計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 教學(xué)大綱

第頁(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)一、課程說(shuō)明課程編號(hào)：090238Z10課程名稱：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)/ComputerGraphics課程類別：選修課學(xué)時(shí)/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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教材、教學(xué)參考書：1.《計(jì)算機(jī)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(jī)械工業(yè)出版社，2010二、課程設(shè)置的目的意義計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)設(shè)立的拓展知識(shí)體系的專業(yè)選修課，課程的設(shè)置目的是讓學(xué)生通過(guò)課程的修習(xí)，掌握計(jì)算機(jī)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(jì)解決工程問(wèn)題的能力，培養(yǎng)對(duì)工程問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的能力，與產(chǎn)業(yè)界的知識(shí)體系與技能需求對(duì)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(shí)：了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念，掌握計(jì)算機(jī)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(shí)；掌握幾何建模的基本知識(shí)；掌握渲染的基本技術(shù)；掌握?qǐng)D形學(xué)的基本編程技術(shù)；掌握OpenGL等標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)。能力：能夠使用數(shù)學(xué)工具，對(duì)工程中的圖形學(xué)問(wèn)題進(jìn)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(wèn)題；能夠開發(fā)圖形學(xué)程序；在程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)學(xué)建模的交叉知識(shí)的討論和應(yīng)用中培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提高分析、發(fā)現(xiàn)、研究和解決問(wèn)題的能力。素質(zhì)：建立數(shù)學(xué)模型-數(shù)據(jù)表達(dá)-圖形學(xué)技術(shù)的綜合觀念；建立問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的思維方式；通過(guò)合作開發(fā)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和領(lǐng)導(dǎo)組織能力；通過(guò)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(shí)，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(diǎn)難點(diǎn)及教學(xué)設(shè)計(jì)章節(jié)教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)分配教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）講課(含研討)實(shí)踐第1章計(jì)算機(jī)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(dá)2講課1.5研討0.501.三維圖形表達(dá)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的要求；2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路；3.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣評(píng)價(jià)；4.現(xiàn)有的三維圖形表達(dá)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(dá)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教學(xué)思路：采用目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的方式，對(duì)多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論和比較，探討各種任務(wù)的算法復(fù)雜度?；谛〗M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(yùn)算；2.基于矢量運(yùn)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(guò)實(shí)例，討論圖形學(xué)中各類典型問(wèn)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(yǔ)法；3.OpenGL機(jī)制；4.界面編程；1.OpenGL語(yǔ)法2.OpenGL機(jī)制教學(xué)思路：通過(guò)程序設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)演示；現(xiàn)場(chǎng)編程練習(xí)；第5章三維觀察2講課201.頂點(diǎn)變換；2.三維變換的數(shù)學(xué)表達(dá)；三維變換的數(shù)學(xué)表達(dá)教學(xué)思路：通過(guò)現(xiàn)實(shí)世界照相機(jī)與OpenGL機(jī)制的對(duì)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(jì)2講課0.5研討1.501.模型觀察程序的代碼框架；2.簡(jiǎn)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(jiǎn)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(guò)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(jì)演示；現(xiàn)場(chǎng)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(gè)層次，逐步加深對(duì)紋理映射的認(rèn)識(shí)。程序設(shè)計(jì)演示；現(xiàn)場(chǎng)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(dá)；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(dòng)，講解自由曲線的必要性和設(shè)計(jì)理念，深入到它的表達(dá)和性質(zhì)，并編程實(shí)現(xiàn)。多媒體課堂講授；程序設(shè)計(jì)演示；現(xiàn)場(chǎng)編程練習(xí)；第9章自由曲面2講課201.參數(shù)曲面設(shè)計(jì)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(jì)，講解自由曲面擴(kuò)展。課堂講授第10章B樣條曲線繪制程序設(shè)計(jì)2講課0.5研討1.501.B樣條曲線繪制程序設(shè)計(jì)1.B樣條曲線繪制程序設(shè)計(jì)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(jì)演示；現(xiàn)場(chǎng)編程練習(xí)；第11章真實(shí)感繪制2講課1研討101.真實(shí)感繪制的要素2.OpenGL繪制機(jī)制與真實(shí)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(jī)制與真實(shí)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(shí)感繪制的最新進(jìn)展和應(yīng)用，通過(guò)實(shí)例介紹真實(shí)感繪制的要素和關(guān)鍵技術(shù)。課堂講授；互動(dòng)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(jiǎn)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(jiǎn)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(guò)對(duì)不同光照明模型的對(duì)比分析，展示光照明模型的各個(gè)部分與關(guān)鍵因素，深入分析其物理機(jī)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(chǎng)景對(duì)象求交；2.加速數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；1.光線與場(chǎng)景對(duì)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(dòng)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(guò)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(shí)際工程能力，講解大型作業(yè)中的技術(shù)難點(diǎn)。代碼講解；現(xiàn)場(chǎng)編程練習(xí)；注：實(shí)踐包括實(shí)驗(yàn)、上機(jī)等五、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和基本要求實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和基本要求（課外進(jìn)行，課內(nèi)考核）：1.基于OpenGL的三維模型觀察程序設(shè)計(jì)；要求：在給定程序框架的基礎(chǔ)上，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；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(jì)要求：用C語(yǔ)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(jì)要求：在給定程序框架的基礎(chǔ)上，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；完成簡(jiǎn)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(jī)?cè)u(píng)定根據(jù)課程類型、課程性質(zhì)、課程內(nèi)容及特點(diǎn)，確定適合的考核內(nèi)容、考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定?？己藘?nèi)容重點(diǎn)考核學(xué)生獲取知識(shí)的能力、應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力、實(shí)踐動(dòng)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(cè)驗(yàn)、論文等）、多個(gè)階段（平時(shí)測(cè)試、作業(yè)測(cè)評(píng)、課外