《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程教學(xué)大綱

《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程教學(xué)大綱課程編碼：412013課程名稱：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)英文名稱：COMPUTERGRAPHICS開課學(xué)期：3學(xué)時(shí)/學(xué)分：30/1.5課程類型：公共選修課開課專業(yè)：理工類專業(yè)本科生選用教材：王秀英主編：《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》校內(nèi)教材主要參考書：1、孫家廣主編：《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》，高教出版社1998年出版2、陸潤民主編：《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教程》，清華大學(xué)出版社2003年出版3、焦永和主編：《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教程》，北京理工大學(xué)出版社2004年出版4、孫正興主編：《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)教程》，清華大學(xué)出版社2004年出版5、郭啟全主編：《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教程》，機(jī)械工業(yè)出版社2004年出版一、課程性質(zhì)、目的與任務(wù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是二十世紀(jì)60年代初期，結(jié)合古老的圖學(xué)理論和嶄新的計(jì)算機(jī)技術(shù)而產(chǎn)生的一門新興學(xué)科。它不僅涉及到有關(guān)計(jì)算機(jī)的理論與技術(shù)，而且也綜合了數(shù)學(xué)、幾何學(xué)、工程圖學(xué)、算法語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、工業(yè)造型等多門學(xué)科，因此可稱之為一門邊緣學(xué)科或交叉學(xué)科。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)不僅是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）與計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）的重要組成部分，同時(shí)也是企業(yè)管理、科學(xué)研究、教學(xué)、生產(chǎn)等行業(yè)開展工作的一種有力工具。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與其他相關(guān)科學(xué)和技術(shù)互相滲透、互相補(bǔ)充、互相促進(jìn)，構(gòu)成了高科技群體的飛速發(fā)展新局面。因此，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是當(dāng)前科技領(lǐng)域的前沿學(xué)科、熱門學(xué)科，具有廣闊的發(fā)展前景。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，是一門研究如何利用計(jì)算機(jī)生成、存儲和處理圖形信息的理論與方法的學(xué)科，也就是研究用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖形之間相互轉(zhuǎn)換的方法和技術(shù)。本課程是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，其主要目的是使學(xué)生獲得在計(jì)算機(jī)圖形生成與處理方面的基本理論和基本方法，培養(yǎng)學(xué)生能夠應(yīng)用計(jì)算機(jī)來解決在科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)與制造中有關(guān)圖形處理的能力，在圖形學(xué)理論與算法方面的科研能力，應(yīng)用高級繪圖軟件及對其進(jìn)行二次開發(fā)的能力，并具有開發(fā)大型通用或?qū)Ｓ美L圖軟件的能力，為后續(xù)的課程學(xué)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)，以至于畢業(yè)后的工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。二、教學(xué)基本要求為配合理論教學(xué)，本課程采用應(yīng)用廣泛、可移植性好、適于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的算法語言講授有關(guān)程序設(shè)計(jì)部分。由于靜態(tài)繪圖是基礎(chǔ)，交互繪圖是在靜態(tài)繪圖基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，故本課程講授是以靜態(tài)繪圖為主，講授基本原理與基本算法，同時(shí)講授交互計(jì)算機(jī)繪圖的方法與技術(shù)。講授內(nèi)容應(yīng)豐富、由淺入深、循序漸進(jìn)；著重從理論與實(shí)踐的結(jié)合上闡述問題，力求概念清楚、方法具體、舉例恰當(dāng)。講授中的內(nèi)容除指定所用教材外，要不斷擴(kuò)充反映當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形領(lǐng)域的最新成果、最新方法和技術(shù)。5．為培養(yǎng)學(xué)生圖形處理能力，在教學(xué)過程中應(yīng)為學(xué)生提供大量可上機(jī)實(shí)踐的繪圖練習(xí)。三、各章節(jié)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配第一章緒論（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的概念、國內(nèi)外計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展概況、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的學(xué)科領(lǐng)域及研究內(nèi)容、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用及發(fā)展趨向和計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的構(gòu)成。教學(xué)內(nèi)容計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的概念及發(fā)展概況概念發(fā)展概況計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的范疇及研究內(nèi)容計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的范疇計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究內(nèi)容第三節(jié)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用及發(fā)展趨向第四節(jié)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)圖形系統(tǒng)的基本功能圖形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)三、圖形硬件設(shè)備考核要求了解：本部分內(nèi)容。第二章繪圖基礎(chǔ)（3學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求本章的教學(xué)目的是使學(xué)生了解繪圖程序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、繪圖函數(shù)及其調(diào)用格式，掌握繪圖函數(shù)的用法，能正確使用繪圖函數(shù)，學(xué)會繪制簡單圖形。