軟件學(xué)院計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程示范性教學(xué)設(shè)計(jì)分享

1、軟件學(xué)院計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程示范性教學(xué)設(shè)計(jì)一、 本課程教學(xué)方法1. 教學(xué)方法概述：教學(xué)手段以多媒體教學(xué)為主、板書教學(xué)為輔，考慮到本課程內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少的特點(diǎn)，教學(xué)方法采用基礎(chǔ)算法詳細(xì)講解、高級(jí)應(yīng)用以專題講座形式介紹的金字塔式教學(xué)方法，即對(duì)本科生應(yīng)掌握的基本內(nèi)容先詳細(xì)介紹，以便學(xué)生上機(jī)時(shí)可以直接動(dòng)手編程實(shí)現(xiàn)，然后對(duì)后面稍難一些的內(nèi)容采用專題講座的形式，即每次課介紹一個(gè)專題，既有“點(diǎn)”的深度，又有“面”的廣度，點(diǎn)面結(jié)合，相輔相成，以達(dá)到在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)、開闊學(xué)生視野、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的。(1) 從宏觀上介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容及其應(yīng)用領(lǐng)域。(2) 選擇一些常用的、經(jīng)典的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法詳細(xì)介紹。(3

2、)為了加深學(xué)生對(duì)算法實(shí)現(xiàn)過程的理解，強(qiáng)調(diào)理論了解實(shí)際的重要性，通過編程演示算法的實(shí)現(xiàn)結(jié)果，并借助于動(dòng)畫軟件Flash演示算法的執(zhí)行過程。2建議開課學(xué)期：第5學(xué)期3建議教學(xué)形式與教學(xué)方法：多媒體授課二、 各部分重點(diǎn)及難點(diǎn)概述：本課程主要內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容、發(fā)展與應(yīng)用，圖形輸入輸出設(shè)備，圖形顯示原理，圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)，基本圖形生成算法，圖形幾何變換與裁剪，自由曲線和曲面，三維實(shí)體造型，分形幾何造型，分形藝術(shù)，隱藏面消除，光照模型，顏色模型，光線跟蹤，紋理細(xì)節(jié)模擬，常用的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)和軟件等。第1章 緒論主要知識(shí)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容及其與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用主要能

3、力點(diǎn)：通過閱讀文獻(xiàn)了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)軟硬件方面的最新研究進(jìn)展，提高跟蹤學(xué)科前沿能力、把握學(xué)科方向能力、進(jìn)行文獻(xiàn)檢索、文獻(xiàn)閱讀和文獻(xiàn)綜述的能力。主要素質(zhì)點(diǎn)：科研工作人員的基本素質(zhì)把握學(xué)科方向、文獻(xiàn)檢索、閱讀和綜述重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容難點(diǎn)：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系第2章 圖形輸入輸出設(shè)備主要知識(shí)點(diǎn)：交互式計(jì)算機(jī)圖形處理系統(tǒng)的組成，圖形輸入輸出設(shè)備，顯示器分類，光柵掃描圖形顯示原理主要能力點(diǎn)：通過閱讀文獻(xiàn)了解在圖形輸入、輸出設(shè)備方面的最新研究進(jìn)展，提高跟蹤學(xué)科前沿能力、把握學(xué)科方向能力、進(jìn)行文獻(xiàn)檢索、文獻(xiàn)閱讀和文獻(xiàn)綜述的能力。主要素質(zhì)點(diǎn)：科研工作人員的基本素質(zhì)把握學(xué)科方向、文獻(xiàn)檢索、閱讀和

