辽宁石油化工大学计算机与通信工程学院.doc

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1、辽宁石油化工大学计算机与通信工程学院授课教案 2009 2010 学年第 2 学期课程名称 计算机图形学（双语） 专业班级 计算机0701-0703班（数字媒体技术方向） 理论学时 32 实验学时 16 学分 3 主讲教师及职称 张燕 教授 教 案（首页）课程名称计算机图形学（双语）课程代码030630课程类型理论课（ ）实验课（ ）实习（ ）必修课（ ）限选课（）任选课（ ）全校性选修课程（ ）考核方式考试（） 期中（ ） 期末（ ）考查（ ） 测验（ ）作业（ ）报告（ ）实验操作（ ）出勤（ ）课堂表现（ ）其它：考核要求及成绩计算方法要求学生完成课程作业，上机实验，提交实验报告，参加期

2、末考试。成绩=期末考试70%+平时成绩30%。平时成绩=平时作业+课堂表现 +实验及实验报告。基本教材和主要参考资料课程讲义（校内印刷）（1）Zhang Yan Liu Jinyi Ji Yubo Computer Graphics主要参考资料：（1）Donald Hearn, M. Pauline Baker, Computer Graphics C Version（2）F.S.Hill,JR Computer Graphics Using OpenGL 科学出版社 （影印版）（3）Foley Van Dam, Computer Graphics Principles and Practic

3、e 机械工业出版社 （影印版）（4）James D. Foley, Introduction to Computer Graphics 机械工业出版社 （影印版）（5）项志钢Computer Graphics with OpenGL （中、英文版） 清华大学出版社 （6）纪玉波 计算机图形学 煤炭工业出版社（7）孙家广 杨长贵 计算机图形学 清华大学出版社（8）潘云鹤 计算机图形学原理、方法及应用 高等教育出版社教学目的和要求本课程的教学基本要求是了解计算机图形系统输入输出设备工作原理和计算机图形系统的组成；掌握基本图形的计算机生成技术，图形在计算机内的表示方法，对图形对象操作和处理的基本方法

4、，图形输出和显示技术等主要内容，以及如何借助图形信息进行人机交互等内容。课程结束后，要求学生能够综合运用计算机图形学的算法设计和绘制场景或部分场景，并掌握主流图形学软件的功能，探索其使用的图形学的算法原理。教学重点和难点Bresenham直线生成算法, Bresenham圆的生成算法,扫描转换填充算法，种子填充算法。Hermite，Bezier，B样条曲线和曲面生成算法。图形变换（二维，三维）原理和算法实现。编码裁剪算法，参数化线段裁剪算法及实现。基本消隐算法，简单光照模型。注：本页每门课程一张辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 1 次课日 期章节名称综述，计算机图形

5、学系统 授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数2教学目的及要求目的：使学生了解本课程及计算机图形学的历史及应用现状有总体的认识。要求：1 了解计算机图形学课程的目的、意义及主要内容2 了解计算机图形学开创的历史3 了解计算机图形学的应用领域教 学 内 容 提 要时间分配1 阐述课程性质和要求，成绩评定原则。2 介绍计算机图形学课程的目的、意义以及其他课程信息3 放映图片和剪辑的动画片，介绍与CG的关系。（1）CG在CAD/CAM中的应用（制博会的成果图片、DV）（2）CG与视频（狮子王、勇敢者的游戏的片段）（3）浏览www.discover.uottawa.ca，观看CG的学术

6、前沿成果4 介绍计算机图形学的开创5 阐述计算机图形学在现今的应用领域6 计算机图形学系统的组成。软件、硬件（硬件的图片）55151510101030教学重点与难点教学重点：1 计算机图形学的应用领域教学难点：1 使学生建立起对计算机图形学的初步认识，以及与生活中所见所闻的事物的联系讨论、练习、作业说说你所认为的生活中的计算机图形学教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作课件展示教学内容；3使用播放软件播放动画、演示图片。通过多种方式加深学生对课程的认识，建立CG的概念，激发学生的学习兴趣。参考资料1 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。2 教材、网络资料 第 1

