計算機圖形學(xué) 教學(xué)大綱

第頁計算機圖形學(xué)一、課程說明課程編號：090238Z10課程名稱：計算機圖形學(xué)/ComputerGraphics課程類別：選修課學(xué)時/學(xué)分：32/2先修課程：高等數(shù)學(xué)A1（130701X10，130701X20）、線性代數(shù)（130711X10）適用專業(yè)：計算機科學(xué)與技術(shù)教材、教學(xué)參考書：1.《計算機圖形學(xué)》（第三版中譯本），(美)赫恩(DonaldHearn)/(美)M.PaulineBaker，電子工業(yè)出版社2.《OpenGL編程指南》（第7版）\o"DaveShreiner"(美)DaveShreiner，機械工業(yè)出版社，2010二、課程設(shè)置的目的意義計算機圖形學(xué)是為計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)設(shè)立的拓展知識體系的專業(yè)選修課，課程的設(shè)置目的是讓學(xué)生通過課程的修習(xí)，掌握計算機圖形學(xué)的基本概念和基本算法，了解現(xiàn)代圖形流水線和3D圖形工業(yè)，培養(yǎng)用程序設(shè)計解決工程問題的能力，培養(yǎng)對工程問題進行數(shù)學(xué)建模的能力，與產(chǎn)業(yè)界的知識體系與技能需求對接，為今后從事相關(guān)行業(yè)的研究和開發(fā)工作奠定基礎(chǔ)。三、課程的基本要求知識：了解計算機圖形學(xué)的基本概念，掌握計算機圖形學(xué)必備的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，了解圖形學(xué)流水線的基本知識；掌握幾何建模的基本知識；掌握渲染的基本技術(shù)；掌握圖形學(xué)的基本編程技術(shù)；掌握OpenGL等標(biāo)準(zhǔn)庫的基本使用方法；建立圖形學(xué)程序的基本思維方式；形成計算機圖形學(xué)的基本知識結(jié)構(gòu)。能力：能夠使用數(shù)學(xué)工具，對工程中的圖形學(xué)問題進行建模；能夠采用幾何建模、渲染技術(shù)，解決圖形學(xué)中相關(guān)的工程問題；能夠開發(fā)圖形學(xué)程序；在程序設(shè)計、計算機圖形學(xué)、數(shù)學(xué)建模的交叉知識的討論和應(yīng)用中培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高分析、發(fā)現(xiàn)、研究和解決問題的能力。素質(zhì)：建立數(shù)學(xué)模型-數(shù)據(jù)表達-圖形學(xué)技術(shù)的綜合觀念；建立問題驅(qū)動的思維方式；通過合作開發(fā)，培養(yǎng)團隊合作意識和領(lǐng)導(dǎo)組織能力；通過課外導(dǎo)學(xué)的模式，提升自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，形成不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的素質(zhì)。四、教學(xué)內(nèi)容、重點難點及教學(xué)設(shè)計章節(jié)教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時學(xué)時分配教學(xué)重點教學(xué)難點教學(xué)方案設(shè)計（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）講課(含研討)實踐第1章計算機圖形學(xué)概述2講課1研討101.圖形學(xué)概念；2.圖形學(xué)的應(yīng)用；3.圖形學(xué)的發(fā)展歷史；4.圖形學(xué)技術(shù)分類；教學(xué)思路：使用圖形學(xué)在產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀的資料，介紹圖形學(xué)概論。多媒體（視頻、交互圖形程序）展示圖形學(xué)的應(yīng)用；小組討論；第2章三維圖形表達2講課1.5研討0.501.三維圖形表達對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的要求；2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路；3.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣評價；4.現(xiàn)有的三維圖形表達數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；5.在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的基本操作；三維圖形表達的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)思路：采用目標(biāo)驅(qū)動的方式，對多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行討論和比較，探討各種任務(wù)的算法復(fù)雜度。基于小組討論的啟發(fā)式教學(xué)；多媒體材料展示圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作；第3章圖形學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)2講課1研討101.矢量的基本運算；2.基于矢量運算的投影、求交算法；3、重心坐標(biāo)；基于矢量的投影、求交算法教學(xué)思路：通過實例，討論圖形學(xué)中各類典型問題的數(shù)學(xué)模型，講解相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。