ADDINCNKISM.UserStyle《計算機(jī)圖形學(xué)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程號2023S04102開課單位網(wǎng)絡(luò)空間安全與計算機(jī)學(xué)院課程名稱（中文）計算機(jī)圖形學(xué)（英文）ComputerGraphic課程性質(zhì)選修考核類型考試課程學(xué)分2課程學(xué)時34課程類別專業(yè)發(fā)展課程（專業(yè)拓展課）先修課程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)適用專業(yè)（類）人工智能二、課程描述及目標(biāo)（一）課程簡介計算機(jī)圖形學(xué)是關(guān)于計算機(jī)圖形技術(shù)的科學(xué)，它是研究用計算機(jī)生成、處理和輸出圖形的一門新興學(xué)科，是CAD/CAM技術(shù)以及信息化設(shè)計、制造及圖像處理的重要技術(shù)基礎(chǔ)。本課程著重研究怎樣將工程技術(shù)人員獲得的數(shù)據(jù)、幾何模型等信息或設(shè)計思想用計算機(jī)數(shù)字化模型和圖形表達(dá)，是工程技術(shù)人員表達(dá)和交流設(shè)計思想和信息的一門現(xiàn)代化工具課程。本課程是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科學(xué)生素質(zhì)拓展選修課程，目的是為學(xué)生的課程的主要任務(wù)是學(xué)習(xí)計算機(jī)圖形學(xué)的基本原理和基礎(chǔ)知識；學(xué)習(xí)應(yīng)用高級語言編制圖形程序的基本方法和技能；學(xué)習(xí)各種基本圖形生成算法；學(xué)習(xí)常用的圖形變換和圖形處理算法；培養(yǎng)開發(fā)圖形程序的基本能力。課程將為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及相關(guān)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等奠定重要的基礎(chǔ)。（二）教學(xué)目標(biāo)通過本課程，學(xué)生將掌握圖形學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容，包括基礎(chǔ)圖形繪制、圖形的變換、三維圖形向二維圖形的轉(zhuǎn)化、圖形裁剪、基本插值方法以及基本曲線繪制等內(nèi)容，了解基本曲面繪制、圖形的運(yùn)算等內(nèi)容。課程內(nèi)容目標(biāo)包括以下幾方面：課程目標(biāo)1：了解計算機(jī)圖形學(xué)基本概念，歷史發(fā)展以及與相關(guān)學(xué)課之間的聯(lián)系。課程目標(biāo)2：掌握直線掃描轉(zhuǎn)換算法，并且能夠根據(jù)直線與圓方程的關(guān)系，能夠做出圓的掃描轉(zhuǎn)換算法，最后能夠利用兩種轉(zhuǎn)換掃描算法做出具有一定意義的圖形。課程目標(biāo)3：掌握圖形變換基本理論，能夠根據(jù)圖像變換理論對圖像進(jìn)行變換。課程目標(biāo)4：掌握曲線、曲線基礎(chǔ)知識，能夠繪制曲線。三、課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)權(quán)重2-1：能運(yùn)用相關(guān)科學(xué)原理，識別和判斷計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)課程目標(biāo)20.34-1：能夠基于計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)相關(guān)科學(xué)原理，通過文獻(xiàn)研究或相關(guān)方法，調(diào)研和分析計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中復(fù)雜工程問題的解決方案課程目標(biāo)30.25-1：了解計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域復(fù)雜工程中常用的技術(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具、現(xiàn)代信息技術(shù)工具和相關(guān)輔助軟件的使用原理和方法，并理解其局限性課程目標(biāo)40.212-1：能在最廣泛的技術(shù)變革背景下，認(rèn)識到自主和終身學(xué)習(xí)的必要性課程目標(biāo)10.3四、教學(xué)方式與方法教學(xué)方式：課堂講授、課堂討論、實(shí)驗(yàn)等。教學(xué)方法：理論與實(shí)踐相結(jié)合的任務(wù)和目標(biāo)驅(qū)動教學(xué)方式。在基本原理和基本方法的指導(dǎo)下，以實(shí)現(xiàn)計算機(jī)圖形學(xué)的基本功能為教學(xué)任務(wù)和目標(biāo)，用一個階段性的任務(wù)和目標(biāo)來引導(dǎo)學(xué)習(xí)，使其貫穿整個教學(xué)過程。通過完成階段性的任務(wù)，使學(xué)生逐步掌握計算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、基本原理和基本方法，培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)字圖像處理解決實(shí)際問題的能力。五、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)（一）教學(xué)重點(diǎn)本課程教學(xué)的重點(diǎn)為基本圖形基元的繪制、區(qū)域填充方法、圖形變換、圖形投影、投影理論、曲線表示、多項式插值、貝塞爾曲線以及B樣條曲線繪制等。