1、計算機(jī)圖形學(xué)實驗教學(xué)大綱課程代碼：COMS2017課程名稱：計算機(jī)圖形學(xué) 英文名稱：Computer Graphics 實驗室名稱：計算機(jī)信息系統(tǒng)實驗室課程學(xué)時：54 實驗學(xué)時：18一、本課程實驗教學(xué)目的與要求1、實驗教學(xué)目的（1）加深理解和更好掌握計算機(jī)圖形的生成技術(shù)和生成各種平面圖形和簡單立體圖形的基本算法，掌握圖形填充、裁剪、圖形變換及圖形消隱等計算機(jī)圖形處理的基本方法；（2）鞏固所學(xué)知識、激發(fā)實驗興趣、掌握實驗要領(lǐng)，培養(yǎng)對計算機(jī)圖形學(xué)課程所學(xué)知識融會貫通和綜合運用的能力，初步具備在圖形學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行研究的能力；（3）提高學(xué)生的編程能力，加強分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)； （4）了解和掌握O

2、penGL三維圖形程序設(shè)計的基本流程和實現(xiàn)應(yīng)用技巧，能獨立編寫相應(yīng)的圖形生成程序，完成指定的實驗任務(wù)。2、實驗要求本課程主要設(shè)置二種層次的實驗：（1）基本驗證編程（2）綜合編程實驗。整個實驗過程包括預(yù)習(xí)、選擇實驗習(xí)題，編程設(shè)計、撰寫實驗報告提交報告，供教師進(jìn)行批閱。利用本課程提供的教學(xué)資源，在規(guī)定時間內(nèi)，獨立完成算法；實驗結(jié)束，學(xué)生應(yīng)認(rèn)真分析和整理實驗結(jié)果，并撰寫實驗報告。二、主要儀器設(shè)備及現(xiàn)有臺套數(shù) 學(xué)生根據(jù)各個實驗的目的和要求，1人1組，每人提供一臺計算機(jī)。編程環(huán)境：TurboC2.0 或者OpenGL或者VC或者Java編程環(huán)境三、實驗課程內(nèi)容和學(xué)時分配該實驗課是非獨立課程，課時數(shù)是18

3、，其中必開的實驗是14課時，另外4課時可從下表中的選開實驗中選擇。序號實驗項目名稱目的、要求實驗內(nèi)容學(xué)時分配實驗類型每組人數(shù)必開、選開1實驗環(huán)境的熟悉及像素點的生成1）熟悉編程環(huán)境；2）了解光柵圖形顯示器的特點，了解計算機(jī)繪圖的特點；3）利用相關(guān)編程語言作為開發(fā)平臺設(shè)計程序，實現(xiàn)像素點的生成算法。1）了解和使用開發(fā)環(huán)境。2）熟悉開發(fā)環(huán)境的基本編輯命令及功能，學(xué)會常規(guī)窗口操作；熟悉常用功能菜單命令。3）學(xué)習(xí)完整的圖形程序開發(fā)過程。4）理解簡單的圖形程序結(jié)構(gòu)。5）了解和使用編程語言提供的基本圖形函數(shù)。6）了解光柵圖形顯示器的特點及利用計算機(jī)繪圖函數(shù)。7）像素點的生成。2基礎(chǔ)性1必開2直線的掃描轉(zhuǎn)換

4、1）掌握Bresenham算法編程繪制直線2）掌握數(shù)值微分算法編程繪制直線1）了解直線生成原理。2）掌握幾種基本的直線生成算法：DDA畫線法、Bresenham畫線法。3）實現(xiàn)直線生成的DDA和Bresenham算法，在屏幕上任意生成一條直線。2基礎(chǔ)設(shè)計性1必開3圓生成算法的實現(xiàn)1）理解圓生成的基本原理，2）掌握幾種常見的圓生成算法，3）利用TurboC或OpenGL實現(xiàn)圓生成的中點畫圓算法和Bresenham畫圓算法。1）利用中點畫圓算法，在屏幕上生成任意一段1/8圓弧。2）利用Bresenham畫圓算法，在屏幕上生成任意一段1/8圓弧。3）利用圖的對稱性，將第1）和2）題生成的圓弧擴(kuò)展為一

5、個整圓。2設(shè)計性1必開4曲線生成算法的實現(xiàn)1）掌握三次Bezier曲線的繪制2）掌握二次B樣條曲線的繪制3）實現(xiàn)n次Bezier曲線的繪制1)了解曲線生成的原理。2)掌握曲線生成算法(三次樣條曲線、Bezier曲線、B樣條曲線)。3)實現(xiàn)Bezier曲線的生成算法，在屏幕上任意繪制一條二次Bezier曲線。4)實現(xiàn)Bezier曲線的生成算法，在屏幕上任意繪制一條三次Bezier曲線。2設(shè)計性1選開5區(qū)域填充的實現(xiàn)1）理解區(qū)域的表示和類型，能正確區(qū)分四連通和八連通的區(qū)域，2）了解區(qū)域填充的實現(xiàn)原理，3）利用TurboC實現(xiàn)區(qū)域填充的遞歸算法。1）利用畫線函數(shù)，在屏幕上定義一個封閉區(qū)域。2）利用種

6、子填充算法填充第1）題中定義的區(qū)域。2設(shè)計性1必開6二維剪裁的實現(xiàn)1）了解二維剪裁的原理（點的剪裁、直線的剪裁、曲線和文字的剪裁），2）實現(xiàn)直線的剪裁算法。1）了解點的剪裁。2）理解直線剪裁的原理。3）了解曲線和文字的剪裁。4）實現(xiàn)直線的編碼裁剪算法，在屏幕上用一個封閉矩形裁剪任意一條直線。2基礎(chǔ)設(shè)計性1必開7多邊形裁減1） 通過本次實驗要求學(xué)生掌握多邊形區(qū)域掃描線填充的有序邊表算法的基本原理和算法設(shè)計。2） 要求畫出算法實現(xiàn)的程序流程圖，實現(xiàn)算法，并演示。1）實現(xiàn)多邊形區(qū)域掃描線填充的有序邊表算法，設(shè)計相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如鏈表結(jié)構(gòu)、結(jié)點結(jié)構(gòu)等），2）將實現(xiàn)的算法應(yīng)用于任意多邊形的填充，3）注意

