07153054《计算机图形学》教学大纲

《计算机图形学》教学大纲

课程编码： 07153054 课程名称： 计算机图形学 英文名称： Computer Graphics 开课学期： 第5学期 学时/学分： 48/3 课程类型： 专业必修课

开课专业： 计算机科学与技术专业

选用教材：《计算机图形学》 机械工业出版社 徐长青、许志闻等编著 2004年 主要参考书:

(1)《计算机图形学导论》董士海、唐泽圣等译 机械工业出版社2004年 (2)《计算机图形学的算法基础》石教英 彭群生等译 机械工业出版社2002年 (3)《计算机图形学基础教程》孙家广，胡事民 编著 清华大学出版社 2005年 (4) 《计算机图形学》 蔡士杰，宋继强，蔡敏 译 电子工业出版社 2005年

执笔人：徐长青

一、课程性质、目的与任务

计算机图形学是一门计算机专业基础课，是计算机专业本科生必修的专业基础课。本课程介绍图形显示及图形表示的方法和原理。通过本课程的学习，使学生了解计算机在图形应用方面的基础原理，了解图形应用中的特殊性处理方法，进而懂得计算机在数值领域深入应用的方法，为问题的解决提供适宜的模型和办法。

二、教学基本要求

《计算机图形学》主要介绍图形显示及图形表示的方法和原理。通过学习计算机图形学，使学生达到如下要求：

1．全面掌握计算机图形学的基本概念。掌握图形处理的基本原理以及各种相关的算法，全面、系统地了解计算机图形学在计算机应用技术中的特殊的处理方法。

2．理解和掌握二维图形显示流程和三维图形显示流程，进一步掌握真实感图形显示技术。

3．注重培养学生的独立思考的能力，结合理论和实践环节，培养和提高学生分析问题和解决问题的能力。通过对各种算法的深入学习和扎实掌握，从而能够针对实际问题的解决提出适宜的方法和模型。

4．制作电子教学课件，运用课件进行教学。

三、各章节内容及学时分配

第一章 计算机图形学简介（4学时）

第一节 计算机图形学及相关学科 一、图形学概念

二、图形学、图象处理与模式识别的关系 三、交互式计算机图形学 第二节 计算机图形学的起源

一、“Sketchpad:人-机图形通信系统”-Ivan E.Sutherland 二、 国内的发展

第三节 计算机图形学应用及发展动向 一、计算机图形学应用

二、计算机图形学的研究内容与发展动向 第四节 图形系统硬件 一、图形系统硬件的构成 二、图形显示器的工作方式 三、光栅扫描显示的原理、结构 第五节 计算机图形标准

一、计算机图形标准的定义 二、常用的几种图形标准

第二章 图形基元的显示（4学时） 第一节 直线扫描转换算法 一、DDA扫描转换算法 二、中点扫描转换算法 三、Breshenham扫描转换算法 第二节 圆的扫描转换算法 一、中点画圆法

二、Bresenham画圆法 第三节 种子填充算法 一、内定义四连通填充算法 二、边界定义四连通填充算法 三、扫描线种子填充算法 第四节 多边形扫描转换算法 一、扫描前的预处理 二、有序边表和活跃边表 三、多边形扫描转换算法

第三章 图形变换（8学时） 第一节 变换的数学基础 一、向量和向量运算 二、矩阵和矩阵运算 三、齐次坐标 第二节 二维图形变换

一、基本几何变换的种类与计算公式 二、组合变换 第三节 二维视见变换 一、窗口、视区的概念

二、视见变换与视见变换的计算 第四节 三维图形变换

一、基本几何变换的种类与计算公式 二、组合变换 第五节 投影

一、投影的形成和种类 二、平行投影的种类与计算 三、透视投影的种类与计算 第六节 裁剪

一、裁剪的定义

二、Cohen-Sutherland直线段裁剪算法

三、中点分割算法 四、梁友栋-Barsky算法

五、Sutheland-Hodgman多边形裁剪算法 六、凸多边形为裁剪区域的直线段裁剪算法

第四章 曲线和曲面（6学时）

第一节 曲线和曲面表示的基础 一、曲线和曲面的参数表示 二、曲线、曲面的表现方式

第二节 Hermite多项式和Coons曲面

一、Hermite多项式 二、Coons曲面

第三节 Bezier曲线与曲面 一、Bezier曲线 二、Bezier曲面 第四节 B样条曲线与曲面 一、B样条曲线 二、B样条曲面

第五章 图形运算（10学时）

第一节 线段的交点计算

一、两条线段求交 二、多条线段求交

第二节 多边形表面的交线计算

一、平面方程的确定方法 二、确定交线的处理步骤 第三节 平面中的凸壳算法

一、Graham扫描算法 二、Javis行进算法 第四节 包含与重叠

一、简单多边形包含算法 二、凸多边形包含算法

三、凸多边形重叠计算

第五节 简单多边形的三角剖分

一、简单多边形的三角剖分算法 二、凸多边形的最小三角剖分算法

第六章 形体的表示及其数据结构（8学时）

第一节 二维形体的表示

一、折线、带树法的边界表示方法 二、平面图形的四叉树表示方法 第二节 三维几何模型

一、几何元素与形体层次结构 二、线框、表面及实体表示 三、三维实体表示方法 四、八叉树 第三节 分形

一、分形的概念与维数计算 二、分形的一般算法 三、Von Koch算法

四、Julia和Mandelbrot集

第七章 消除隐藏线和隐藏面算法（6学时）

第一节 线面比较法消除隐藏线

一、外法线确定可见面计算 二、线面比较法消除隐藏线步骤 第二节 深度排序算法 第三节 Z-缓冲算法 第四节 扫描线算法 第五节 区域分割算法

第八章 真实感图形的绘制（2学时）

第一节 漫反射与具体光源的照明

一、环境光 二、漫反射

三、镜面反射与Phong模型 四、光的衰减

第二节 多边形网的明暗处理 一、常数明暗法 二、Gouraud方法 三、Phong方法

四、考核方式： 笔试（闭卷） 五、其它教学环节 1．总复习 2学时。 2. 答疑安排 现场答疑。