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理論類課程大綱
課程名稱:計算機圖形學
一、課程概況
所屬專業: 自動化 開課單位： 物理與電子信息學院
課程類型: 專業方向課程 課程代碼: 0845470
開課學期: 5 學分： 2.5
學時： 34 核心課程: 否
擬使用教材：
蔡士杰等譯，《計算機圖形學》，電子工業出版社，2012 年
國內(外)現有教材：
蔡士杰等譯，《計算機圖形學》，電子工業出版社，2012 年
學習參考資料
[1] 孫家廣等著，《計算機圖形學》，清華大學出版社，1999 年
[2] 李軍，徐波 等譯，《OPENGL 編程指南》，機械工業出版社，
2010 年
.
二、課程描述（300 字以內）
本門課程是電子信息類、自動化類等專業方向課，為學習后續課程準備必要
的計算機圖形學知識，主要培養學生掌握圖形學理論基礎知識和圖形程序設計方
法、培養三維圖形編程技能、引領學生初步具備解決繪制三維圖形界面、繪制真
實感三維圖形等方面的知識和能力，課程的主要內容包括圖形渲染流水線、掃描
轉換算法、裁剪算法、二維及三維圖形繪制、投影變換等。
三、課程目標
掌握計算機圖形學基礎知識，掌握扎實的圖形程序編制技能，初步具備解決
工程實際問題的能力。具有綜合運用計算機圖形學的基礎理論和技術手段，分析
并解決圖形及顯示技術問題的能力。具有創新意識，具備對新圖形界面顯示技術、
新圖形編程開發技術進行研究、開發和設計的初步能力。
四、教學要求
授課教師將按照學校本科教學工作有關要求做好課程教學各項工作，嚴格按
照課表規定的時間、地點上課，不遲到、不早退，將根據本大綱要求，認真備課
完成教案與講稿編寫等各項課前準備工作；授課過程力求內容充實、概念準確、
思路清晰、詳略得當、邏輯性強、重難點突出，力戒平鋪直敘、照本宣科，同時
重視對學生的學習方法指導和課堂教學效果信息的反饋，實現教與學的雙向互
動；同時將結合課程目標要求，做好考核內容設計，并嚴格按照本大綱要求做好
出勤率統計、作業評價等各項工作。
學習是大學生自己的責任和義務，學生應根據課程大綱要求制定本門課程學
習計劃，加強學業管理，嚴格自我要求，提升自主學習能力，主動適應課程學習
要求。參與課堂教學活動不遲到、不早退，無正當理由不請假，上課認真聽講，
不做任何與課堂教學無關事宜，不使用手機，積極與授課教師進行教學互動，同
時利用課余時間做好預習、復習、課外書籍閱讀等工作，主動與同學開展合作學
習，認真完成任課教師布置的課程作業。
五、考核方式及要求
為實現課程教學目標，本門課程考核方式及要求為：出勤率及課程作業占
10%，點到不少于 3 次，其中缺席 1 次，按無成績計算；隨堂測驗 1 次，測驗成
績按 10%折算后計入總成績；實驗成績按 20%折算后計入總成績；期末考試為
卷面考試，占總成績的 60%。
六、課程內容
第一章：緒論
（授課時間：第五學期第 1 周）
教學目標：通過本章教學，使學生掌握圖形學的基本概念，了解圖形學的發展歷
史及應用領域，了解圖形學的研究熱點。
教學重點：圖形與圖像、圖形屬性、計算機圖形學研究內容、計算機圖形學發展
歷史、計算機圖形學同其他學科之間的關系。
教學難點：圖形學的研究對象和研究方法、應用領域及研究熱點。
學 時：課堂教學 2 學時，課外自主學習時間不少于 2 學時
教學方法：講授法、演示法
主要內容：（1）圖形學的相關概念；
（2）圖形學的發展歷史
（3）圖形學的應用領域
（4）圖形學的研究熱點
學習方法：小組討論
課后作業：
1.什么是圖形？什么是圖像？
2.計算機圖形學研究的方法同圖像處理的研究方法有什么不同？
在下周課前提交.
第二章：圖形設備與系統
（授課時間：第五學期第 2,3 周）
教學目標：通過本章教學，使學生了解常用的圖形輸入及輸出設備，掌握圖形顯
示器的基本原理，了解圖形的軟件標準。
教學重點：光柵掃描顯示系統的原理，彩色幀緩沖存儲器原理。
教學難點：顯示系統的硬件結構及原理，圖形系統的軟件標準，opengl 編程。
學 時：課堂教學 4 學時，課外自主學習時間不少于 4 學時
教學方法：講授法、演示法
主要內容：（1）圖形顯示設備；
（2）隨機掃描顯示系統
（3）圖形系統的軟件
（4）坐標表示
（5）Opengl 簡介
學習方法：小組討論
課后作業：
1.請在自己的機器上配置 opengl 開發環境，并編寫一個簡單的圖形繪制程序。
在下周課前提交.
第三章：圖元輸出
（授課時間：第五學期第 4,5,6 周）
教學目標：通過本章教學，使學生了解圖元輸出的基本概念，掌握 DDA 直線繪
制算法，掌握 Bresenham 及中點繪制算法。
教學重點：掃描轉換算法的原理。
教學難點：DDA 直線繪制算法；Bresenham 算法；中點繪制算法；填充圖元
學 時：課堂教學 6 學時，課外自主學習時間不少于 6 學時
教學方法：講授法、演示法
主要內容：（1）圖元的基本概念
（2）點的繪制
（3）直線掃描轉換算法
（4）圓的掃描轉換算法
（5）填充圖元
（6）字符生成
（7）Opengl 簡介
學習方法：小組討論
課后作業：
1.請設計實現一個拋物線的掃描轉換算法。
在下周課前提交.