4、綜述重點(diǎn)：光柵掃描圖形顯示原理難點(diǎn)：圖形輸入輸出設(shè)備的工作原理第3章 基本圖形生成算法主要知識(shí)點(diǎn)：直線、圓弧的生成算法（DDA算法、中點(diǎn)算法、Bresenham算法）；掃描線填充算法（有序邊表算法、邊填充算法），種子填充算法（簡(jiǎn)單的種子填充、掃描線種子填充）； 主要能力點(diǎn)：通過對(duì)各種圖形學(xué)算法的設(shè)計(jì)、對(duì)比、分析，提高發(fā)現(xiàn)問題能力、分析問題能力、解決問題能力、創(chuàng)新思維能力。通過編程實(shí)現(xiàn)圖形學(xué)基本算法，提高理論了解實(shí)際、軟件編程與調(diào)試（包括高級(jí)語言應(yīng)用能力、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化描述能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力、了解程序過程的能力）和知識(shí)綜合應(yīng)用能力。主要素質(zhì)點(diǎn)：軟件開發(fā)人員的基本素質(zhì)算法設(shè)計(jì)與比較、軟件編程與

5、調(diào)試、知識(shí)綜合應(yīng)用重點(diǎn)：直線、圓弧的bresenham生成算法，掃描線填充算法，種子填充算法難點(diǎn)：算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與編程實(shí)現(xiàn)第4章 圖形變換與裁剪主要知識(shí)點(diǎn)：齊次坐標(biāo)技術(shù)，二、三維圖形幾何變換；平行投影、透視投影變換；線段的Cohen-Sutherland裁剪、Liang-Basky裁剪算法、多邊形的逐邊裁剪、雙邊裁剪算法； 主要能力點(diǎn)：通過對(duì)各種圖形學(xué)算法的設(shè)計(jì)、對(duì)比、分析，提高發(fā)現(xiàn)問題能力、分析問題能力、解決問題能力、創(chuàng)新思維能力。通過編程實(shí)現(xiàn)圖形學(xué)基本算法，提高理論了解實(shí)際、軟件編程與調(diào)試（包括高級(jí)語言應(yīng)用能力、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化描述能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力、了解程序過程的能力）和知識(shí)綜合應(yīng)

6、用能力。主要素質(zhì)點(diǎn)：軟件開發(fā)人員的基本素質(zhì)算法設(shè)計(jì)與比較、軟件編程與調(diào)試重點(diǎn)：齊次坐標(biāo)技術(shù)，圖形幾何變換，透視投影，多邊形裁剪難點(diǎn)：算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與編程實(shí)現(xiàn)第5章 自由曲線和曲面主要知識(shí)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)綜述，自由型曲線曲面的發(fā)展，參數(shù)曲線基礎(chǔ)，參數(shù)多項(xiàng)式曲線、三次Hermite曲線；Bezier曲線、B樣條曲線及其在汽車、船舶、飛機(jī)等外形設(shè)計(jì)中的應(yīng)用； 主要能力點(diǎn)：通過對(duì)各種圖形學(xué)算法的設(shè)計(jì)、對(duì)比、分析，提高發(fā)現(xiàn)問題能力、分析問題能力、解決問題能力、創(chuàng)新思維能力。通過編程實(shí)現(xiàn)圖形學(xué)基本算法，提高理論了解實(shí)際、軟件編程與調(diào)試（包括高級(jí)語言應(yīng)用能力、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化描述能力、算法設(shè)計(jì)與分析能

7、力、了解程序過程的能力）和知識(shí)綜合應(yīng)用能力。主要素質(zhì)點(diǎn)：軟件開發(fā)人員的基本素質(zhì)算法設(shè)計(jì)與比較、軟件編程與調(diào)試、知識(shí)綜合應(yīng)用重點(diǎn)：Bezier曲線、B樣條曲線的設(shè)計(jì)難點(diǎn)：Bezier曲線、B樣條曲線的反求問題第6章 真實(shí)感圖形顯示主要知識(shí)點(diǎn)：三維真實(shí)感圖像顯示的基本流程、取景變換、隱藏面消除算法和陰影生成的基本原理；基本光照模型、Gouraud明暗處理、Phong明暗處理、光線跟蹤技術(shù)和紋理映射的基本原理； 主要能力點(diǎn)：通過閱讀文獻(xiàn)了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在真實(shí)感圖形顯示方面的最新研究進(jìn)展，提高跟蹤學(xué)科前沿能力、把握學(xué)科方向能力、進(jìn)行文獻(xiàn)檢索、文獻(xiàn)閱讀和文獻(xiàn)綜述的能力。主要素質(zhì)點(diǎn)：科研工作人員的基本素質(zhì)

