(新)计算机图形学课程教学大纲
《计算机图形学》课程教学大纲
一、课程基本信息
课程代码：110053
课程名称：计算机图形学
英文名称：Computer Graphics
课程类别：专业课
学时：72
学分：3.5
适用对象：信息与计算科学专业本科生
考核方式：考试（平时成绩占总成绩的30%）
先修课程：高级语言程序设计、数据结构、高等代数
二、课程简介
中文简介：
计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图形的学科。它的重要性体现在人们越来越强烈地需要和谐的人机交互环境：图形用户界面已经成为一个软件的重要组成部分，以图形的方式来表示抽象的概念或数据已经成为信息领域的一个重要发展趋势。通过本课程的学习，使学生掌握计算机图形学的基本原理和基本方法，理解图形绘制的基本算法，学会初步图形程序设计。
英文简介：
Computer Graphics is the subject which concerned with how computer builds， processes and shows graphics. Its importance has been shown in people’s more and more intensively need for harmony human-machine interface. Graphics user interface has become an important part of software. It is a significant trend to show abstract conception or data in graphics way. Through the learning of this course, students could master Computer Graphics’basic theories and methods，understand graphics basic algorithms and learn how to design basic graphics program.
三、课程性质与教学目的
《计算机图形学》是信息与计算科学专业的一门主要专业课。通过本课程的学习，使学生掌握基本的二、三维的图形的计算机绘制方法，理解光栅图形生成基本算法、几何造型技术、真实感图形生成、图形标准与图形变换等概念和知识。学会图形程序设计的基本方法，为图形算法的设计、图形软件的开发打下基础。
四、教学内容及要求
第一章绪论
(一)目的与要求
1.掌握计算机图形学的基本概念；
2.了解计算机图形学的发展、应用；
3.掌握图形系统的组成。
(二)教学内容
第一节计算机图形学的概念
1．主要内容
计算机图形学的概念及其与其它学科之间的关系。
2．基本概念和知识点
计算机图形学的概念。
3. 问题与应用（能力要求）
理解计算机图形学的概念。
第二节计算机图形学的发展
1．主要内容
计算机图形学的发展过程。
2．基本概念和知识点
计算机图形学的发展过程。
3. 问题与应用（能力要求）
了解计算机图形学的发展过程。
第三节计算机图形学的应用
1．主要内容
计算机图形学的应用。
2．基本概念和知识点
计算机图形学的应用。
3. 问题与应用（能力要求）
了解计算机图形学的应用。
第四节常用的图形输入/输出设备
1．主要内容
常用的图形输入/输出设备。
2．基本概念和知识点
常用的图形输入/输出设备。
3. 问题与应用（能力要求）
了解常用的图形输入/输出设备。
第五节计算机图形系统
1．主要内容
计算机图形系统。
2．基本概念和知识点
计算机图形系统。
3. 问题与应用（能力要求）
了解计算机图形系统。
(三)实践环节与课后练习
无。
(四)教学方法与手段
课堂板书结合PowerPoint电子教案讲授。
第二章光栅图形学
（一）目的与要求
1．理解三个常用直线生成算法；
2．理解圆的特征、掌握中点画圆法；
3．理解和掌握多边形的扫描转换、区域填充算法；
4．了解点阵字符、矢量字符、字符属性；
5．理解直线段裁剪、多边形裁剪、字符裁剪；
6．了解提高分辨率、区域采样、加权区域采样技术；
