《计算机图形学》教案
计算机图形学教案
计算机图形学教案一、课程简介计算机图形学是一门涉及计算机图形、图像处理和计算机视觉等领域的重要课程。
本课程将介绍计算机图形学的基本概念、原理和应用，帮助学生掌握计算机图形学的基础知识，并提升他们在图形学领域的技能。
二、课程结构1. 计算机图形学基础- 介绍计算机图形学的历史发展和基本概念- 讨论计算机图形学的应用领域和未来发展趋势- 熟悉图像处理、图形学渲染和动画等基本技术2. 图形系统建模- 学习三维图形对象的建模和表示方法- 掌握光栅化和矢量化图形处理技术- 讨论图形系统的设计和实现3. 计算机视觉- 理解视觉系统的基本原理和功能- 学习计算机视觉的算法和应用- 探讨计算机视觉在人工智能领域的应用4. 图形学编程实践- 深入学习图形学编程语言和库- 完成实际项目，提升图形学编程能力- 探索图形学在多领域的应用案例三、教学目标1. 帮助学生全面了解计算机图形学的基本知识和技术2. 培养学生分析和解决计算机图形学问题的能力3. 提升学生在图形学领域的实际操作和应用能力4. 激发学生对计算机图形学研究的兴趣和热情四、教学方法1. 理论讲解：通过课堂讲解、案例分析等方式，向学生介绍计算机图形学的基本概念和原理2. 实践操作：组织学生参与实验、项目等实际操作，巩固理论知识并提升实践能力3. 课堂互动：鼓励学生提问、讨论，促进师生间的互动和交流4. 作业考核：布置不同形式的作业，检测学生对知识的掌握情况，促进学习效果的提升五、教材参考1. 《计算机图形学导论》2. 《OpenGL图形与游戏开发实践》3. 《计算机视觉：算法与应用》4. 《经典图形学算法实例详解》六、学习评价1. 课堂表现：出勤情况、课堂参与度等2. 作业考核：课后作业、实验报告等3. 期末考核：闭卷考试、项目实践等4. 综合评价：综合考虑以上因素，对学生进行综合评定七、总结计算机图形学作为一门新兴的学科，正逐渐成为信息技术领域的热门专业之一。
计算机图形学教案
计算机图形学教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍介绍计算机图形学的定义、发展和应用领域解释图形学与图像学的区别1.2 图形学基本概念什么是点、线、面、体坐标系统和变换矢量与标量的概念1.3 图形处理基本技术光栅图形表示方法矢量图形表示方法图形变换技术1.4 图形软件简介Windows图形子系统OpenGL图形库DirectX图形库第二章：二维图形绘制基础2.1 基本绘图命令画点、画线、填充图形使用不同颜色和线型2.2 图形属性设置颜色、线型、字体、大小等属性图形对象的属性和方法2.3 图形变换平移、旋转、缩放镜像和对称矩阵运算2.4 图形裁剪非齐次裁剪齐次裁剪裁剪算法实现第三章：三维图形绘制基础3.1 三维坐标系统右手坐标系和左手坐标系世界坐标系和视图坐标系3.2 三维图形的表示方法三维线条、曲面和体元参数曲线和参数曲面3.3 三维图形变换三维变换（平移、旋转、缩放）四元数和球面插值3.4 光照模型基本光照模型（Lambert、Blinn-Phong）材质属性和纹理映射第四章：图形界面设计4.1 用户界面设计原则设计美观、易用、一致的界面布局、颜色、字体和图标的应用4.2 常用界面控件按钮、输入框、列表框、滑动条等事件处理机制4.3 界面布局方法绝对布局和相对布局表格布局和网格布局4.4 界面美观与用户体验界面美观的要素提高用户体验的方法第五章：图形交互技术5.1 交互技术概述交互技术在图形学中的应用鼠标、键盘和其他输入设备5.2 