计算机图形学概述

计算机图形学教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍计算机图形学的定义计算机图形学的发展历程计算机图形学的应用领域1.2 图形与图像的区别图像的定义图形的定义图形与图像的联系与区别1.3 计算机图形学的基本概念像素与分辨率矢量与栅格颜色模型图像文件格式第二章：二维图形基础2.1 基本绘图函数画点函数画线函数填充函数2.2 图形变换平移变换旋转变换缩放变换2.3 图形裁剪矩形裁剪贝塞尔曲线裁剪多边形裁剪第三章：三维图形基础3.1 基本三维绘图函数画点函数画线函数填充函数3.2 三维变换平移变换旋转变换缩放变换3.3 光照与材质基本光照模型材质的定义与属性光照与材质的实现第四章：图像处理基础4.1 图像处理基本概念像素的定义与操作图像的表示与存储图像的数字化4.2 图像增强对比度增强锐化滤波4.3 图像分割阈值分割区域生长边缘检测第五章：计算机动画基础5.1 动画基本概念动画的定义与分类动画的基本原理动画的制作流程5.2 关键帧动画关键帧的定义与作用关键帧动画的制作方法关键帧动画的插值算法5.3 骨骼动画骨骼的定义与作用骨骼动画的制作方法骨骼动画的插值算法第六章：虚拟现实与增强现实6.1 虚拟现实基本概念虚拟现实的定义与分类虚拟现实技术的关键组件虚拟现实技术的应用领域6.2 虚拟现实实现技术头戴式显示器（HMD）位置追踪与运动捕捉交互设备与手势识别6.3 增强现实基本概念与实现增强现实的定义与原理增强现实技术的应用领域增强现实设备的介绍第七章：计算机图形学与人类视觉7.1 人类视觉系统基本原理视觉感知的基本过程人类视觉的特性和局限性视觉注意和视觉习惯7.2 计算机图形学中的视觉感知视觉感知在计算机图形学中的应用视觉线索和视觉引导视觉感知与图形界面设计7.3 图形学中的视觉错误与解决方案常见视觉错误分析避免视觉错误的方法提高图形可读性与美观性第八章：计算机图形学与艺术8.1 计算机图形学在艺术创作中的应用数字艺术与计算机图形学的交融计算机图形学工具在艺术创作中的使用计算机图形学与艺术的创新实践8.2 计算机图形学与数字绘画数字绘画的基本概念与工具数字绘画技巧与风格数字绘画作品的创作与展示8.3 计算机图形学与动画电影动画电影制作中的计算机图形学技术3D动画技术与特效制作动画电影的视觉艺术表现第九章：计算机图形学的未来发展9.1 新兴图形学技术的发展趋势实时图形渲染技术基于物理的渲染动态图形设计9.2 计算机图形学与其他领域的融合计算机图形学与的结合计算机图形学与物联网的结合计算机图形学与生物医学的结合9.3 计算机图形学教育的未来发展图形学教育的重要性图形学教育的发展方向图形学教育资源的整合与创新第十章：综合项目实践10.1 项目设计概述项目目标与需求分析项目实施流程与时间规划项目团队组织与管理10.2 项目实施与技术细节项目技术选型与工具使用项目开发过程中的关键技术项目测试与优化10.3 项目成果展示与评价项目成果的展示与推广项目成果的评价与反馈重点和难点解析一、图像的定义与图像的定义，图形与图像的联系与区别1. 学生是否能够理解并区分图像和图形的概念。

计算机图形学（⼀）——辐照度学概述辐照度(irradiance)定义为电磁辐射⼊射于曲⾯时每单位⾯积的功率，直观理解为能量在⼊射点处的量化值。

在计算机图形学中，就是要求解场景中任意位置的辐照度⼤⼩。

如果求得辐照度的⼤⼩，剩下的事情就是如何利⽤所求解得到的辐照度渲染出⼀张静帧图像，⽽不同的求解⽅法，对应着不同的渲染算法，每⼀个算法都有其独特的风格。

本部分就是要理清计算机图形学中最基本的辐照度物理量之间的定义与关系。

1.1 ⽴体⾓⽴体⾓的概念其实是平⾯⼏何中⾓的概念的扩展。

数学上定义平⾯⾓度是在单位圆上，两射线张⾓的弧长即为张出的⾓度，单位为radian；则类⽐平⾯⼏何中对⾓度的定义，我们可以去如下定义⽴体⾓的概念：在单位球体上，球⼼处⼀个锥形包含的球表⾯积定义为这个锥形的⽴体⾓(如图1)，单位为stereo radian，简写为sr。

计算机图形学中常⽤粗体的来表⽰⼀个⽴体⾓。

需要注意的是，⽴体⾓的形状并不仅限于像图1中那样的锥形，还可以是像那样的不规则形状，我们仅⽤单位圆内该⽴体⾓内部包含的球表⾯积来度量它的⾓度，由于单位球⾯的表⾯积为4π，所以⼀个⽴体⾓的取值范围也在[0,4π]之间。

