《计算机图形学教学资料》1共54页文档

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。

计算机图形学电子教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍介绍计算机图形学的定义、发展和应用领域解释图形学与图像学的区别1.2 图形学基本概念定义像素、矢量图、位图等基本概念解释屏幕坐标系统、窗口和视口的概念1.3 图形处理流程介绍图形处理的基本流程：输入、建模、渲染、显示解释光栅化和抗锯齿的概念1.4 图形软件和硬件介绍常见的图形软件（如OpenGL、DirectX）解释图形处理器（GPU）的工作原理和性能影响因素第二章：二维图形基础2.1 基本图形绘制学习使用直线、圆、椭圆等基本图形绘制方法掌握坐标变换（平移、旋转、缩放）的基本算法2.2 图形属性学习设置线条颜色、宽度、样式等属性掌握填充图形的方法和属性设置2.3 文本和图像显示学习使用字体和文本显示方法掌握图像的加载、显示和处理方法2.4 二维动画基础了解动画原理和常见动画技术学习简单动画的实现方法第三章：三维图形基础3.1 三维坐标系统和变换掌握三维坐标系统的定义和转换方法学习三维图形的投影和视图变换算法3.2 基本三维图形绘制学习三维直线、曲面等基本图形的绘制方法掌握光照模型和材质属性设置3.3 三维图形渲染学习三维图形的纹理映射、凹凸映射等渲染技术掌握三维图形着色、光照和阴影的计算方法3.4 三维动画基础了解三维动画原理和常见动画技术学习复杂动画的实现方法第四章：图形用户界面设计4.1 GUI设计原则学习GUI设计的基本原则和界面布局方法掌握常用的GUI组件和控件使用方法4.2 事件处理和输入设备学习事件处理机制和输入设备的使用方法掌握鼠标、键盘等输入设备的交互设计4.3 菜单和对话框设计学习菜单和对话框的设计方法和实现技巧掌握菜单项、菜单栏、工具栏等界面的设计要点4.4 状态栏和工具提示学习状态栏和工具提示的设计和使用方法掌握状态信息的展示和交互设计第五章：图形编程实践5.1 图形编程环境搭建学习图形编程环境的搭建和配置方法掌握基本的图形编程框架和API使用方法5.2 绘制基本图形实现直线、圆、椭圆等基本图形的绘制方法掌握坐标变换和图形属性设置的实践技巧5.3 绘制文本和图像实现文本和图像的显示方法掌握字体加载、图像处理和纹理映射的实践技巧5.4 实现简单动画实现二维和三维动画的绘制方法掌握动画原理和渲染技术的实践应用计算机图形学电子教案第六章：图形算法与数据结构6.1 图形算法概述介绍图形算法的分类和应用场景解释算法复杂度和性能评估6.2 数据结构学习常用的数据结构（如数组、链表、树、图）掌握其在图形处理中的应用和选择原则6.3 填充算法学习扫描线填充、填充规则和抗锯齿技术掌握多边形填充算法的原理和实践6.4 裁剪算法学习简单多边形的裁剪方法掌握裁剪算法的原理和实践第七章：图像处理基础7.1 图像处理概述介绍图像处理的基本概念和应用领域解释图像处理与计算机视觉的区别7.2 图像基本操作学习图像的读取、显示、存储和转换方法掌握图像的点操作、滤波和几何变换7.3 图像增强和复原学习图像增强、去噪和复原的算法掌握图像质量改善的实践方法7.4 图像分割和特征提取学习图像分割和特征提取的算法掌握目标检测和识别的实践技巧第八章：计算机动画与模拟8.1 动画基础介绍动画的类型和制作流程解释帧动画和精灵动画的原理8.2 关键帧动画学习关键帧动画的创建和播放方法掌握动画插值和过渡效果的实现8.3 物理模拟学习物理模拟的基本原理掌握碰撞检测、刚体动力学和粒子系统的实现8.4 动画编辑与播放学习动画编辑工具和播放控制方法掌握动画序列化和资源管理的技术第九章：虚拟现实与增强现实9.1 虚拟现实基础介绍虚拟现实的定义和设备解释虚拟环境的创建和交互方法9.2 