7、页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 2 次课日 期章节名称计算机图形输入输出设备及直线DDA算法授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数2教学目的及要求目的：使学生了解图形输入输出设备，特别是深入认识光栅显示器的显示原理，以及在光栅显示器上生成直线的算法过程要求：4 了解图形输入输出设备5 掌握光栅现实器的显示原理6 掌握光栅图形生成直线的算法：生成直线的DDA算法教 学 内 容 提 要时间分配7 图形输入输出设备8 光栅显示器的工作原理9 生成直线的DDA算法10 直线DDA算法的优缺点分析11 引出生成直线的Bresenham算法203030101

8、0教学重点与难点教学重点：2 图形显示设备3 生成直线的DDA算法教学难点：2 光栅图形显示原理3 生成直线的DDA算法讨论、练习、作业1 复习：光栅图形显示原理2 编程实现DDA直线生成算法，能够运用该算法绘制一个简单的由直线段构成的线画图。教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作动画、演示图片，意在把抽象的算法、概念形象化参考资料3 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。4 教材、网络资料 第 2 页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 3 次课日 期章节名称Bresenham直线生成算法和圆弧的生成授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习

9、（ ）教学时数2教学目的及要求目的：使学生掌握光栅显示器上生成直线和圆弧的算法过程；要求：7 掌握Bresenham算法生成直线和圆弧的算法原理8 了解正负法生成圆弧的算法原理教 学 内 容 提 要时间分配12 生成直线的Bresenham算法和实例13 生成圆弧的Bresenham算法和实例14 正负法生成圆弧404020教学重点与难点教学重点：4 生成直线的Bresenham算法5 生成圆弧的Bresenham算法教学难点：4 生成圆弧的Bresenham算法讨论、练习、作业完成Bresenham直线和圆生成算法的作业。教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作动画、演示

10、图片，意在把抽象的算法、概念形象化3通过演示Bresenham算法生成过程中的数据变化、掌握算法的实质参考资料5 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。6 教材、网络资料 第 3 页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 4 次课日 期章节名称光栅图形的扫描转换与区域填充 授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数2教学目的及要求目的：使学生了解多边形填充的基本概念种子填充算法的概念及原理，理解光栅图形的走样及反走样的概念要求：9 了解边缘填充算法、栅栏填充算法等多边形扫描转换算法的原理10 理解区域以及区域连通性的概念11 掌握种子填充的递归算法及扫描

11、线算法12 掌握光栅图形的走样及反走样的概念教 学 内 容 提 要时间分配15 种子填充算法区域及区域连通性种子填充的递归算法种子填充的扫描线算法16 其它多边形扫描转换算法边缘填充算法栅栏填充算法17 光栅图形的走样及反走样104020101010教学重点与难点教学重点：6 种子填充算法7 区域及区域连通性教学难点：5 区域及区域连通性概念的理解，种子填充算法的递归实现机制。6 光栅图形的走样及反走样概念的理解讨论、练习、作业使用种子填充的递归算法，实现对任一封闭图形进行区域填充教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作动画、演示图片，意在把抽象的算法、概念形象化参考资料7

12、 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。8 教材、网络资料 第 4 页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 5 次课日 期章节名称线的属性、OpenGL简介授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数2教学目的及要求目的：使学生了解线的线型、颜色和线宽度属性；了解OpenGL编程要求：13 形成对OpenGL编程的总体认识14 熟悉图形要素的各种属性，如线型、颜色和宽度教 学 内 容 提 要时间分配18 线的属性线型、线宽度及其在工程图中的应用颜色19 OpenGL编程简介几个基本概念OpenGL绘制流程几个相关库OpenGL编程201010101040

13、教学重点与难点教学重点：8 OpenGL编程教学难点：7 OpenGL编程讨论、练习、作业课后有作业教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作动画、演示图片，意在把抽象的算法、概念形象化3通过演示、讲解简单的例子程序，增加学生对OpenGL编程的认识参考资料9 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。10 教材、网络资料 第 5 页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 6 次课日 期章节名称曲线曲面（1）授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数2教学目的及要求目的：使学生了解自由曲线曲面的基本概念、掌握Hermite，Cardinal