第四章：圖元的屬性
（授課時間：第五學期第 7,8 周）
教學目標：通過本章教學，使學生了解圖元屬性的基本概念，掌握顏色及灰度的
概念、掌握填充區屬性及填充算法。
教學重點：顏色信息的存儲方式；填充算法。
教學難點：掃描線填充算法；遞歸填充算法
學 時：課堂教學 4 學時，課外自主學習時間不少于 4 學時
教學方法：講授法、演示法
主要內容：（1）圖元屬性及參數
（2）顏色和灰度
（3）直線屬性
（4）曲線屬性
（5）字符屬性
（6）填充區屬性及填充算法
一、掃描線填充算法 二、遞歸填充算法
（7）反走樣
學習方法：小組討論
第五章：幾何變換
（授課時間：第五學期第 9,10,11 周）
教學目標：通過本章教學，使學生了解幾何變換的概念，掌握基本的幾何變換及
其矩陣表示，掌握復合變換方法。
教學重點：幾何變換原理，基本幾何變換與復合變換
教學難點：幾何變換的矩陣表示；齊次坐標表示；變換的復合；三維的旋轉變換。
學 時：課堂教學 4 學時，課外自主學習時間不少于 4 學時
教學方法：講授法、演示法
主要內容：（1）幾何變換的概念
（2）二維幾何變換
一、基本變換 二、矩陣表示 三、復合變換 四、其他變換 五、
坐標系變換 六、變換的光柵方法
（3）三維幾何變換
一、基本的三維變換矩陣 二、三維反射及錯切變換 三、復合變
換的實現 四、OPENGL 變換函數
學習方法：小組討論
第六章：二維觀察
（授課時間：第五學期第 12,13 周）
教學目標：通過本章教學，使學生掌握二維觀察流水線的概念，熟練掌握二維裁
剪算法。
教學重點：二維觀察流水線
教學難點：世界坐標系、設備坐標系及規范化坐標系的概念；二維線段裁剪算法；
學 時：課堂教學 4 學時，課外自主學習時間不少于 4 學時
教學方法：講授法、演示法
主要內容：（1）二維觀察流水線
一、裁剪窗口 二、視口
（2）二維裁剪
一、點裁剪 二、線段裁剪 三、區域裁剪 四、文字裁剪
學習方法：小組討論
第七章：三維觀察
（授課時間：第五學期第 14 周）
教學目標：通過本章教學，使學生掌握三維觀察流水線的概念，掌握三維投影變
換方法。
教學重點：三維觀察流水線
教學難點：三維平行投影和透視投影變換，投影變換矩陣的確定。
學 時：課堂教學 2 學時，課外自主學習時間不少于 2 學時
教學方法：講授法、演示法
主要內容：（1）三維顯示方法
（2）三維觀察流水線
（3）三維觀察坐標
（4）三維投影變換
一、投影分類 二、斜平行投影變換矩陣 三、透視投影變換矩陣
（5）三維觀察體
（6）三維裁剪
學習方法：小組討論
第八章：三維物體表示
（授課時間：第五學期第 15 周）
教學目標：通過本章教學，使學生掌握三維對象表示的基本方法，了解多邊形表
面及曲線曲面的表示方法、了解分形的基本概念。
教學重點：三維物體表示方法
教學難點：貝塞爾曲線的表示方法；四叉樹及八叉樹的概念。
學 時：課堂教學 2 學時，課外自主學習時間不少于 2 學時
教學方法：講授法、演示法
主要內容：（1）三維對象的表示方法
（2）多邊形表面
（3）貝塞爾曲線
一、貝塞爾曲線構造公式 二、貝塞爾曲線舉例 三、貝塞爾曲線
特征
（4）立體造型
（5）八叉樹
（6）分形簡介
學習方法：小組討論
第九章：可見面檢測
（授課時間：第五學期第 16 周）
教學目標：通過本章教學，使學生了解可見面的概念，了解后向面檢測方法，了
解深度緩沖算法、A-緩沖算法等相關算法。
教學重點：可見面概念及可見面檢測算法
教學難點：后向面檢測、深度緩沖算法、掃描線算法。
學 時：課堂教學 2 學時，課外自主學習時間不少于 2 學時
教學方法：講授法、演示法
主要內容：（1）可見面檢測方法的分類
（2）后向面檢測
（3）可見面檢測算法
一、深度緩沖算法 二、A-緩沖算法 三、掃描線算法 四、深度-
排序算法
學習方法：小組討論
第十章：光照模型和表面渲染方法
（授課時間：第五學期第 17 周）
教學目標：通過本章教學，使學生掌握基本的光照模型及表面繪制方法。
教學重點：光照模型原理
教學難點：基本的光照模型及相關的 OPENGL 函數。
學 時：課堂教學 2 學時，課外自主學習時間不少于 2 學時
教學方法：講授法、演示法
主要內容：（1）光源
一、點光源 二、平行光 三、匯聚光
（2）基本光照模型
（3）表面繪制方法
（4）OPENGL 函數
學習方法：小組討論
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