有了上述的介绍，我们就可以继续定义⽴体⾓的微分了。

即当⼀个⽴体⾓所包含的单位球表⾯积趋于0时，我们称其为⽴体⾓的微分，写为。

为表述简便，后续有关“⽅向”的概念，如果没有特殊说明，默认都是在说指向这个⽅向的⼀个⽴体⾓。

1.2 辐照度中的基本量及其关系辐照度学中，定义了如下表1的常见基本量，详细请参见相关的教材。

上述物理量中，较为常⽤的⼏个物理量为辐射通量Φe、辐照度E e和辐射率L e。

为表述简便，后续的内容都会省略⾓标，即简写为Φ、E和L 。

现定义它们之间满⾜的基本关系。

E=dΦd A式中之所以⽤单位⾯积dA上⼊射的功率Φ⽽不是能量Q来定义辐照度E是因为前者考虑了时间因素，把时间度量统⼀到单位时间。

如果按照后者来定义的话，会造成物理量E与时间相关，这样做并不是⼀个明智的选择。

《计算机图形基础》课程标准一、课程性质与目标计算机图形基础是一门面向计算机相关专业学生的必修课程，旨在培养学生掌握计算机图形学的基本概念、原理和方法，提高学生的计算机图形处理能力。

本课程的目标是使学生在掌握计算机图形学的基本理论知识和实践技能的基础上，能够熟练运用相关工具和技术，解决实际工程中的图形处理问题。

二、课程教学内容与要求1. 教学内容（1）计算机图形学概述：介绍计算机图形学的概念、发展历程和主要应用领域，帮助学生了解计算机图形学的基本框架和研究方向。

（2）图形硬件基础：介绍计算机图形处理器的原理和功能，包括图形渲染管线、图形渲染引擎等，帮助学生了解计算机图形处理的基本硬件架构。

（3）图形软件基础：介绍计算机图形软件的基本概念和工具，包括计算机图形学中的常用编程语言、绘图库和工具等，帮助学生掌握计算机图形处理的基本软件环境。

（4）基本几何变换：介绍计算机图形学中的基本几何变换方法，包括平移、旋转、缩放等，帮助学生掌握计算机图形处理的基本变换操作。

（5）光照与纹理映射：介绍计算机图形学中的光照原理和纹理映射技术，帮助学生了解计算机图形处理中的光照和纹理处理方法。

（6）三维建模与动画：介绍三维建模的基本方法和动画制作技术，包括三维模型的创建、动画制作的基本原理和方法等，帮助学生掌握三维建模和动画制作的基本技能。

2. 要求（1）学生应掌握计算机图形学的基本概念、原理和方法，能够熟练运用相关工具和技术进行计算机图形处理。

（2）学生应能够独立完成简单的三维建模和动画制作任务，具备一定的实践能力和创新能力。

（3）学生应能够将所学知识应用于实际工程中，解决实际工程中的图形处理问题。

三、教学方法与手段1. 理论教学与实践教学相结合：在理论教学中，注重讲解基本概念、原理和方法，在实践教学中，注重培养学生的动手能力和创新能力。

2. 案例教学：通过案例教学的方式，将理论知识与实践应用相结合，使学生更好地理解和掌握所学知识。

计算机图形学知识点大全计算机图形学是计算机科学中的一个重要分支，涵盖了图像处理、计算机视觉、图形渲染等多个领域。

本文将介绍计算机图形学的一些重要知识点，帮助读者更好地理解和应用这些知识。

一、基础概念1. 图形学概述：介绍计算机图形学的定义、发展历史以及应用领域。

2. 图像表示：探讨图像的表示方法，包括光栅图像和矢量图像，并介绍它们的特点和应用场景。

3. 坐标系统：详细介绍二维坐标系和三维坐标系，并解释坐标变换的原理和应用。

二、图像处理1. 图像获取与预处理：介绍数字图像的获取方式和常见的预处理方法，如去噪、增强和平滑等。

2. 图像特征提取：讲解图像特征提取的基本概念和方法，例如边缘检测、角点检测和纹理特征提取等。

3. 图像分割与目标识别：介绍常见的图像分割算法，如阈值分割、基于区域的分割和基于边缘的分割等，以及目标识别的原理和算法。

三、计算机视觉1. 相机模型：详细介绍透视投影模型和针孔相机模型，并解释摄像机矩阵的计算和相机标定的方法。

2. 特征点检测与匹配：讲解常用的特征点检测算法，如Harris 角点检测和SIFT特征点检测，并介绍特征点匹配的原理和算法。

3. 目标跟踪与立体视觉：介绍目标跟踪的方法，如卡尔曼滤波和粒子滤波，以及立体视觉的基本原理和三维重建方法。

四、图形渲染1. 光栅化：详细介绍光栅化的原理和算法，包括三角形光栅化和线段光栅化等。

2. 着色模型：介绍常见的着色模型，如平面着色、高光反射和阴影等，并解释经典的光照模型和材质属性。