虚拟现实技术学习虚拟现实渲染和视觉感知技术掌握虚拟现实应用开发的实践技巧9.3 增强现实基础介绍增强现实的定义和设备解释增强现实图像识别和物体跟踪方法9.4 增强现实应用学习增强现实应用开发的方法掌握增强现实游戏和交互设计的实践技巧第十章：图形学项目实践10.1 项目规划与管理学习项目规划和管理的基本方法掌握项目进度控制和团队协作技巧10.2 图形应用实例分析分析图形应用的案例和实现方法理解图形学技术在实际应用中的应用场景10.3 项目设计与实现设计图形应用项目的架构和功能实现图形界面、交互和图形渲染的技术细节10.4 项目测试与优化学习图形应用项目的测试方法掌握性能优化和错误调试的实践技巧10.5 项目展示与评估学习项目展示和评估的方法掌握项目汇报和成果评价的技巧计算机图形学电子教案第十一章：图形学高级主题11.1 曲面建模学习曲面建模的基本概念和方法掌握参数曲面、隐式曲面和开放曲面的绘制技术11.2 非线性动画了解非线性动画的概念和特点学习关键帧动画以外的动画技术，如动力学和模拟动画11.3 实时渲染技术学习实时渲染的基本概念和挑战掌握基于物理的渲染、全局光照和实时阴影的技术11.4 图形硬件加速了解图形硬件加速的基本原理学习如何利用GPU进行图形渲染和计算加速第十二章：专业图形学应用12.1 游戏开发学习游戏开发的基本流程和工具掌握游戏引擎的使用和游戏设计的实践技巧12.2 影视后期制作了解影视后期制作的基本流程学习三维渲染、特效制作和颜色校正的技术12.3 虚拟现实应用学习虚拟现实应用的设计原则掌握虚拟现实体验的创造和优化的实践技巧12.4 医学可视化了解医学可视化的应用和挑战学习医学图像处理和三维可视化的技术第十三章：图形学的前沿技术13.1 深度学习和图形学了解深度学习在图形学中的应用学习神经网络在图像、风格迁移等领域的应用13.2 增强现实与混合现实学习增强现实和混合现实的区别和联系掌握现实世界和虚拟世界的交互技术13.3 图形学的未来趋势探讨图形学的未来发展趋势了解新兴技术如光场渲染、全息显示等的发展前景第十四章：图形学实验与实践14.1 实验环境搭建学习图形学实验环境的需求和搭建方法掌握图形编程环境的配置和使用14.2 图形学实验项目介绍图形学实验项目的类型和内容学习实验项目的规划和实施方法掌握实验结果分析和总结的技巧14.4 实践案例分析分析图形学实践案例的成功因素学习图形学技术在实际项目中的应用和优化第十五章：图形学教学资源与评估15.1 教学资源建设了解图形学教学资源的需求和类型学习教学资源的创建、整合和共享方法15.2 教学评估与反馈学习教学评估的方法和指标掌握学生学习情况和教学效果的反馈技巧15.3 图形学教育的发展探讨图形学教育的现状和未来发展了解图形学教育在人才培养和创新应用中的作用15.4 图形学课程设计学习图形学课程的整体设计和教学规划掌握课程内容、教学方法和评估体系的构建技巧重点和难点解析计算机图形学的定义、发展和应用领域图形学与图像学的区别二维和三维图形的绘制、变换和渲染方法图形属性、文本和图像显示二维动画和三维动画的实现方法图形用户界面（GUI）设计原则和组件使用图形算法与数据结构（填充、裁剪等）图像处理基础（图像操作、增强和复原）计算机动画与模拟（关键帧动画、物理模拟）虚拟现实与增强现实（VR和AR技术）图形学高级主题（曲面建模、非线性动画）专业图形学应用（游戏开发、影视后期制作）图形学的前沿技术（深度学习、增强现实）图形学实验与实践（实验环境搭建、项目实践）图形学教学资源与评估（教学资源建设、教学评估）图形学中的数学基础（坐标变换、投影等）高级图形算法和数据结构的应用图像处理和计算机动画的算法实现虚拟现实和增强现实的开发实践图形学实验环境搭建和项目实践教学资源的创建、整合和共享教学评估体系的设计和实施。