8、把握學(xué)科方向、文獻(xiàn)檢索、閱讀和綜述重點(diǎn)：隱藏面消除算法，光照模型，光線跟蹤技術(shù)難點(diǎn)：紋理映射第7章 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫主要知識(shí)點(diǎn)：傳統(tǒng)動(dòng)畫與計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的區(qū)別，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的起源、發(fā)展、應(yīng)用以及未來發(fā)展趨勢(shì)，計(jì)算機(jī)輔助二、三維動(dòng)畫的基本整理流程，常用的動(dòng)畫技術(shù)（參數(shù)Keyframe技術(shù)、柔性物體的Morphing技術(shù)、FFD技術(shù)、過程動(dòng)畫技術(shù)、Motion Capture技術(shù)等）， flash動(dòng)畫軟件簡(jiǎn)介； 主要能力點(diǎn)：通過利用動(dòng)畫軟件創(chuàng)意動(dòng)畫作品，進(jìn)行計(jì)算機(jī)藝術(shù)熏陶，提高圖形軟件平臺(tái)的應(yīng)用能力、創(chuàng)新思維能力和友好界面設(shè)計(jì)能力。主要素質(zhì)點(diǎn)：軟件應(yīng)用人員的基本素質(zhì)友好界面設(shè)計(jì)、圖形軟件平臺(tái)的應(yīng)用、創(chuàng)新思維重

9、點(diǎn)：常用的動(dòng)畫技術(shù)和軟件難點(diǎn)：常用的動(dòng)畫技術(shù)第8章 幾何造型基礎(chǔ)主要知識(shí)點(diǎn)：實(shí)體造型系統(tǒng)的發(fā)展，用于規(guī)則形體建模的邊界表示，空間位置枚舉表示、八叉樹表示、單元分解表示、CSG表示、Sweep表示以及特征表示方法；分形幾何學(xué)的起源與發(fā)展，分?jǐn)?shù)維數(shù)的概念，用于非規(guī)則形體建模的隨機(jī)插值模型、迭代函數(shù)系統(tǒng)、L系統(tǒng)、粒子系統(tǒng)、復(fù)迭代等方法；主要能力點(diǎn)：通過對(duì)各種圖形學(xué)算法的設(shè)計(jì)、對(duì)比、分析，提高通過對(duì)各種圖形學(xué)算法的設(shè)計(jì)、對(duì)比、分析，提高發(fā)現(xiàn)問題能力、分析問題能力、解決問題能力、創(chuàng)新思維能力。通過編程實(shí)現(xiàn)圖形學(xué)基本算法，提高理論了解實(shí)際、軟件編程與調(diào)試（包括高級(jí)語言應(yīng)用能力、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化描述能力、算法設(shè)

10、計(jì)與分析能力、了解程序過程的能力）和知識(shí)綜合應(yīng)用能力。主要素質(zhì)點(diǎn)：軟件開發(fā)人員的基本素質(zhì)算法設(shè)計(jì)與比較、軟件編程與調(diào)試、知識(shí)綜合應(yīng)用重點(diǎn)：三維實(shí)體的表示方法，分形幾何造型的基本方法難點(diǎn)：分形藝術(shù)三、參考教材1 李東、孫長(zhǎng)嵩、蘇小紅，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)用教程，人民郵電出版社，2004年10月。2 美David F.Rogers，石教英，彭群生等譯，Procedural Elements for computer graphics(Second Edition)，機(jī)械工業(yè)出版社，2002年。四、實(shí)驗(yàn)安排五、作業(yè)安排由于本課是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門學(xué)科，但由于課程計(jì)劃未安排上機(jī)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，因此，課程作業(yè)要求學(xué)生

