计算机图形学基础教学大纲

《计算机图形学基础》课程教学大纲 一、课程概述 （一）基本说明 中文名称：计算机图形学基础课程代码：16JS062 总学时/学分：48/3考核方式：考试 适用专业：计算机科学与技术 (二）课程属性 1.1.课程性质课程性质 本课程是计算机科学与技术专业选修课，主要介计算机图形学的经典核心体系：图形系统、二维图 形生成、几何变换、二维与三维观察、三维对象 (实体造型与曲线曲面)、真实感图形技术、交互技术及 动画等。通过本课程的学习，有助于学生对计算机图形学原理的理解和图形编程技术的掌握。 2.2.课程与课程群的联系课程与课程群的联系 本课程与《Java 程序设计基础》 、 《C 语言程序设计》 、 《线性代数》等基础课程有着密切的关系，通 过本课程的学习，使学生掌握图形方面的基本知识。为了使学生能够顺利完成本课程的学习，在学习本 课程之前，需对相关课程（群）有一定的了解和掌握。 前修课程： 《Java 程序设计基础》 、 《C 语言程序设计》 、 《数据库原理及应用》等，这些课程对本课 程学习起着基础铺垫作用。 二、教学设计 （一）课程设置的主要依据（一）课程设置的主要依据 本课程是一门理实融合、教学做一体的理论课程，着眼于满足计算机科学与技术专业对应用型人才 需求，遵循“基础/应用”的导向原则，教学内容与教学组织紧紧围绕应用型的计算机科学与技术专业 人才培养目标进行设计、选择和实施，以“必需、够用、适度超前”为度，突出打牢理论基础和实践能 力培养。在教学过程中，注重创新精神、实践能力和职业道德的培养，倡导探究性学习（或研讨式、案 例式、专题式、项目式等） ，引导学生主动参与教学过程，主动思考、勤于实践、知行合一，逐步培养 学生分析解决计算机类项目开发过程中实际问题、沟通交流与团队协作能力。 （二）课程设计思路（二）课程设计思路 以《Java 程序设计基础》 、 《C 语言程序设计》 、 《线性代数》等课程为基础，紧紧围绕计算机科学与 技术专业应用型人才培养目标，准确把握本课程在计算机科学与技术课程群中的定位和作用，以能力为 本位，强调打牢基本知识和基本理论基础，强化基本技能训练，充分利用信息化教学平台，打破以知识 1 传授为主要特征的传统学科专业课程模式，探索新的、更为科学的教学模式。 三、课程目标 （一）总体目标（一）总体目标 通过课程课堂讲授、学生自学、习题、课堂讨论、答疑以及实验、设计等实践环节，使学生理解和 掌握图形应用编程方面的相关知识，包括图形系统、二维图形生成、几何变换、二维与三维观察、三维 对象(实体造型与曲线曲面)、真实感图形技术、交互技术及动画等计算机图形学的经典核心体系，培养 学生的抽象思维能力，训练学生计算机学科中解决问题的思路方法，具备科学的态度和良好的作风，达 到实验项目中能独自编程的要求，为从事计算机软件开发和理论研究工作奠定基础。 （二）具体目标（二）具体目标： 1.1.知识结构目标知识结构目标 （1）图形系统； （2）二维图形生成； （3）几何变换； （4）二维与三维观察； （5）三维对象； （6）真实感图形技术； （7）交互技术及动画。 2.2.职业能力目标职业能力目标 （1）项目开发设计能力； （2）软件开发能力； 四、内容设置 2 表表 1 1 教学内容与学时分配教学内容与学时分配 学时分配 章节（内容）章节 学时 讲授 学时 实践 学时 教学内容 1.计算机图形学的目标与任务 第一单元 绪论220 2.计算机图形学的内容体系 3.计算机图形学的应用领域 4.计算机图形学的发展 1.应用程序阶段 2.1 图形系统 体系结构 第二单元 图形系统 2.2 图形支撑 软件 431 2.几何处理阶段 3.光栅阶段 1.OpenGL 2.DirectX 3.Java 2D 和 Java 3D 1. 数值微分法 3.1 直线生成 算法 第三单元 二维图形 生成 2．逐点比较法 3．Bresenham 画线法 4. 中点画线法 3.2 圆弧绘制 算法 12102 1.基于光栅的整圆绘制算法 2.角度离散法绘制圆弧和椭圆 弧 1.种子填充算法 2.多边形填充算法 第四单元 教学目标 教学方法与 建议 多媒体教学 案例教学 分组讨论 考核方式方法 了解计算机图形学的目 标内容及发展 作业 课堂提问 掌握图形系统的体系结 构和常用支撑软件 多媒体教学 案例教学 分组讨论 作业 课堂提问 掌握利用不同的算法进 行二维图形生成 多媒体教学 案例教学 分组讨论 作业 课堂提问 3.3 区域填充 4.1 二维几何121021.基本变换掌握图形的二维和三维多媒体教学作业 3 图形几何 变换 变换2.二维复合变换 3.二维坐标系间的变换 1.基本变换 2.三维复合变换 3.三维坐标系间的变换 1.固定坐标系模式 2.活动坐标系模式 1.边界表示 2.扫描表示 3.构造实体几何表示 1.Hermite 曲线 121022.Bezier 曲线 3.B 样条曲线 1.Coons 曲面 2.Bezier 曲面 3.B 样条曲面 1.交互输入技术 2.交互控制技术 3303.图形拾取技术 1. OpenGL 选择模式 2. OpenGL 反馈模式 1.关键帧插值 2.基于网格的图像变形技术 3.FFD 自由变形技术 4.关节动画和角色动画 1.粒子系统 2.基于物理模型的布料动画 几何变换案例教学 分组讨论 课堂提问 4.2 三维几何 变换 4.3 图形几何 变换的模式 5.1 三维实体 表示方法 第五单元5.2 三次参数 三维对象曲线 5.3 双三次参 数曲面 掌握三维对象的表示方 法 多媒体教学 案例教学 分组讨论 作业 课堂提问 第六单元 交互技术 6.1 交互技术 6.2 OpenGL 交 互式绘图 7.1 关键帧动 画技术 掌握不同的交互技术及 OpenGL 绘图模式 多媒体教学 案例教学 分组讨论 作业 课堂提问 第七单元 计算机动 画 330 掌握计算机关键帧动画 技术及过程动画 多媒体教学 案例教学 分组讨论 作业 课堂提问 7.2 过程动画 4 7.3OpenGL 动 画 1.双缓存技术 2.OpenGL 帧缓存 5 五、实施要求 （一）参考教材与资料 1.1.参考教材参考教材 （1）徐文鹏． 《计算机图形学基础》 ．清华大学出版社.2014 2.2.主要教学参考文献主要教学参考文献 （1）孔令德． 《计算机图形学基础教程》 ．清华大学出版社.2013 3.3.推荐的教学网站和相关专业文献网站推荐的教学网站和相关专业文献网站 （1）计算机图形学社区（论坛） （http://www.opengpu.org/forum.php） （2）复旦大学《计算机图形学》精品课程 （ （二）教学组织 课程教学由教研室主任主要负责，课程组组长负责具体的组织与实施。基本流程包括： （1）成立课程组。目前该课程组主要有3 名老师，年龄结构、学历结构和学缘结构如下： 姓名 汤雷 丁雪晶 张德青 （2）教学准备。课前组织备课、说课，做到“六统一” ，统一对教材进行分析；统一主要内容； 统一教学目标；统一学习重点；统一教学进度；统一主要练习。做到教师内容、流程、标准、操作非常 熟练，能够处理前后内