14、曲线的生成原理和算法。要求：15 了解自由曲线曲面的基本概念，复习相关的数学知识。16 掌握Hermite曲线的性质、定义、生成，分析其在应用中的优缺点 17 了解Cardinal曲线的性质、定义、生成。教 学 内 容 提 要时间分配20 曲线曲面基础工程实践中的曲线曲面曲线曲面的数学描述插值与逼近样条连续性条件样条描述21 Hermite曲线的定义、生成、性质，实例讲解22 Hermite曲线对原始数据的要求，分析其在应用中的优缺点 23 Cardinal曲线的性质、定义、生成。30401020教学重点与难点教学重点：9 Hermite三次样条及其性质，计算机图形生成算法自由曲线曲面的概念，

15、插值与逼近样条教学难点：8 Hermite三次样条的定义及性质，计算机图形生成算法讨论、练习、作业课后留作业：完成Hermite三次样条曲线的设计实例教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作动画、演示图片，意在把抽象的算法、概念形象化参考资料11 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。12 教材、网络资料 第 6 页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 7 次课日 期章节名称曲线与曲面（2）授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数2教学目的及要求目的：使学生掌握Bezier曲线和Bspline曲线的生成和性质及应用要求：18 掌握

16、Bezier曲线的性质、定义、生成以及性质 19 掌握Bspline曲线的性质、定义、生成以及性质教 学 内 容 提 要时间分配1Bezier曲线Bezier曲线的性质、定义、生成Bezier曲线的实例应用2Bspline曲线Bspline曲线的性质、定义、生成Bspline曲线的实例应用35153515教学重点与难点教学重点：10 Bezier曲线的生成和性质11 Bspline曲线的生成和性质教学难点：9 Bezier曲线的生成和性质10 Bspline曲线的生成和性质讨论、练习、作业课后留作业教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作动画、演示图片，意在把抽象的算法、概

17、念形象化参考资料13 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。14 教材、网络资料 第 7 页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 8 次课日 期章节名称曲线与曲面（3）授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数2教学目的及要求目的：使学生掌握Bezier曲面和曲面的生成。要求：20 掌握Bezier曲面的生成，性质，面片光滑连接条件 21 掌握Bspline曲面的生成，性质，面片光滑连接条件教 学 内 容 提 要时间分配24 回顾各种自由曲线的生成方法25 曲面的生成方法3Bezier曲面Bezier曲面的性质、定义、生成Bezier曲面片的光滑连接条

18、件及实例4Bspline曲面Bspline曲面的性质、定义、生成Bspline曲面片的光滑连接条件及实例10105030教学重点与难点教学重点：1. Bezier，Bspline曲面的性质、定义、生成及应用教学难点：11 曲面片的光滑连接讨论、练习、作业课后留练习，设计带有曲面要素的图形，编写程序，作为实验的准备工作。教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作动画、演示图片，展示曲面生成的原始数据及图形结果，观察数据的变化对结果的影响。参考资料15 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。16 教材、网络资料 第 8 页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第

19、 周，第 9 次课日 期章节名称图形几何变换（1）授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数2教学目的及要求目的：使学生掌握二维图形几何变换的原理和方法要求：22 掌握其次坐标的概念23 掌握平移、旋转、缩放、错切、反射等二维几何变换及其矩阵表示以及仿射变换的矩阵表示教 学 内 容 提 要时间分配26 齐次坐标的概念27 二维几何变换平移、旋转、缩放、反射、错切矩阵表示平移、旋转、缩放、反射、错切的实例实现复合变换、仿射变换20502010教学重点与难点教学重点：12 齐次坐标的概念13 各种二维几何变换以及复合变换的表示与计算教学难点：12 复合变换以及齐次坐标讨论、练习、作业完

20、成实例图形的二维平移、旋转、缩放、反射、错切等各种变换的变化矩阵的获取，并给出结果教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作动画、演示程序。通过演示、讲解简单的例子程序，增加学生对图形变化的理解和认识参考资料17 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。18 教材、网络资料 第 9 页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 10 次课日 期章节名称图形几何变换（2）授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数2教学目的及要求目的：使学生在掌握二维几何变换的基础上，进一步掌握三维几何变换的原理和方法。要求：24 掌握平移、旋转、缩放、错切等三