7．了解消隐的分类、消除隐藏线、消除隐藏面算法。
（二）教学内容
第一节直线段的扫描转换算法（3学时）
1．主要内容
三个常用直线生成算法。
2. 基本概念和知识点
三个常用算法：数值微分法（DDA(Digital differential
analyzer)）、中点画线法、Bresenham 算法。
3.问题与应用（能力要求）
理解三个常用直线生成算法。
第二节圆弧的扫描转换算法
1．主要内容
圆的特征、中点画圆法。
2．基本概念和知识点
圆的特征、中点画圆法。
3.问题与应用（能力要求）
理解圆的特征、掌握中点画圆法。
第三节多边形的扫描转换算法与区域填充
1．主要内容
多边形的扫描转换、区域填充算法。
2．基本概念和知识点
多边形的扫描转换、区域填充算法。
3.问题与应用（能力要求）
理解和掌握多边形的扫描转换、区域填充算法。
第四节字符
1．主要内容
点阵字符、矢量字符、字符属性。
2．基本概念和知识点
点阵字符、矢量字符、字符属性。
3．问题与应用（能力要求）
了解点阵字符、矢量字符、字符属性。
第五节裁剪
1．主要内容
直线段裁剪、多边形裁剪、字符裁剪。
2．基本概念和知识点
直线段裁剪、多边形裁剪、字符裁剪。
3．问题与应用（能力要求）
理解直线段裁剪、多边形裁剪、字符裁剪。
第六节反走样
1．主要内容
提高分辨率、区域采样、加权区域采样。
2．基本概念和知识点
提高分辨率、区域采样、加权区域采样。
3．问题与应用（能力要求）
了解提高分辨率、区域采样、加权区域采样技术。
第七节消隐
1．主要内容
消隐的分类、消除隐藏线、消除隐藏面。
2．基本概念和知识点
消隐的分类、消除隐藏线、消除隐藏面。
3．问题与应用（能力要求）
了解消隐的分类、消除隐藏线、消除隐藏面算法。
（三）课后练习
此部分应布置一至两次至少四道题的课后习题，内容可覆盖直线和圆弧DDA算法、直线段裁剪、多边形裁剪。
（四）教学方法与手段
课堂板书结合PowerPoint电子教案讲授。
第三章几何造型技术
（一）目的与要求
1.理解Bézier曲线的定义和性质、掌握二、三次Bézier曲线、n
次Bézier曲线应用及变型；
2.理解和掌握数据拟合与最小二乘法、多项式插值及参数化；
3.了解参数连续和几何连续概念、二次参数样条曲线、三次参数样
条曲线；
4.理解B样条曲线定义与性质、了解二次和三次B样条曲线及其应
用、非均匀B样条曲线、参数曲线段的一般递推式；
5.了解矩阵域上的 Bézier 曲面、三角域上的 Bézier 曲面、Bé
zier 曲面拼接应用；
6.了解双三次Coons曲面、布尔和形式的Coons曲面；
7.了解B样条曲面一般形式、三种双三次参数曲面片等价表示。（二）教学内容
第一节 Bézier 曲线
1．主要内容
Bézier曲线的定义和性质、二、三次Bézier曲线、n次B
ézier曲线应用及变型。
2．基本概念和知识点
Bézier曲线的定义和性质、二、三次Bézier曲线、n次Bé
zier曲线应用及变型。
3．问题与应用（能力要求）
理解Bézier曲线的定义和性质、掌握二、三次Bézier曲线、
n次Bézier曲线应用及变型。
第二节拟合、插值与样条概念
1．主要内容
数据拟合与最小二乘法、多项式插值及参数化。
2．基本概念和知识点
数据拟合与最小二乘法、多项式插值及参数化。
3．问题与应用（能力要求）
理解和掌握数据拟合与最小二乘法、多项式插值及参数化。
第三节二、三次参数样条曲线
1．主要内容
参数连续和几何连续概念、二次参数样条曲线、三次参数样
条曲线。
2．基本概念和知识点
参数连续和几何连续概念、二次参数样条曲线、三次参数样
条曲线。
3．问题与应用（能力要求）
了解参数连续和几何连续概念、二次参数样条曲线、三次参
数样条曲线。
第四节 B样条曲线
1．主要内容
B样条曲线定义与性质、二次和三次B样条曲线及其应用、
非均匀B样条曲线、参数曲线段的一般递推式。
2．基本概念和知识点
定义与性质、二次和三次B样条曲线及其应用、非均匀B样
条曲线、参数曲线段的一般递推式。
3．问题与应用（能力要求）
理解B样条曲线定义与性质、了解二次和三次B样条曲线及
其应用、非均匀B样条曲线、参数曲线段的一般递推式。