課程講授；習(xí)題答疑；第4章OpenGL編程基礎(chǔ)2講課1研討101.OpenGL編程環(huán)境；2.OpenGL語法；3.OpenGL機制；4.界面編程；1.OpenGL語法2.OpenGL機制教學(xué)思路：通過程序設(shè)計實例，展示圖形學(xué)編程的基本技術(shù)，講解OpenGL的原理和基本用法。程序設(shè)計演示；現(xiàn)場編程練習(xí)；第5章三維觀察2講課201.頂點變換；2.三維變換的數(shù)學(xué)表達；三維變換的數(shù)學(xué)表達教學(xué)思路：通過現(xiàn)實世界照相機與OpenGL機制的對比，講解三維觀察的基本原理。多媒體課堂講授；第6章OpenGL程序設(shè)計2講課0.5研討1.501.模型觀察程序的代碼框架；2.簡單模型的繪制；3.三維變換交互的程序?qū)崿F(xiàn)；1.模型觀察程序的代碼框架；2.簡單模型的繪制；3.三維變換交互的程序?qū)崿F(xiàn)教學(xué)思路：通過復(fù)雜的圖形學(xué)編程任務(wù)，講解圖形學(xué)程序的基本開發(fā)技術(shù)和思想。程序設(shè)計演示；現(xiàn)場編程練習(xí)；第7章紋理貼圖2講課1.5研討0.501.紋理貼圖的目的；2.紋理貼圖的數(shù)學(xué)模型；3.紋理映射程序?qū)崿F(xiàn)；紋理映射的程序?qū)崿F(xiàn)教學(xué)思路：從直觀理解、數(shù)學(xué)模型、程序?qū)崿F(xiàn)三個層次，逐步加深對紋理映射的認(rèn)識。程序設(shè)計演示；現(xiàn)場編程練習(xí)；第8章自由曲線4講課3研討101.自由曲線造型概論；2.參數(shù)樣條表達；3.Bezier曲線；4.B樣條曲線；5.NURBS曲線；6.OpenGL曲線繪制1.Bezier曲線；2.B樣條曲線；3.NURBS曲線；4.OpenGL曲線繪制教學(xué)思路：由任務(wù)驅(qū)動，講解自由曲線的必要性和設(shè)計理念，深入到它的表達和性質(zhì)，并編程實現(xiàn)。多媒體課堂講授；程序設(shè)計演示；現(xiàn)場編程練習(xí)；第9章自由曲面2講課201.參數(shù)曲面設(shè)計基本概念；2.Bezier曲面；3.B樣條曲面；4.NURBS曲面1.Bezier曲面；2.B樣條曲面；3.NURBS曲面教學(xué)思路：結(jié)合紋理貼圖與自由曲線設(shè)計，講解自由曲面擴展。課堂講授第10章B樣條曲線繪制程序設(shè)計2講課0.5研討1.501.B樣條曲線繪制程序設(shè)計1.B樣條曲線繪制程序設(shè)計教學(xué)思路：深入分析B樣條曲線的性質(zhì)和算法復(fù)雜度，討論其快速繪制方法。程序設(shè)計演示；現(xiàn)場編程練習(xí)；第11章真實感繪制2講課1研討101.真實感繪制的要素2.OpenGL繪制機制與真實感繪制的區(qū)別；3.光線跟蹤概述；4.光照明模型概述1.OpenGL繪制機制與真實感繪制的區(qū)別；2.光線跟蹤概述；教學(xué)思路：介紹當(dāng)前真實感繪制的最新進展和應(yīng)用，通過實例介紹真實感繪制的要素和關(guān)鍵技術(shù)。課堂講授；互動程序演示；小組討論；第12章光照明模型2講課1.5研討0.501.簡單光照明模型；2.明暗處理；3.全局光照明模型；4.光線跟蹤1.簡單光照明模型；2.全局光照明模型；3.光線跟蹤教學(xué)思路：通過對不同光照明模型的對比分析，展示光照明模型的各個部分與關(guān)鍵因素，深入分析其物理機制。代碼講解；小組討論；第13章光線求交與加速數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2講課201.光線與場景對象求交；2.加速數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；1.光線與場景對象求交；2.加速數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；教學(xué)思路：采用任務(wù)驅(qū)動的思路，從算法復(fù)雜度入手，分析光線求交與加速數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本技術(shù)。多媒體課堂講授；第14章光線跟蹤大型程序演示與聯(lián)系4講課1研討301.光線跟蹤過程演示；2.光線跟蹤程序框架；3.求交程序?qū)崿F(xiàn)；4.加速程序?qū)崿F(xiàn)；1.光線跟蹤程序框架；2.求交程序?qū)崿F(xiàn)；3.加速程序?qū)崿F(xiàn)；教學(xué)思路：注重實際工程能力，講解大型作業(yè)中的技術(shù)難點。代碼講解；現(xiàn)場編程練習(xí)；注：實踐包括實驗、上機等五、實踐教學(xué)內(nèi)容和基本要求實踐教學(xué)內(nèi)容和基本要求（課外進行，課內(nèi)考核）：1.基于OpenGL的三維模型觀察程序設(shè)計；要求：在給定程序框架的基礎(chǔ)上，進行程序設(shè)計；完成載入三維模型文件、繪制三維模型、三維交互等基本功能；2.B樣條曲線繪制程序設(shè)計要求：用C語言和OpenGL開發(fā)B樣條曲線繪制程序，完成載入B樣條曲線文件、繪制任意4次B樣條曲線等功能；3.光線跟蹤程序設(shè)計要求：在給定程序框架的基礎(chǔ)上，進行程序設(shè)計；完成簡單模型光線求交；光照明模型；光線跟蹤加速等功能；六、考核方式及成績評定根據(jù)課程類型、課程性質(zhì)、課程內(nèi)容及特點，確定適合的考核內(nèi)容、考核方式及成績評定?？己藘?nèi)容重點考核學(xué)生獲取知識的能力、應(yīng)用所學(xué)知識分析問題和解決問題能力、實踐動手能力和創(chuàng)新能力等；考核方式采用多種形式（筆試、口試、答辯、測驗、論文等）、多個階段（平時測試、作業(yè)測評、課外