安徽师范大学自动化本科专业《计算机图形学》课程大纲本科教学大纲

理论类课程大纲
课程名称:计算机图形学
一、课程概况
所属专业: 自动化 开课单位： 物理与电子信息学院
课程类型: 专业方向课程 课程代码: 0845470
开课学期: 5 学分： 2.5
学时： 34 核心课程: 否
拟使用教材：
蔡士杰等译，《计算机图形学》，电子工业出版社，2012 年
国内(外)现有教材：
蔡士杰等译，《计算机图形学》，电子工业出版社，2012 年
学习参考资料
[1] 孙家广等著，《计算机图形学》，清华大学出版社，1999 年
[2] 李军，徐波 等译，《OPENGL 编程指南》，机械工业出版社，
2010 年
.
二、课程描述（300 字以内）
本门课程是电子信息类、自动化类等专业方向课，为学习后续课程准备必要
的计算机图形学知识，主要培养学生掌握图形学理论基础知识和图形程序设计方
法、培养三维图形编程技能、引领学生初步具备解决绘制三维图形界面、绘制真
实感三维图形等方面的知识和能力，课程的主要内容包括图形渲染流水线、扫描
转换算法、裁剪算法、二维及三维图形绘制、投影变换等。
三、课程目标
掌握计算机图形学基础知识，掌握扎实的图形程序编制技能，初步具备解决
工程实际问题的能力。具有综合运用计算机图形学的基础理论和技术手段，分析
并解决图形及显示技术问题的能力。具有创新意识，具备对新图形界面显示技术、
新图形编程开发技术进行研究、开发和设计的初步能力。
四、教学要求
授课教师将按照学校本科教学工作有关要求做好课程教学各项工作，严格按
照课表规定的时间、地点上课，不迟到、不早退，将根据本大纲要求，认真备课
完成教案与讲稿编写等各项课前准备工作；授课过程力求内容充实、概念准确、
思路清晰、详略得当、逻辑性强、重难点突出，力戒平铺直叙、照本宣科，同时
重视对学生的学习方法指导和课堂教学效果信息的反馈，实现教与学的双向互
动；同时将结合课程目标要求，做好考核内容设计，并严格按照本大纲要求做好
出勤率统计、作业评价等各项工作。
学习是大学生自己的责任和义务，学生应根据课程大纲要求制定本门课程学
习计划，加强学业管理，严格自我要求，提升自主学习能力，主动适应课程学习
要求。参与课堂教学活动不迟到、不早退，无正当理由不请假，上课认真听讲，
不做任何与课堂教学无关事宜，不使用手机，积极与授课教师进行教学互动，同
时利用课余时间做好预习、复习、课外书籍阅读等工作，主动与同学开展合作学
习，认真完成任课教师布置的课程作业。
五、考核方式及要求
为实现课程教学目标，本门课程考核方式及要求为：出勤率及课程作业占
10%，点到不少于 3 次，其中缺席 1 次，按无成绩计算；随堂测验 1 次，测验成
绩按 10%折算后计入总成绩；实验成绩按 20%折算后计入总成绩；期末考试为
卷面考试，占总成绩的 60%。
六、课程内容
第一章：绪论
（授课时间：第五学期第 1 周）
教学目标：通过本章教学，使学生掌握图形学的基本概念，了解图形学的发展历
史及应用领域，了解图形学的研究热点。
教学重点：图形与图像、图形属性、计算机图形学研究内容、计算机图形学发展
历史、计算机图形学同其他学科之间的关系。
教学难点：图形学的研究对象和研究方法、应用领域及研究热点。
学 时：课堂教学 2 学时，课外自主学习时间不少于 2 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）图形学的相关概念；
（2）图形学的发展历史
（3）图形学的应用领域
（4）图形学的研究热点
学习方法：小组讨论
课后作业：
1.什么是图形？什么是图像？
2.计算机图形学研究的方法同图像处理的研究方法有什么不同？
在下周课前提交.
第二章：图形设备与系统
（授课时间：第五学期第 2,3 周）
教学目标：通过本章教学，使学生了解常用的图形输入及输出设备，掌握图形显
示器的基本原理，了解图形的软件标准。
教学重点：光栅扫描显示系统的原理，彩色帧缓冲存储器原理。
教学难点：显示系统的硬件结构及原理，图形系统的软件标准，opengl 编程。
学 时：课堂教学 4 学时，课外自主学习时间不少于 4 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）图形显示设备；
（2）随机扫描显示系统
（3）图形系统的软件
（4）坐标表示
（5）Opengl 简介
学习方法：小组讨论
课后作业：
1.请在自己的机器上配置 opengl 开发环境，并编写一个简单的图形绘制程序。
在下周课前提交.
