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计算机图形学课程教学大纲

课程名称：计算机图形学（/ Computer Studies Graphics
学时/学分：49学时/3.0学分（其中课内教学39学时，实验上机10学时）
先修课程：高等数学、C语言、数据结构
适用专业：信息与计算科学
开课院（系、部、室）：数学与计算机科学学院
一、课程的性质与任务
计算机图形学是一门理论性和实践性兼顾的综合课程，其任务是使学生理解计算机图形学的基本概念、基本原理和基本算法；理解图形在计算机内显示的全过程，包括：坐标变换、图形投影、图形裁剪、图形消隐、基本的真实感显示。
本课程主要包括以下内容：计算机图形学的概念及应用；生成直线和圆弧的算法；光栅图形的扫描转换与区域填充；图形变换；曲线曲面表示；交互技术；图形消隐；实体造型；真实感图形的基本理论与算法。
二、课程的教学内容、基本要求及学时分配
（一）计算机图形学的概念及应用 2学时
（1）了解计算机图形学的应用
（2）理解计算机图形学的基本概念、图形硬件及软件系统。
重点：计算机图形学的概念。
难点：图形硬件系统。
（二）基本图形的生成算法 4学时
（1）掌握直线的生成算法：DDA算法、Bresenham画线算法。
（2）理解圆的中点圆生成算法。
重点：DDA算法、Bresenham画线算法。
难点：Bresenham画线算法、圆的中点圆生成算法。
（三）二维几何变换与二维观察 6学时
理解二维几何变换（如：平移、放缩、旋转）的变换矩阵。
理解投影变换（透视投影、平行投影）的变换方法。
掌握Cohen-Sutherland线段剪裁算法、梁友栋_Barsky线段剪裁算法。
重点：二维几何变换、Cohen-Sutherland线段剪裁算法。
难点：梁友栋_Barsky线段剪裁算法。
（四）交互技术 2学时
（1）理解用户对话的工具与设计方法。
（2）掌握输入设备的逻辑分类、输入模式。
（3）掌握交互式构图技术：约束、网格、引力场、橡皮条方法等。
重点：交互式构图技术。
难点：交互式构图技术的实现。
（五）光栅图形的扫描转换与区域填充 6学时
（1）掌握扫描多边形填充算法。
（2）掌握区域的边界填充算法及泛滥填充算法。
（3）理解光栅图形产生走样的原因，掌握反走样的方法。
重点：区域的边界填充算法及泛滥填充算法。
难点：反走样的方法。
（六）隐藏面和隐藏线的消除 4学时
理解图形显示前消隐的必要性。
理解并掌握Z缓冲区算法。
理解区域子分算法、区间扫描线算法、深度排序算法。
重点：Z缓冲区算法。
难点：区域子分算法、区间扫描线算法。
（七）曲线曲面的表示 7学时
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
了解有理形式的曲线曲面
重点：Bezier曲线性质及特点。
难点：Bezier曲面、B样条曲线曲面的性质及特点。
（八）三维实体造型 4学时
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
重点：八叉树表示、CSG树表示。
难点：粒子系统、分形方法表示。
（九）真实感图形的基本理论及算法 4学时
理解计算机真实感图形的简单光照明模型。
掌握多边形表示物体的光滑明暗处理。
掌握真实感图形显示的光线跟踪算法。
重点：简单光照明模型、多边形表示物体的光滑明暗处理。
难点：光线跟踪算法。
三、推荐教材和主要参考书
1、推荐教材：
（1）Donald Hearn等著，蔡士杰等译，计算机图形学（第三版）, 北京：电子工业出版社,2005。
（2）杨钦等著，计算机图形学，北京：清华大学出版社,2005。
2、推荐参考书：
（1）Foley 等著,唐泽圣等译,计算机图形学原理及实践—C语言描述, 北京：机械工业出版社,2004。
（2）Dave Shreiner等著，邓郑祥译. OpenGL编程指南（第四版）[M]. 北京：人民邮电出版社,2005。
（3）Edward Angel著. 交互式计算机图形学——自顶向下方法与OpenGL 应用（第三版 影印版）[M]. 北京：高等教育出版社,2003.。
（4）唐荣锡等著,计算机图形学教程（修订版）, 科学出版社,2001。

大纲制订者：吴元斌
大纲审定者：刘福明