交互操作选择、拖动、缩放、旋转等操作交互式绘图和建模5.3 事件处理事件类型和事件处理函数回调和事件队列5.4 图形对话框和消息框创建图形对话框和消息框弹出菜单和工具栏设计第六章：图形算法6.1 图形算法概述图形算法的定义和重要性算法评估标准和性能分析6.2 填充算法扫描线填充算法填充规则和多边形分类抗锯齿技术6.3 裁剪算法凸多边形裁剪凹多边形裁剪球面插值和球面贴图6.4 视图转换投影变换（正交、透视）视图矩阵和视锥体视图空间的裁剪第七章：曲面建模7.1 曲面建模基础参数曲面和非参数曲面曲线和曲面的拟合方法7.2 贝塞尔曲线和曲面贝塞尔曲线和曲面的定义贝塞尔族的性质和构造方法7.3 B样条曲线和曲面B样条曲线和曲面的定义B样条族的性质和构造方法7.4 细分曲面细分曲面的基本概念细分曲面的构造算法第八章：渲染技术8.1 渲染基础渲染管线和渲染流程光栅化技术和抗锯齿8.2 材质和光照模型材质属性及其对渲染的影响基于物理的渲染和实时渲染技术8.3 阴影技术软阴影和硬阴影阴影映射技术8.4 全局光照和实时光照全局光照模型（BSSRDF）实时光照模拟（基于物理的渲染）第九章：动画与虚拟现实9.1 动画基础动画的类型和制作方法关键帧动画和动力学模拟9.2 骨骼动画和蒙皮技术骨骼结构和解算方法蒙皮算法的实现9.3 虚拟现实技术虚拟现实的概念和应用领域VR硬件设备和软件平台9.4 增强现实技术增强现实的概念和原理AR应用案例和开发工具第十章：计算机图形学项目实践10.1 项目实践概述项目选题和需求分析项目进度管理和团队协作10.2 项目设计与实现技术选型和工具链选择项目模块划分和实现细节10.3 项目测试与优化功能测试和性能测试优化方法和技巧10.4 项目汇报与总结项目汇报的准备和注意事项项目经验和教训的总结重点解析计算机图形学的基本概念和图形学与图像学的区别图形学中的点、线、面、体的表示和坐标系统、变换图形表示方法：光栅图形和矢量图形图形软件：Windows图形子系统、OpenGL图形库、DirectX图形库二维图形绘制基础：绘图命令、图形属性、图形变换、图形裁剪三维图形绘制基础：三维坐标系统、三维图形表示方法、三维图形变换、光照模型图形界面设计：界面设计原则、常用界面控件、界面布局方法、界面美观与用户体验图形交互技术：交互技术概述、交互操作、事件处理、图形对话框和消息框图形算法：填充算法、裁剪算法、视图转换曲面建模：参数曲面、贝塞尔曲线和曲面、B样条曲线和曲面、细分曲面渲染技术：渲染基础、材质和光照模型、阴影技术、全局光照和实时光照动画与虚拟现实：动画基础、骨骼动画和蒙皮技术、虚拟现实技术、增强现实技术计算机图形学项目实践：项目实践概述、项目设计与实现、项目测试与优化、项目汇报与总结图形学中复杂图形的绘制和处理技术图形算法的优化和性能分析三维图形的纹理映射和曲面建模技术实时渲染技术和基于物理的渲染方法动画制作和虚拟现实应用的开发和实践项目实践中的团队协作和项目管理技巧。
计算机图形学电子教案
计算机图形学电子教案第一章：计算机图形学概述1.1 图形与图像的区别与联系1.2 计算机图形学的基本概念1.3 计算机图形学的发展历程1.4 计算机图形学的主要应用领域第二章：图形表示与建模2.1 图形的基本元素与属性2.2 向量表示法与栅格表示法2.3 图形建模技术2.4 参数曲面与非参数曲面第三章：图形变换3.1 二维变换3.2 三维变换3.3 齐次坐标与变换矩阵3.4 坐标变换在图形处理中的应用第四章：二维图形算法4.1 直线与圆的算法4.2 填充算法4.3 裁剪算法4.4 