11、利用業(yè)余時(shí)間上機(jī)完成，不固定設(shè)計(jì)要求，讓學(xué)生根據(jù)老師所講內(nèi)容自己設(shè)計(jì)程序的界面以及所包含的功能，程序設(shè)計(jì)語言也任選，讓學(xué)生根據(jù)自己能力大小自由發(fā)揮，這樣不僅可以給學(xué)生自由創(chuàng)造的空間，還可以避免學(xué)生相互之間的抄襲現(xiàn)象。具體作業(yè)內(nèi)容如下：1）上機(jī)編程實(shí)現(xiàn)一個(gè)圖形學(xué)基本算法；算法可在如下內(nèi)容中選擇，也可以進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)：¨ 任意指定一個(gè)起始點(diǎn)坐標(biāo)和終止點(diǎn)坐標(biāo)，用DDA直線生成算法畫出該直線¨ 任意指定一個(gè)起始點(diǎn)坐標(biāo)和終止點(diǎn)坐標(biāo)，用DDA圓生成算法畫出該直線¨ 任意指定一個(gè)起始點(diǎn)坐標(biāo)和終止點(diǎn)坐標(biāo)，用Bresenham直線生成算法畫出該直線¨ 任意指定一個(gè)起始點(diǎn)坐標(biāo)

12、和終止點(diǎn)坐標(biāo)，用Bresenham圓生成算法畫出該直線¨ 任意指定一個(gè)多邊形和多邊形區(qū)域內(nèi)的一個(gè)種子點(diǎn)，用邊填充算法對(duì)該多邊形進(jìn)行填充¨ 任意指定一個(gè)多邊形和多邊形區(qū)域內(nèi)的一個(gè)種子點(diǎn)，用有序邊表填充算法對(duì)該多邊形進(jìn)行填充¨ 任意指定一個(gè)多邊形和多邊形區(qū)域內(nèi)的一個(gè)種子點(diǎn)，用簡(jiǎn)單的種子填充算法對(duì)該多邊形進(jìn)行填充，注意多邊形區(qū)域不能指定太大¨ 任意指定一個(gè)多邊形和多邊形區(qū)域內(nèi)的一個(gè)種子點(diǎn)，用掃描線種子填充算法對(duì)該多邊形進(jìn)行填充¨ 以屏幕中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，任意指定一個(gè)多邊形，對(duì)該多邊形進(jìn)行平移、放縮、旋轉(zhuǎn)、對(duì)稱、錯(cuò)切等幾何變換，并顯示變換前后的多邊形&#

13、168; 任意指定一個(gè)矩形窗口和一個(gè)待裁剪的線段，用Cohen- Sutherland裁剪算法對(duì)該線段進(jìn)行裁剪，畫出裁剪后的線段¨ 任意指定一個(gè)矩形窗口和一個(gè)待裁剪的線段，用Liang-Basky裁剪算法對(duì)該線段進(jìn)行裁剪，畫出裁剪后的線段¨ 任意指定一個(gè)矩形窗口和一個(gè)待裁剪的多邊形，用逐邊裁剪算法對(duì)該多邊形進(jìn)行裁剪，畫出裁剪后的多邊形¨ 任意指定一個(gè)多邊形窗口和一個(gè)待裁剪的多邊形，用雙邊裁剪算法對(duì)該多邊形進(jìn)行裁剪，畫出裁剪后的多邊形¨ 任意指定多邊形控制頂點(diǎn)，畫出逼近這個(gè)控制多邊形的Bezier曲線¨ 任意指定多邊形控制頂點(diǎn)，畫出逼近這個(gè)控制多邊形的B樣條曲線¨ 任意選擇一種方法編成實(shí)現(xiàn)一個(gè)分形圖形2）用flash整理一個(gè)簡(jiǎn)單的卡通動(dòng)畫片，或者將圖形學(xué)算法的執(zhí)行過程或原理，用flash動(dòng)畫演示出來；六、考題設(shè)計(jì)閉卷考試適合考察學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的記憶能力，而本課程屬于專業(yè)基礎(chǔ)課，重在考察學(xué)生算法的設(shè)計(jì)能力、軟件編程與調(diào)試能力、圖形軟件平臺(tái)的應(yīng)用能力以及知識(shí)綜合應(yīng)用能力，因此，本