《计算机图行学》学习包本课程为有关专业的必修课程（或选修课程）。

通过本课程的教学，学生可以学习、了解和掌握计算机图形学中有关的基本原理、概念、方法和技术，培养和提高交互式图形设计的能力。

计算机图形学与图象处理，计算机图形学的研究内容，计算机图形学的发展简史，计算机图形学的发展方向，本课程教学要求与学习方法。

本章无习题计算机图形系统的组成、功能与分类，计算机图形显示器，图形输入设备，图形输出设备，图形软件系统，图形软件标准。

课后习题1. 某光栅系统中，显示器的分辨率为1280×768，其中每个象素点的颜色深度为12 bit，则该系统需要多大的帧缓存（即多少KB）？2. 有甲乙两台光栅图形显示器，它们的产品说明书介绍均称可以显示4096种颜色，但甲机在显示一幅画面时却只有256种颜色，问其中究竟是什么原因？参考答案1．1280×768×12 / (8×1024) = 1440(KB)2．(1) 甲机：8个位平面，采用一张有256个单元，每个单元有12 bit的彩色查找表。

(2) 乙机：12个位平面，没有采用查找表。

1点的生成，生成直线的DDA算法和Bresenham 算法，二次曲线，区域的简单种子填充算法和扫描线种子填充算法，多边形的扫描转换，字符的生成，反走样技术。

课后习题1. 用对称DDA算法画出A(0,0)到B(5,3)连线的各象素点的位置，并在表内填出相应的中间数据。

rx=5, ry=3,x=0,y=0,steps=5,dx=1,dy=0.6;2. 用Bresenham算法画出A(0,0)到B(5,3)连线的各象素点的位置，并在表内填出相应的中间数据。

dx=5, dy=3, d=2dy-dx=1, x=0, y=0, 2dy-2dx=-4, 3dy=6;23. 用Bresenham算法画出圆心为（0,0），半径为8的顺时针90至45的1/8圆弧上各象素点的位置。

XX大学《计算机图形学》教学大纲编写单位：执笔人：审核人：XX大学xx系20xx年9 月［实验要求］本课程实验要求较高，实验内容多且相关性较强，有关实验的具体要求与内容需按实验大纲执行，本大纲中不再另行说明。

第一章绪论［教学内容］计算机图形学的目标与任务；计算机图形学的内容体系；计算机图形学相关学科；计算机图形学相关领域。

[教学目标与要求]熟练掌握：计算机图形学的内容体系；计算机图形学的目标与任务；掌握：计算机图形学的应用领域；计算机图形学的相关学科；了解：计算机图形学的发展。

[重点与难点]计算机图形学的内容体系；计算机图形学的目标与任务。

[教学时数]2学时第一节计算机图形学的目标与任务一、视觉交流是计算机图形学的目标与任务二、计算机图形学的三个基本任务第二节计算机图形学的内容体系一、基础模块二、建模与表示模块三、绘制模块四、交互技术第三节计算机图形学相关学科一、图形与图像二、相关学科第四节计算机图形学的应用领域一、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）二、科学计算可视化三、虚拟现实四、动画第五节计算机图形学的发展一、计算机图形学的发展简史二、计算机图形学的发展趋势[复习思考题]1、图形包括哪两方面的要素？在计算机中如何表示它们？2、图形的本质是什么？3、如何看待计算机图形学的发展趋势？第二章图形系统［教学内容］Visual 图形系统概述；图形系统体系结构；图形支撑软件；图形硬件显示原理；[教学目标与要求]熟练掌握：图形系统体系结构；图形硬件显示原理掌握：图形系统基本概念和术语；了解：图形支撑软件[重点与难点]图形系统体系结构；图形硬件显示原理[教学时数]2学时第一节图形系统概述一、图形系统组成结构1.图形系统组成结构2.图形系统分类第二节图形系统体系结构一、概述二、应用程序阶段三、几何处理阶段四、光栅阶段第三节图形支撑软件一、OpenGL二、DirectX三、Java2D和Java3D第四节图形硬件显示原理一、图形显示设备及工作原理二、图形显示方式三、光栅扫描图形显示系统[复习思考题]1、从图形硬件显示原理角度，思考并分析如何显示直线？2、请你总结一下光栅显示系统的优缺点？3、在光栅显示系统中，显卡有什么作用？第三章二维图形生成［教学内容］直线生成算法；圆弧绘制算法；区域填充；字符；反走样技术；[教学目标与要求]熟练掌握：直线生成算法；区域填充；圆弧绘制算法掌握：反走样技术了解：字符编码[重点与难点]直线生成算法；区域填充；圆弧绘制算法[教学时数]8学时第一节直线生成算法一、数值微分法二、逐点比较法三、Bresenham画线法四、中点画线法第二节圆弧绘制算法一、基于光栅的整圆绘制算法二、角度离散法绘制圆弧和椭圆弧第三节区域填充一、种子填充算法二、多边形填充算法第四节字符一、字符的编码二、点阵字符三、矢量字符第五节反走样技术第六节编程实例-地图绘制一、地图绘制方法二、基于OpenGL的地图绘制[复习思考题]1、简述DDA算法、中点画线法、Bresenham画线法算法的思想？2、根据中点画圆法和Bresenham算法，绘制一条端点为（1，1）和（6，5）的直线，画出对应各像素的位置？第四章图形几何变换[教学内容］二维几何变换；三维几何变换；图形几何变换的模式；[教学目标与要求]熟练掌握：二维几何变换；三维几何变换；掌握：图形几何变换的模式；[重点与难点]二维几何变换；三维几何变换；[教学时数]6学时第一节二维几何变换一、基本变换二、二维复合变换三、二维坐标系间的变换第二节三维几何变换一、基本变换二、三维复合变换三、三维坐标系间的变换第三节图形几何变换的模式一、固定坐标系模式二、活动坐标系模式[复习思考题]1、试编写对二维点实现平移、旋转、比例变换的程序。