图形合成算法第五章：三维图形算法5.1 三维图形的算法5.2 光照模型与材质属性5.3 纹理映射与贴图5.4 三维图形的渲染与显示技术第六章：虚拟现实与增强现实6.1 虚拟现实技术的基本概念与原理6.2 虚拟现实系统的硬件与软件设备6.3 虚拟现实技术的应用领域6.4 增强现实技术的基本原理与应用第七章：计算机动画与视频处理7.1 计算机动画的基本概念与类型7.2 动画制作的基本原理与技术7.3 视频处理与压缩技术7.4 动画与视频在计算机图形学中的应用第八章：计算机图形学软件与应用8.1 计算机图形学软件的分类与功能8.2 常见计算机图形学软件介绍8.3 计算机图形学在实际应用中的案例分析8.4 计算机图形学软件的发展趋势第九章：计算机图形学与9.1 计算机图形学与的结合领域9.2 计算机视觉与图形学的关联9.3 机器学习在计算机图形学中的应用9.4 在计算机图形学未来发展中的作用第十章：计算机图形学实验与项目实践10.1 计算机图形学实验概述10.2 常见计算机图形学实验项目介绍10.3 计算机图形学项目实践案例分析10.4 计算机图形学实验与项目实践的意义与价值重点和难点解析一、图形与图像的区别与联系：理解图形和图像在计算机图形学中的定义和区别是基础，重点关注它们的物理表示和应用场景。
二、计算机图形学的基本概念：掌握计算机图形学的定义、目标、任务和研究领域，理解图形系统和图形处理的基本概念。
计算机图形学教案
计算机图形学教案【引言】计算机图形学是研究计算机如何生成、处理和显示图像的一门学科。
随着计算机技术的迅猛发展，图形学在多个领域都有着广泛的应用，比如游戏开发、动画制作、虚拟现实等。
本教案旨在介绍计算机图形学的基础知识和应用，帮助学生全面了解图形学的概念、原理和技术。
【一、基础知识】1. 图形学概念图形学是指通过计算机生成、处理和显示图像的学科领域。
它不仅包括了对形状、颜色和纹理的描述方法，还包括了图像的渲染、动画和交互等技术。
2. 图像表示方法介绍了图像的表示方法，包括位图（bitmap）和矢量图（vector）。
位图是将图像划分成像素点，每个像素点可以用颜色值表示；矢量图是通过描述图形的几何属性和参数来表示图像。
3. 基本几何图形讲解了常见的基本几何图形，比如点、线段、多边形等，并介绍了它们在计算机图形学中的表示方法和应用。
【二、图形生成】1. 二维图形生成介绍了二维图形的生成算法，包括直线生成算法、圆生成算法和多边形生成算法等。
通过这些算法，可以实现在计算机屏幕上绘制各种几何图形。
2. 三维图形生成讲解了三维图形的生成方法，包括线框模型生成、曲面生成和立体图形生成等。
通过这些方法，可以构建出逼真的三维图像，并进行灯光渲染和纹理映射。
【三、图形处理】1. 图像变换介绍了图像的平移、旋转、缩放和翻转等基本变换操作。
通过这些变换，可以改变图像在屏幕上的位置、大小和方向。
2. 图像剪裁讲解了图像剪裁算法，包括直线裁剪、多边形裁剪和曲线裁剪等。
通过这些算法，可以实现对图像进行裁剪，去除不需要显示的部分。
3. 图像填充介绍了图像填充算法，包括扫描线填充和种子填充等。
通过这些算法，可以实现对闭合图形的填充，使其显示出实心的效果。
【四、图形显示】1. 数字化显示讲解了如何将图像数字化，通过将图像分成像素点，并使用颜色值来表示每个像素点的方法，实现在计算机屏幕上显示图像。
2. 图像渲染介绍了图像渲染算法，包括光栅化渲染和线框渲染等。
计算机图形学教案