7、多邊形的頂點應(yīng)由鍵盤輸入或鼠標(biāo)拾取，填充要準(zhǔn)確，不能多填也不能少填。2基礎(chǔ)設(shè)計性1必開8圖形幾何變換（二維、三維變換）的實現(xiàn)1）進(jìn)一步掌握理解二維、三維變換的數(shù)學(xué)知識、變換原理、變換種類、變換方法；2）進(jìn)一步理解采用齊次坐標(biāo)進(jìn)行二維、三維變換的必要性；3）實現(xiàn)二維、三維圖形的基本變換和復(fù)合變換。1)理解使用齊次坐標(biāo)進(jìn)行圖形變換的必要性變換的連續(xù)性，使復(fù)合變換得以實現(xiàn)。2)掌握二維、三維圖形基本變換的原理和數(shù)學(xué)公式。3)實現(xiàn)二維、三維圖形的基本變換和復(fù)合變換，在屏幕上顯示變換結(jié)果。2基礎(chǔ)設(shè)計性1必開9簡單光照明模型的實現(xiàn)1）了解簡單光照模型的基本原理，2）實現(xiàn)物體的真實感圖形。1)了解簡單光照模

8、型的基本原理。2)模擬物體的簡單光照效果，在屏幕上任意繪制30個小球的真實感圖形。2基礎(chǔ)設(shè)計性1選開10交互式技術(shù)1）了解常用的交互式繪圖技術(shù)，2）掌握簡單的橡皮筋技術(shù)和菜單技術(shù)。1）實現(xiàn)直線的橡皮筋技術(shù)繪制；2）菜單是交互式操作中非常好用的一種技術(shù)。定義一個菜單至少有2個步驟。第一步，確定菜單中有哪些菜單項，即菜單中要顯示哪些字符串。第二步，把特定的動作與行為“綁定”在一起。當(dāng)用戶松開將彈出一個菜單的鼠標(biāo)鍵時，鼠標(biāo)所在那一行的標(biāo)識符就會傳遞給菜單回調(diào)函數(shù)。2設(shè)計性1選開11設(shè)計一個簡單的圖形系統(tǒng)1）綜合應(yīng)用所學(xué)計算機(jī)圖形學(xué)知識解決實際問題，開發(fā)簡單圖形系統(tǒng)。2）加深對所學(xué)算法的理解及其在實際

9、環(huán)境中的應(yīng)用。3）本實驗對學(xué)生要求較高，學(xué)生至少應(yīng)該能夠明確程序的流程，并能將前面幾次實驗的成果融合到本系統(tǒng)中。1）可以使用MFC類庫編程實現(xiàn)，或者將前述幾次實驗的算法封裝成類再結(jié)合MFC編程實現(xiàn)。2）要求該圖形系統(tǒng)要能繪制簡單的圖形（直線、圓、多邊形等），3）并能實現(xiàn)圖形的拖放，縮放，簡單的圖形變換以及簡單的交互式繪圖。參考實驗步驟：確定系統(tǒng)功能，劃分功能模塊確定各主要功能模塊的算法，如果使用前幾次實驗的結(jié)果，則需考慮如何修改前幾次實驗的算法，并對他們進(jìn)行封裝（封裝成類）確定系統(tǒng)的布局（工作區(qū)、工具欄、菜單等），設(shè)計工具欄及菜單確定消息響應(yīng)機(jī)制，確定菜單中繪圖命令及工具欄的響應(yīng)函數(shù)，同時確定

10、各函數(shù)的內(nèi)部算法編程實現(xiàn)上述功能，注意每添加一個功能就應(yīng)測試一次程序。2綜合設(shè)計性1選開四、考核方式1、實驗報告：本門課程實驗對實驗報告的要求（應(yīng)包括對報告內(nèi)容的要求）（1）完整敘述實驗內(nèi)容和要求（2）提出具體的設(shè)計，說明核心算法，（3）附上完整的源代碼和實驗結(jié)果（4）分析實驗結(jié)果2、考核方式實驗課程考核為綜合評分制。實驗總成績由平時成績和期末測試成績兩部分組成。實驗課成績占課程總成績30%。A：平時成績（50分）1）課前準(zhǔn)備、預(yù)習(xí)（10分）2）實驗態(tài)度（5分）3）檢查源代碼（20分）4）實驗報告（15分）B：期末測試成績（50分）期末測試由實驗指導(dǎo)教師根據(jù)課程特點設(shè)計若干個綜合性較強的實驗作

11、為考試內(nèi)容，由學(xué)生抽簽定題。最后的成績由主考教師參照不同實驗的要求和內(nèi)容，進(jìn)行綜合評價。五、實驗教材、參考書1、教材：編者.書名.出版社.出版年份唐澤圣，計算機(jī)圖形學(xué)，清華大學(xué)出版社，2、參考書：（1）孫家廣等.計算機(jī)圖形學(xué)（第三版），清華大學(xué)出版社，1998年版（2）Foley J，Dam A V，F(xiàn)undamentals of Interactive Computer Graphics，Addison-Wesley ，1982（3）Foley J，Dam A V，F(xiàn)einer S，Hughes J，Phillips R.Computer Graphics；Principles and Practice.2nd Ed