西北师范大学信息与计算科学专业
专业选修课程教学大纲
计算机图形学
一、说明
(一)课程性质
本课程是数学与信息科学学院信息与计算科学系专业的选修课,本课程主要讲授计算机图形学的理论与基本方法.近30多年来,交互式计算机图形学有了引人瞩目的发展,它已广泛应用于计算机辅助设计,电视广告,动画和仿真,科学计算,事务管理等许多领域并发挥重要作用,社会生活的各个方面和各个应用领域都从计算机图形学的发展和应用中获得了巨大的好处,计算机图形学也发展成为一个富有成果和非常活跃的学科.
(二)教学目的
使学生掌握基本原理和基本方法
第一章计算机图形学综述
教学要点:
本章概括讲授计算机图形学的产生,发展,内容及应用,为后续章节的学习打一基础,主要的内容有:计算机图形学的发展与应用,计算机辅助设计,计算机艺术,娱乐,图形用户界面等.
教学时数:
4学时
具体内容:
计算机辅助设计
图示图形学
计算机艺术
娱乐
教学与培训
科学可视化
图形用户界面
考核要求:
通过考核使同学们掌握和了解计算机图形学及其应用.
第二章图形系统
教学要点:
讲授计算机图形学的硬件基础,包括视频显示设备,光栅扫描系统,图形工作站,输入设备,硬拷贝设备,图形软件
教学时数:
8学时
具体内容:
视频显示设备(2学时)
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刷新式CRT,光栅扫描显示器,随即扫描显示器,彩色显示器,直视存储管,立体与虚拟系统
光栅扫描系统(1学时)
视频控制器,光栅扫描显示处理器
图形监视器与工作站(1学时)
输入设备(2学时)
键盘,鼠标,跟踪球和空间球,数据手套,数字化仪,图象扫描仪,触摸板,光笔
硬拷贝设备(1学时)
打印机,绘图仪
图形软件(1学时)
坐标表示,图形功能,软件标准
考核要求:
通过考核使同学们掌握图形系统,输入设备,显示设备,输出设备,软件标准等概念及应用.
第三章基本图形生成算法
教学要点:
讲授基本图形生成算法,包括直线的扫描转换算法,圆与椭圆的扫描转换,区域填充,字符,裁剪,反走样
教学时数:
10学时
具体内容:
直线扫描转换(2学时)
数值微分法,中点画线法,Bresenham画线算法
圆与椭圆的扫描转换(2学时)
圆的扫描转换,Bresenham画圆算法,椭圆扫描转换
区域填充(2学时)
多边形区域填充,边填充算法,种子填充,圆域填充
字符(1学时)
矢量字符,点阵字符,字型技术,字符输出
裁剪(2学时)
线段裁剪,多边形裁剪,字符输出
反走样(1学时)
提高分辨率,简单的区域取样,加权区域取样
考核要求:
掌握直线,圆的生成算法,区域填充,字符,裁剪和反走样技术
第四章曲线曲面
教学要点:
讲授曲线,曲面的表示,生成,处理及运算的数学方法,重点有Bézier曲线曲面,B样条曲线曲面,Coons曲面,NURBS
教学时数:
10学时
具体内容:
曲线曲面表示的基础知识(2学时)
显式,隐式和参数表示,曲线的相关矢量,曲率,挠率,逼近,光滑
常用的曲线(4学时)
参数曲线曲面的重新参数化,二次曲线和直纹面,Bézier曲线,B样条曲线,NURBS曲线
常用曲面(4学时)
Bézier曲面,Coons曲面,B样条曲面,NURBS曲面
考核要求:
通过考核使同学掌握曲线曲面的表示和性质.
第五章图形变换
教学要点:
讲授图形变换的基本原理和方法,主要有图形变换的数学基础,窗口视图变换,图形的几何变换,形体的投影变换
教学时数:
8学时
具体内容:
图形变换的数学基础(2学时)
矢量运算,矩阵运算,齐次坐标
窗口视图变换(2学时)
用户域和窗口区,屏幕域和视图区,窗口区和视图区的坐标变换,从NDC到DC的变换
图形的几何变换(2学时)
二维图形的几何变换,三维图形的几何变换,参数图形的几何变换
形体的投影变换(2学时)
正投影,斜投影,投影,三维裁剪
考核要求:
通过考核使同学们掌握图形的几何变换
第六章实体造型和真实感图形
教学要点:
讲授实体表示方法和真实感图形的生成
教学时数:
10学时
具体内容:
形体在计算机内的表示(2学时)
表示形体的坐标系,几何元素的定义,线框,表面,实体模型,常用的形体表示方法
边界表示的数据结构及运算(2学时)
翼边结构,对称结构,求交运算
消除隐藏线(2学时)
凸多面体的隐藏线消除,凹多面体的隐藏线消除
消除隐藏面(2学时)
画家算法,Z缓冲区算法,扫描线算法,
明暗效应和颜色模型(1学时)
明暗模型,处理方法,明暗效果,CIE色度图,常用的颜色模型
光线跟踪法(1学时)
反射与折射,光照模型,加速算法
考核要求:
通过考核使同学们掌握形体的表示方法,实体表示方法,了解隐藏线面的消除和真实感图形的生成
三、参考书目
孙家广,《计算机图形学》,清华大学出版社,北京,1999
DonaldHearn等着,蔡士杰等翻译,《计算机图形学》,电子工业出版社,1997年.
DidFRogers着,石教英等翻译,《计算机图形学的算法基础》,机械工业出版社,2001.