（二）教學(xué)難點(diǎn)本課程教學(xué)的難點(diǎn)為基本圖形基元繪制、圖形變換、圖形投影理論、曲線表示、多項式插值、貝塞爾曲線和B樣條曲線繪制。六、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配序號教學(xué)內(nèi)容基本要求學(xué)時教學(xué)方式對應(yīng)課程目標(biāo)1第1章緒論及圖形學(xué)的基礎(chǔ)：圖形學(xué)概念、研究內(nèi)容、起源、與模式識別、數(shù)字圖像處理等學(xué)課之間的關(guān)系；掌握圖形學(xué)概念、研究內(nèi)容；了解圖形學(xué)的起源，發(fā)展方向。了解與其他相關(guān)學(xué)課之間的關(guān)系。2講授課程目標(biāo)12第2章圖形基元的繪制DDA直線畫法；中點(diǎn)直線畫法，Breshenham直線畫法；中點(diǎn)圓畫法，Breshenham圓畫法；橢圓畫法。線型的處理方法；區(qū)域填充方法：多邊形掃描轉(zhuǎn)換算法，種子點(diǎn)填充方法以及其他填充算法。掌握直線掃描轉(zhuǎn)換算法：DDA直線掃描算法，中點(diǎn)直線算法以及Breshenham直線畫法。掌握直線圓畫法、Breshenham圓畫法；了解橢圓的畫法；解線型的類型以及處理方法。掌握區(qū)域填充方法：區(qū)域增長方法，多邊形掃描轉(zhuǎn)換算法8講授演示課程目標(biāo)13第3章圖形變換：變換的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：向量、矩陣運(yùn)算，齊次坐標(biāo)表示方法。二維圖像的變換：平移、尺度以及旋轉(zhuǎn)變換。三維圖像的變換：平移、尺度以及旋轉(zhuǎn)變換，并說明三維圖形變換和二維圖像變換的異同；投影變換：投影的分類：平行投影概念、分類以及實(shí)現(xiàn)過程；透視投影的相關(guān)概念，分類以及實(shí)現(xiàn)過程。透視投影和平行投影之間的聯(lián)系以及相互轉(zhuǎn)化方式。裁剪的目的、意義；C-S裁剪算法的過程。熟練掌握圖形變換的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：包括向量、矩陣、矩陣的各種運(yùn)算及性質(zhì)等。熟練掌握二維圖形變換：平移、尺度以及旋轉(zhuǎn)變換。掌握三維圖形的變換。理解投影相關(guān)分類，掌握平行投影的數(shù)學(xué)模型、透視投影的分類以及投影實(shí)現(xiàn)過程。理解裁剪的目的、意義。掌握C-S裁剪算法，了解其他裁剪算法。8講授演示課程目標(biāo)24第4章曲線基礎(chǔ)和插值計算：參數(shù)化方程表示方法，及其發(fā)展；插值及相關(guān)概念；Language插值及其生成過程；Hermite插值及其生成過程；三次規(guī)范化Hermite生成過程；Coons曲面生成過程。深入理解參數(shù)化方程表示方法；理解插值、參數(shù)連續(xù)性、幾何連續(xù)性以及逼近等概念；掌握Lagrange插值過程，能夠推導(dǎo)出Lagrange插值；掌握Hermite插值過程，能夠推導(dǎo)出三次Hermite標(biāo)準(zhǔn)化插值過程。了解Coons曲面形成過程。6講授演示課程目標(biāo)35第5章曲線生成貝塞爾曲線定義，相應(yīng)基函數(shù)定義，基函數(shù)的性質(zhì)，貝塞爾曲線的性質(zhì)；貝塞爾曲線的繪制；貝塞爾曲線的升階；B樣條曲線的定義，B樣條曲線與貝塞爾曲線的異同，B樣條曲線的基函數(shù)定義及特征；B樣條曲線的繪制過程；均勻B樣條曲線的求解過程。掌握貝塞爾曲線定義、數(shù)學(xué)表達(dá)、曲線的性質(zhì)和基函數(shù)的性質(zhì)；能夠利用工具進(jìn)行貝塞爾曲線的繪制；了解貝塞爾曲線的拼接與升階；掌握B樣條曲線的定義、性質(zhì)、基函數(shù)的性質(zhì)；能夠利用工具進(jìn)行均勻B樣條曲線的繪制；了解B樣條曲面的定義。6講授課程目標(biāo)46第6章圖形運(yùn)算、形體表示以及真實(shí)感繪制線段求交計算；多邊形表面的交線計算；包含算法；二維形體的邊界表示；圖形的四叉樹表示；真實(shí)感繪制：漫反射模型，陰影處理、紋理處理了解圖形運(yùn)算：線段焦點(diǎn)運(yùn)算，多邊形包含運(yùn)算等；了解形體表示：邊界表示方法，四叉樹表示方法；基本了解真實(shí)感圖像繪制概念及內(nèi)容：漫反射及光源，紋理，陰影以及相關(guān)照明模型等。4講授課程目標(biāo)4合計34七、學(xué)業(yè)評價和課程考核（一）考核類型：t考試考查（二）考核方式：開卷考試t閉卷考試課程論文課程報告其它：（三）成績評定：考核依據(jù)建議分值（百分比）考核/評價細(xì)則對應(yīng)課程目標(biāo)過程考核30%出勤9%考勤情況作業(yè)9%完成情況，正確性。課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4表現(xiàn)12%課堂表現(xiàn)、學(xué)習(xí)態(tài)度等期末考核70%以期末卷面成績?yōu)橐罁?jù)。課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3課程目標(biāo)4八、課程目標(biāo)達(dá)成評價課程目標(biāo)的實(shí)際達(dá)成效果計算方式如下，達(dá)成值越高，教學(xué)效果越好。課程目標(biāo)達(dá)成度畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度九、教材與教學(xué)參考書（一）教材1.《計算機(jī)圖形學(xué)實(shí)用教程》，蘇小紅等著，人民郵電出版社，2020，第四版。（二）教學(xué)參考書1.《ComputerGraphics(CVersion)》，DonaldHearn，M.PaulineBaker，PrenticeHall，1997。2