3. 可视化技术：讲解常用的可视化技术，如体数据可视化、流场可视化和虚拟现实等，以及它们在医学、工程等领域的应用。

五、图形学算法与应用1. 几何变换：介绍图形学中的几何变换，包括平移、旋转、缩放和矩阵变换等，并解释它们在图形处理和动画中的应用。

2. 贝塞尔曲线与B样条曲线：详细介绍贝塞尔曲线和B样条曲线的定义、性质和应用，以及它们在曲线建模和动画设计中的重要作用。

计算机图形学的曲面参数化表示计算机图形学是研究计算机生成、处理和呈现图形的学科，其中曲面参数化表示是图形学中的重要内容之一。

曲面参数化表示是指将一个曲面映射到参数空间中，并通过参数方程对曲面进行表示和计算。

本文将介绍曲面参数化表示的基本概念、应用和计算方法。

1. 概述曲面参数化表示是图形学中的重要内容，它在计算机动画、游戏开发和计算机辅助设计等领域得到广泛应用。

曲面参数化表示是将一个曲面映射到参数空间中，通过参数方程对曲面进行表示和计算。

通过参数化表示，可以对曲面进行变形、纹理映射等操作，实现更加精确和自然的图形效果。

2. 曲面参数化的基本概念曲面参数化表示中，曲面可以用一个或多个参数方程进行描述。

常见的曲面参数化表示方法有参数增量法、双三次插值、贝塞尔曲线等。

参数增量法是将一个参数空间分割成若干个小块，每个小块中都有一个对应的曲面点，通过计算小块的顶点坐标和法向量，实现对曲面的表示。

3. 曲面参数化的应用曲面参数化表示在计算机图形学中有着广泛的应用。

在计算机动画中，可以通过曲面参数化表示实现对角色模型的形变和运动控制。

在游戏开发中，曲面参数化可以用来绘制场景中的地形和水面效果。

在计算机辅助设计中，曲面参数化可以用来表示和编辑三维模型，实现更加精确和自由的设计。

4. 曲面参数化的计算方法曲面参数化的计算方法主要有网格参数化和样条曲面参数化。

网格参数化是将曲面离散成网格的形式，在每个网格点处计算并存储曲面的位置和法向量信息。

样条曲面参数化是通过插值或逼近方法对曲线进行参数化表示。

在计算方法中，需要考虑曲面的拓扑和连续性等问题，以保证参数化结果的准确性和稳定性。

5. 结论曲面参数化表示是计算机图形学中的重要内容，通过将曲面映射到参数空间中，可以实现对曲面的精确表示和计算。

曲面参数化表示在计算机动画、游戏开发和计算机辅助设计等领域具有广泛的应用。

在实际应用中，需要选择合适的参数化方法，并考虑曲面的特性和要求，以实现更加逼真和自然的图形效果。

广东省高等教育自学考试计算机图形学课程（课程代码：04644）考试大纲目录一、课程性质与设置目的二、课程内容与考核目标第一章计算机图形学概述第一节计算机图形学的发展概况第二节计算机图形学的主要应用领域第三节计算机图形学与计算机辅助设计（CAD）第四节计算机图形系统第二章绘图基础第一节GDI＋概述第二节绘图基础第三节绘图方法第三章基本图形、图案设计第一节基本图形设计第二节圆弧连接程序设计第四章图形变换及图形设计第一节二维图形变换第二节三维图形变换第四节轴测投影变换第五节透视投影变换第六节凸平面立体隐藏线的消除第五章曲线的程序设计第一节平面曲线第二节三次样条曲线第三节Bezier曲线第四节B样条曲线第六章曲面程序设计第一节常见曲面第七章图像处理第一节位图图像文件及操作第二节位图图像的处理技术第八章动画技术第一节动画技术基础第二节动画技术的实现方法第三节动画综合实例第四节综合实例源代码第九章用交开发互式CAD系统第一节交互式CAD系统的总体设计第二节图元的选择与删除第四节添加绘图辅助工具三、关于大纲的说明与考核实施要求【附录】题型举例一、课程性质与设置目的（一）课程性质与特点本课程是广东省高等教育自学考试数字媒体艺术专业（独立本科段）的必考课程之一，本课程是数字媒体艺术专业的应用型专业课。

目的通过学习本课程，培养学生掌握图形学基本概念、原理和方法，掌握用绘制图形程序的能力，通过图形学理论和程序编写实践，提高学生对图形学的理解，使学生能使用的编制图形软件。

（二）本课程的基本要求通过本课程学习，要求学生认识编制绘图程序的特点，了解图形学基本原理和方法，掌握编写图形程序的方法和流程。

1、了解绘图基础；2、掌握基本图形设计和常用图形算法；3、了解曲线、曲面的表达方法和绘图技术；4、掌握图形的二／三维几何变换；5、掌握绘制动画的方法；（三）本课程与相关课程的联系本课程是一门与《Visual Basic程序设计》、《多媒体应用技术》、《计算机三维绘图》、《计算机辅助工业设计》等多种课程相关的课程。