21、维几何变换的方法25 深入理解显示三维图形的相关概念及流程教 学 内 容 提 要时间分配28 回顾二维几何变换29 三维几何变换平移、旋转、缩放、错切等三维几何变换的矩阵表示平移、旋转、缩放、错切等三维几何变换的实例应用30 三维图形的显示流程10502020教学重点与难点教学重点：14 三维几何变换15 三维图形的显示流程教学难点：13 三维图形的显示流程讨论、练习、作业完成实例图形的三维平移、旋转、缩放、反射、错切等各种变换的变化矩阵的获取，并给出结果教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作动画、演示图片，意在把抽象的算法、概念形象化 参考资料19 参考课堂笔记，及提供

22、的本次课程的多媒体课件。20 教材、网络资料 第 10 页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 11 次课日 期章节名称投影变换授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数2教学目的及要求目的：掌握三维图形的平行投影和透视投影的生成要求：26 掌握三维图形的投影的概念、原理与方法27 掌握三维图形的平行投影生成及性质28 掌握三维图形的透视投影生成及性质教 学 内 容 提 要时间分配31 回顾二维、三维坐标变换及变换矩阵32 投影变换透视投影的生成、性质，实例平行投影的原理，正投影的生成（主视图、俯视图和左视图对应的变换矩阵），实例投影平面是任意平面的情况10

23、404010教学重点与难点教学重点：16 平行投影的矩阵表示17 透视投影的矩阵表示教学难点：14 透视投影的性质讨论、练习、作业平行投影的实例作业课后查阅资料，深入了解透视投影和平行投影的实际应用。教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作课件，展示投影变换的生成过程3 使用ACDSee播放图片材料显示投影变换在实际生活中的应用。 参考资料21 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。22 教材、网络资料 第 11 页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 12 次课日 期章节名称图形裁剪（1）授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数

24、2教学目的及要求目的：了解二维、三维图形裁剪的意义以及在实际中的作用，掌握二维图形裁剪的Sutherland-Cohen、liang-Barsky算法。要求：29 掌握Sutherland-Cohen线段裁剪算法的原理，了解算法的效率30 掌握liang-Barsky线段裁剪算法的原理，了解算法的效率31 了解裁剪算法在AutoCAD中的应用教 学 内 容 提 要时间分配33 演示裁剪算法在AutoCAD中的应用，并介绍线段裁剪的目标34 裁剪点的裁剪线段的裁剪Sutherland-Cohen裁剪算法及实例Liang-Barsky裁剪算法及实例1054045教学重点与难点教学重点：1 Suth

25、erland-Cohen裁剪算法原理2 Liang-Barsky裁剪算法原理教学难点：15 Sutherland-Cohen裁剪算法16 Liang-Barsky裁剪算法讨论、练习、作业在提供的OpenGL或VC框架程序基础上，基于OpenGL/VC编程实现任一种线段裁剪算法教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作课件，展示不同裁剪算的实现机理。3 关键环节结合板书讲解参考资料23 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。24 教材、网络资料 第 12 页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 13 次课日 期章节名称图形裁剪（2）授课方式理论课（

26、 ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数2教学目的及要求目的：进一步掌握中点分割法进行的线段裁剪算法。在二维图形裁剪的基础上了解三维图形裁剪的算法原理和算法。要求：32 掌握采用中点分割法进行的线裁剪33 掌握Sutherlan-Hodgman多边形裁剪算法的原理34 了解三维裁剪的概念教 学 内 容 提 要时间分配1 线段的裁剪中点分割法2 多边形的裁剪Sutherlan-Hodgman多边形裁剪算法3 三维图形的裁剪初步303040教学重点与难点教学重点：18 中点分割法线段裁剪19 Sutherlan-Hodgman多边形的裁剪教学难点：17 Sutherlan-Hodgman多边形裁剪算

27、法18讨论、练习、作业在提供的OpenGL/VC框架程序基础上，基于OpenGL/VC编程实现任一种线段裁剪算法教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作动画、演示图片，意在把抽象的算法、概念形象化参考资料25 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。26 教材、网络资料 第 13 页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 14 次课日 期章节名称三维实体造型及应用授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数2教学目的及要求目的：使学生掌握三维几何造型、实体等的相关概念以及正则集合运算，了解三维实体的生成过程要求：35 熟悉三维几何造型、实