*第五节 Bézier 曲面及其拼接（自学）
1．主要内容
矩阵域上的 Bézier 曲面、三角域上的 Bézier 曲面、Bé
zier 曲面拼接应用。
2．基本概念和知识点
矩阵域上的 Bézier 曲面、三角域上的 Bézier 曲面、Bé
zier 曲面拼接应用。
3．问题与应用（能力要求）
了解矩阵域上的 Bézier 曲面、三角域上的 Bézier 曲面、
Bézier 曲面拼接应用。
*第六节 Coons 曲面（自学）
1．主要内容
双三次Coons曲面、布尔和形式的Coons曲面。
2．基本概念和知识点
双三次Coons曲面、布尔和形式的Coons曲面。
3．问题与应用（能力要求）
了解双三次Coons曲面、布尔和形式的Coons曲面。
*第七节 B样条曲面（自学）
1．主要内容
B样条曲面一般形式、三种双三次参数曲面片等价表示，
NURBS曲线与曲面。
2．基本概念和知识点
B样条曲面一般形式、三种双三次参数曲面片等价表示。
3．问题与应用（能力要求）
了解B样条曲面一般形式、三种双三次参数曲面片等价表示。
（三）实践环节与课后练习
此部分应布置一至两次至少四道题的课后习题，内容可覆盖Bézier曲线、B样条曲线、Bézier 曲面、B样条曲面等。
（四）教学方法与手段
课堂板书结合PowerPoint电子教案讲授。
第四章真实感图形学
（一）目的与要求
1.理解颜色的基本概念、三色学说、CIE色度图、掌握常用的颜色
模型；
2.掌握光照相关知识、Phong光照明模型、增量式光照明模型、阴
影的生成；
3.了解局部光照明的理论基础、局部光照明模型；
4.了解纹理相关概念、二维纹理域的映射、三维纹理域的映射、几
何纹理；
5.了解透明效果的简单模拟、Whitted 光透射模型、Hall 光透射
模型、简单光反射透射模型；
6.了解光线跟踪算法，辐射度方法、实时真实感图形学技术。（二）教学内容
第一节颜色视觉
1．主要内容
颜色的基本概念、三色学说、CIE色度图、常用的颜色模型。
2．基本概念和知识点
基本概念、三色学说、CIE色度图、常用的颜色模型。
3．问题与应用（能力要求）
理解颜色的基本概念、三色学说、CIE色度图、掌握常用的颜色
模型。
第二节简单光照明模型
1．主要内容
光照相关知识、Phong光照明模型、增量式光照明模型、阴影的
生成。
2．基本概念和知识点
光照相关知识、Phong光照明模型、增量式光照明模型、阴影的
生成。
3．问题与应用（能力要求）
掌握光照相关知识、Phong光照明模型、增量式光照明模型、阴
影的生成。
第三节局部光照明模型
1．主要内容
局部光照明的理论基础、局部光照明模型。
2．基本概念和知识点
局部光照明的理论基础、局部光照明模型。
3．问题与应用（能力要求）
了解局部光照明的理论基础、局部光照明模型。
第四节纹理及纹理映射
1．主要内容
纹理相关概念、二维纹理域的映射、三维纹理域的映射、几何纹
理。
2．基本概念和知识点
纹理概述、二维纹理域的映射、三维纹理域的映射、几何纹理。
3．问题与应用（能力要求）
了解纹理相关概念、二维纹理域的映射、三维纹理域的映射、几
何纹理。
*第五节光透射模型（自学）
1．主要内容
透明效果的简单模拟、Whitted 光透射模型、Hall 光透射模型、
简单光反射透射模型。
2．基本概念和知识点
透明效果的简单模拟、Whitted 光透射模型、Hall 光透射模型、
简单光反射透射模型。
3．问题与应用（能力要求）
了解透明效果的简单模拟、Whitted 光透射模型、Hall 光透射
模型、简单光反射透射模型。
*第六节整体光照明模型（自学）
1．主要内容
光线跟踪算法，辐射度方法、实时真实感图形学技术。
2．基本概念和知识点
光线跟踪算法，辐射度方法、实时真实感图形学技术。
3．问题与应用（能力要求）
了解光线跟踪算法，辐射度方法、实时真实感图形学技术。
（三）实践环节与课后练习
此部分应布置至少二道题的课后习题，内容至少覆盖纹理映射以及光线跟踪。
（四）教学方法与手段
课堂板书结合PowerPoint电子教案讲授。
第五章图形标准
（一）目的与要求
熟悉OpenGL程序结构、基本几何元素、坐标变换和光照处理；了解
VRML。
（二）教学内容