第三章：图元输出
（授课时间：第五学期第 4,5,6 周）
教学目标：通过本章教学，使学生了解图元输出的基本概念，掌握 DDA 直线绘
制算法，掌握 Bresenham 及中点绘制算法。
教学重点：扫描转换算法的原理。
教学难点：DDA 直线绘制算法；Bresenham 算法；中点绘制算法；填充图元
学 时：课堂教学 6 学时，课外自主学习时间不少于 6 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）图元的基本概念
（2）点的绘制
（3）直线扫描转换算法
（4）圆的扫描转换算法
（5）填充图元
（6）字符生成
（7）Opengl 简介
学习方法：小组讨论
课后作业：
1.请设计实现一个抛物线的扫描转换算法。
在下周课前提交.
第四章：图元的属性
（授课时间：第五学期第 7,8 周）
教学目标：通过本章教学，使学生了解图元属性的基本概念，掌握颜色及灰度的
概念、掌握填充区属性及填充算法。
教学重点：颜色信息的存储方式；填充算法。
教学难点：扫描线填充算法；递归填充算法
学 时：课堂教学 4 学时，课外自主学习时间不少于 4 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）图元属性及参数
（2）颜色和灰度
（3）直线属性
（4）曲线属性
（5）字符属性
（6）填充区属性及填充算法
一、扫描线填充算法 二、递归填充算法
（7）反走样
学习方法：小组讨论
第五章：几何变换
（授课时间：第五学期第 9,10,11 周）
教学目标：通过本章教学，使学生了解几何变换的概念，掌握基本的几何变换及
其矩阵表示，掌握复合变换方法。
教学重点：几何变换原理，基本几何变换与复合变换
教学难点：几何变换的矩阵表示；齐次坐标表示；变换的复合；三维的旋转变换。
学 时：课堂教学 4 学时，课外自主学习时间不少于 4 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）几何变换的概念
（2）二维几何变换
一、基本变换 二、矩阵表示 三、复合变换 四、其他变换 五、
坐标系变换 六、变换的光栅方法
（3）三维几何变换
一、基本的三维变换矩阵 二、三维反射及错切变换 三、复合变
换的实现 四、OPENGL 变换函数
学习方法：小组讨论
第六章：二维观察
（授课时间：第五学期第 12,13 周）
教学目标：通过本章教学，使学生掌握二维观察流水线的概念，熟练掌握二维裁
剪算法。
教学重点：二维观察流水线
教学难点：世界坐标系、设备坐标系及规范化坐标系的概念；二维线段裁剪算法；
学 时：课堂教学 4 学时，课外自主学习时间不少于 4 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）二维观察流水线
一、裁剪窗口 二、视口
（2）二维裁剪
一、点裁剪 二、线段裁剪 三、区域裁剪 四、文字裁剪
学习方法：小组讨论
第七章：三维观察
（授课时间：第五学期第 14 周）
教学目标：通过本章教学，使学生掌握三维观察流水线的概念，掌握三维投影变
换方法。
教学重点：三维观察流水线
教学难点：三维平行投影和透视投影变换，投影变换矩阵的确定。
学 时：课堂教学 2 学时，课外自主学习时间不少于 2 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）三维显示方法
（2）三维观察流水线
（3）三维观察坐标
（4）三维投影变换
一、投影分类 二、斜平行投影变换矩阵 三、透视投影变换矩阵
（5）三维观察体
（6）三维裁剪
学习方法：小组讨论
第八章：三维物体表示
（授课时间：第五学期第 15 周）
教学目标：通过本章教学，使学生掌握三维对象表示的基本方法，了解多边形表
面及曲线曲面的表示方法、了解分形的基本概念。
教学重点：三维物体表示方法
教学难点：贝塞尔曲线的表示方法；四叉树及八叉树的概念。
学 时：课堂教学 2 学时，课外自主学习时间不少于 2 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）三维对象的表示方法
（2）多边形表面
（3）贝塞尔曲线
一、贝塞尔曲线构造公式 二、贝塞尔曲线举例 三、贝塞尔曲线
特征
（4）立体造型
（5）八叉树
（6）分形简介
学习方法：小组讨论
第九章：可见面检测
（授课时间：第五学期第 16 周）
教学目标：通过本章教学，使学生了解可见面的概念，了解后向面检测方法，了
解深度缓冲算法、A-缓冲算法等相关算法。
教学重点：可见面概念及可见面检测算法
教学难点：后向面检测、深度缓冲算法、扫描线算法。
学 时：课堂教学 2 学时，课外自主学习时间不少于 2 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）可见面检测方法的分类
（2）后向面检测
（3）可见面检测算法
一、深度缓冲算法 二、A-缓冲算法 三、扫描线算法 四、深度-
排序算法
学习方法：小组讨论
第十章：光照模型和表面渲染方法
（授课时间：第五学期第 17 周）
教学目标：通过本章教学，使学生掌握基本的光照模型及表面绘制方法。
教学重点：光照模型原理
教学难点：基本的光照模型及相关的 OPENGL 函数。
学 时：课堂教学 2 学时，课外自主学习时间不少于 2 学时
教学方法：讲授法、演示法
主要内容：（1）光源
一、点光源 二、平行光 三、汇聚光
（2）基本光照模型
（3）表面绘制方法
（4）OPENGL 函数
学习方法：小组讨论