28、体等的相关概念36 掌握正则集合运算方法37 借助造型软件（AutoCAD，3DMax）做实体造型设计，能够分析交、并、差运算在其中的应用。教 学 内 容 提 要时间分配35 概述三维几何造型、实体造型、实体的表示方法分类等相关概念的介绍36 实体的定义实体性质的界定、二维流形等相关概念的引入，以及实体的定义37 正则集合运算38 在AutoCAD环境下构造喷油嘴（或凉亭）的设计，介绍实体的交、并、差运算在其中的应用。10202050教学重点与难点教学重点：20 实体的概念21 正则集合运算22 实体的空间位置表示法教学难点：19 对实体的理解20 正则集合运算讨论、练习、作业复习课堂教授内容

29、，有能力的同学在AutoCAD环境下完成一个实体造型设计（教师提供素材）教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作课件，介绍本次课程的理论内容3 在AutoCAD环境下实时完成实体造型的过程参考资料27 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。28 教材、网络资料 第 14 页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 15 次课日 期 章节名称真实感图形的基本理论与应用授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数2教学目的及要求目的：结合工具软件使学生了解真实感图形的基本概念、绘制真实感图形的原理和产生的效果。要求：38 了解真实感图形的基本

30、概念：光亮度、光照明模型（局部光照明模型、整体光照明模型）等39 了解绘制真实感图形简单光照明模型、简单整体光照明模型以及光线跟踪技术等的基本原理 40 通过工具软件感受不同算法下的真实感图形效果教 学 内 容 提 要时间分配39 放映动画短片，让学生感受计算机图形学所展示的高度真实感的世界40 真实感图形基本理论概述41 简单光照明模型：Lambert模型、Phong模型42 多边形表示物体的光滑明暗处理43 阴影的生成44 整体光照明模型45 光线跟踪技术46 在3DMax或AutoCAD环境下，对实体模型进行渲染，感受各种真实感算法下的图形渲染效果101025105151510教学重点与

31、难点教学重点：23 简单、整体光照明模型 2 光滑明暗处理教学难点：21 简单、整体光照明模型 2 光线跟踪技术讨论、练习、作业鼓励完成基于OpengGL实现交互图形界面下的真实感图形绘制。（需要自学补充一些知识）教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作动画、演示图片，意在把抽象的算法、概念形象化3在3DMax或AutoCAD环境下，实时完成实体造型的渲染过程参考资料29 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。30 教材、网络资料 第5页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 16 次课日 期章节名称分形几何初步授课方式理论课（ ） 实验课（ ）

32、 实习（ ）教学时数2教学目的及要求目的和要求：使学生了解分形几何的研究对象，应用和掌握一个简单的分形几何算法（Koch曲线），绘制雪花雪线教 学 内 容 提 要时间分配47 介绍分形几何的发展历史，研究对象，应用。48 讲解分形维数的计算方法。49 讲解Koch曲线的算法，雪花曲线的生成方法。50 自然场景构建25254010教学重点与难点教学重点：1 分形维数的计算2 分形曲线生成（Koch）教学难点：1 分形维数的计算方法讨论、练习、作业1 计算几类分形曲线的维数；2 编程完成雪花曲线的绘制。教学手段1 讲授为主，讨论为辅2 用powerponit制作动画、演示图片，介绍分形几何的发展历

33、史，研究对象，应用。3通过板书讲解算法的关键步骤。参考资料31 参考课堂笔记，及提供的本次课程的多媒体课件。2 教材、网络资料 第6页辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院 教案周 次第 周，第 17 次课日 期 章节名称课程总结授课方式理论课（ ） 实验课（ ） 实习（ ）教学时数2（课外）教学目的及要求目的和要求：帮助学生全面掌握整个课程内容，解说作业和上机实验存在的普遍性问题，与课程相关的热点研究领域及最新成果简述。教 学 内 容 提 要时间分配51 依据课程重点及难点，对课程内容进行全面总结。52 部分习题做深入剖析，提出多种解题思路。53 指出学生作业和上机中普遍存在的问题，及问题解决办法。50分钟20分钟30分钟教学重点与难点根据学生一学期的学习情况确定。讨论、练习、作业无教学手段1 讲授为主2 用powerponit演示关键问题及解题思路。参考资料 第 17 页