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)算法語言簡介第二節(jié)常用庫函數(shù)與圖形函數(shù)第三節(jié)圖形系統(tǒng)的控制和管理第四節(jié)基本繪圖函數(shù)第五節(jié)圖形屬性控制與填充第六節(jié)應(yīng)用舉例考核要求了解：程序設(shè)計(jì)和上機(jī)操作的基本方法與步驟。理解：常用庫函數(shù)的調(diào)用方法和參數(shù)作用。掌握：圖形函數(shù)的調(diào)用方法，能編程繪制簡單圖形。第三章平面圖形程序設(shè)計(jì)（3學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)繪圖的基本原理，掌握繪圖程序設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，并能夠繪制二維平面圖形。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)直線圖形一、繪制虛線二、繪制點(diǎn)畫線三、一筆畫圖形四、畫菱形第二節(jié)圓及正多邊形一、圓的程序設(shè)計(jì)二、正多邊形三、橢圓第三節(jié)繪制函數(shù)曲線一、直角坐標(biāo)系下函數(shù)曲線的繪制二、極坐標(biāo)系下函數(shù)曲線的繪制第四節(jié)平面圖形程序設(shè)計(jì)一、模塊化繪圖程序設(shè)計(jì)方法二、拼圖設(shè)計(jì)考核要求了解：計(jì)算機(jī)繪圖的基本原理理解：模塊化繪圖程序設(shè)計(jì)方法掌握：平面圖形的程序設(shè)計(jì)方法第四章圖形變換（10學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)全面了解圖形及立體的各種變換的基本原理與計(jì)算方法，掌握常用的變換矩陣，掌握二維圖形變換程序設(shè)計(jì)和投影變換程序設(shè)計(jì)方法。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)窗口視圖變換第三節(jié)二維圖形的幾何變換一、基本變換二、平移變換三、旋轉(zhuǎn)變換四、組合變換第四節(jié)二維圖形變換程序設(shè)計(jì)第五節(jié)三維圖形的幾何變換第六節(jié)投影變換一、投影變換分類二、三面正投影變換三、正軸測投影變換四、斜軸測投影變換五、透視投影變換考核要求了解：各種變換的基本原理。理解：各種變換的基本原理與計(jì)算方法。掌握：常用的變換矩陣，二維圖形變換程序設(shè)計(jì)和投影變換程序設(shè)計(jì)方法。第五章曲線及曲面（4學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解曲線、曲面擬合的概念，常用的曲線擬合法。應(yīng)重點(diǎn)掌握均勻B樣條曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式及曲線程序設(shè)計(jì)方法與步驟。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)曲線擬合的概念一、曲線分類二、有關(guān)術(shù)語三、曲線擬合解決的問題四、常用的曲線擬合法第二節(jié)貝齊爾曲線一、貝齊爾曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式二、貝齊爾曲線的性質(zhì)三、貝齊爾曲線的拼接第三節(jié)B樣條曲線一、均勻B樣條曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式二、二次均勻B樣條曲線的性質(zhì)三、三次均勻B樣條曲線第四節(jié)曲線程序設(shè)計(jì)方法考核要求了解：曲線、曲面擬合的概念理解：貝齊爾曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式、均勻B樣條曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式掌握：曲線程序設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)生成曲線第六章真實(shí)圖形（4學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解真實(shí)感圖形的生成過程與基本原理，了解常用圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式；學(xué)會用圖形的三表結(jié)構(gòu)描述三維立體，了解常用的消隱算法，能夠應(yīng)用外法線消隱算法與三表結(jié)構(gòu)處理凸多面體的消隱問題，并編程實(shí)現(xiàn)。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的提出二、常用圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第三節(jié)外法線消除隱藏線方法一、外法線消隱的基本原理及算法二、外法線消隱算法的程序設(shè)計(jì)考核要求了解：真實(shí)感圖形的生成概念與基本原理，常用圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式。理解：三表結(jié)構(gòu)描述三維立體基本原理，各種消隱算法掌握：用外法線消隱算法與三表結(jié)構(gòu)處理凸多面體的消隱問題，并編程實(shí)現(xiàn)。第七章交互技術(shù)及用戶接口（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)了解在圖形系統(tǒng)中交互技術(shù)及用戶接口的作用和價(jià)值，理解和掌握各種交互技術(shù)的具體內(nèi)容及交互式用戶接口的設(shè)計(jì)方法。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)交互任務(wù)第二節(jié)交互技術(shù)第三節(jié)交互輸入控制方式第四節(jié)交互式用戶接口的設(shè)計(jì)考核要求了解：交互技術(shù)及用戶接口的作用和價(jià)值。理解：各種交互技術(shù)的具體內(nèi)容及交互式用戶接口的設(shè)計(jì)方法。掌握：初步掌握交互技術(shù)及交互式用戶接口的設(shè)計(jì)方法第八章計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)化（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求本章是介紹圖形軟件設(shè)計(jì)使用方法標(biāo)準(zhǔn)化方面的基本概念與基本知識，使學(xué)生了解如何解決應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化問題，將為后續(xù)學(xué)習(xí)圖形軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)，從事CAD、CAE、CAM科研工作奠定基礎(chǔ)。教學(xué)內(nèi)容概述第二節(jié)幾種圖形標(biāo)準(zhǔn)介紹第三節(jié)Step產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)第四節(jié)三維CAD制圖標(biāo)準(zhǔn)考核要求了解：計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)化的概念和作用。四、考核方式：考查考查形式：筆試（開卷）50%、上機(jī)作業(yè)50%成績評定：按“優(yōu)”“良”“中”“及格”和“不及格”五級五、上機(jī)、作業(yè)、輔導(dǎo)等教學(xué)環(huán)節(jié)要求：1、計(jì)算機(jī)編程上機(jī)實(shí)踐的內(nèi)容與基本要求：（共16學(xué)時(shí),課內(nèi)6學(xué)時(shí),課外10學(xué)時(shí)）（1）平面圖形繪制（2學(xué)時(shí)）（2）圖形變換（2學(xué)時(shí)）（3）曲線設(shè)計(jì)和真實(shí)感圖形繪制（2學(xué)時(shí)）