考勤、课堂表现、作业、其他等。其他成绩含课前预习、课堂交流与提问、课外阅读、小组讨论等。

有下列情形之一者，取消参加课程考试的资格：

1、未经批准缺课累计达到或超过课程规定学时数的三分之一及以上者；

2、缺交作业累计达到或超过应交次数（或数量）的三分之一及以上者；

3、抄袭他人作业，情况严重者。

 

六、推荐教材及主要参考资料

（一）推荐教材

  [1] 许志闻、郭晓新. 计算机图形学[M]. 上海：上海交通大学出版社，2016.

[2] 孙家广与胡事民编著，计算机图形学基础教程（第2版）.北京：清华大学出版社，2009

（二）主要参考资料

[1] （美）Francis SHill等著、胡事民等译，计算机图形学（OpenGL版）第3版，北京：清华大学出版社，2009

[2] 胡事民，刘利刚，刘永进，张松海译. Francis S Hill Jr, Stephen M Kelley著.《计算机图形学（OpenGL版）》第3版.北京：清华大学出版社，2009.

[3] Samuel R. Buss. 3D Computer Graphics: A Mathematical Introduction withOpenGL.CambridgeUniversityPress, 2003.

[4] Donald Hearn, M.Pauline Baker. ComputerGraphics (C Version).北京：清华大学出版社，1998.