计算机图形学教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍计算机图形学的定义计算机图形学的发展历程计算机图形学的应用领域1.2 图形与图像的区别图像的定义图形的定义图形与图像的联系与区别1.3 计算机图形学的基本概念像素与分辨率矢量与栅格颜色模型图像文件格式第二章：二维图形基础2.1 基本绘图函数画点函数画线函数填充函数2.2 图形变换平移变换旋转变换缩放变换2.3 图形裁剪矩形裁剪贝塞尔曲线裁剪多边形裁剪第三章：三维图形基础3.1 基本三维绘图函数画点函数画线函数填充函数3.2 三维变换平移变换旋转变换缩放变换3.3 光照与材质基本光照模型材质的定义与属性光照与材质的实现第四章：图像处理基础4.1 图像处理基本概念像素的定义与操作图像的表示与存储图像的数字化4.2 图像增强对比度增强锐化滤波4.3 图像分割阈值分割区域生长边缘检测第五章：计算机动画基础5.1 动画基本概念动画的定义与分类动画的基本原理动画的制作流程5.2 关键帧动画关键帧的定义与作用关键帧动画的制作方法关键帧动画的插值算法5.3 骨骼动画骨骼的定义与作用骨骼动画的制作方法骨骼动画的插值算法第六章：虚拟现实与增强现实6.1 虚拟现实基本概念虚拟现实的定义与分类虚拟现实技术的关键组件虚拟现实技术的应用领域6.2 虚拟现实实现技术头戴式显示器（HMD）位置追踪与运动捕捉交互设备与手势识别6.3 增强现实基本概念与实现增强现实的定义与原理增强现实技术的应用领域增强现实设备的介绍第七章：计算机图形学与人类视觉7.1 人类视觉系统基本原理视觉感知的基本过程人类视觉的特性和局限性视觉注意和视觉习惯7.2 计算机图形学中的视觉感知视觉感知在计算机图形学中的应用视觉线索和视觉引导视觉感知与图形界面设计7.3 图形学中的视觉错误与解决方案常见视觉错误分析避免视觉错误的方法提高图形可读性与美观性第八章：计算机图形学与艺术8.1 计算机图形学在艺术创作中的应用数字艺术与计算机图形学的交融计算机图形学工具在艺术创作中的使用计算机图形学与艺术的创新实践8.2 计算机图形学与数字绘画数字绘画的基本概念与工具数字绘画技巧与风格数字绘画作品的创作与展示8.3 计算机图形学与动画电影动画电影制作中的计算机图形学技术3D动画技术与特效制作动画电影的视觉艺术表现第九章：计算机图形学的未来发展9.1 新兴图形学技术的发展趋势实时图形渲染技术基于物理的渲染动态图形设计9.2 计算机图形学与其他领域的融合计算机图形学与的结合计算机图形学与物联网的结合计算机图形学与生物医学的结合9.3 计算机图形学教育的未来发展图形学教育的重要性图形学教育的发展方向图形学教育资源的整合与创新第十章：综合项目实践10.1 项目设计概述项目目标与需求分析项目实施流程与时间规划项目团队组织与管理10.2 项目实施与技术细节项目技术选型与工具使用项目开发过程中的关键技术项目测试与优化10.3 项目成果展示与评价项目成果的展示与推广项目成果的评价与反馈重点和难点解析一、图像的定义与图像的定义，图形与图像的联系与区别1. 学生是否能够理解并区分图像和图形的概念。
计算机图形学(C语言)教案
计算机图形学(C语言)教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍了解计算机图形学的定义、发展与研究领域掌握图形学的基本概念和图形处理的基本过程1.2 图形系统掌握图形系统的组成及工作原理熟悉图形硬件和软件的基本配置1.3 图形学基本算法了解图形学中的基本算法，包括线段、填充算法等掌握算法实现的基本思路和流程第二章：C语言基础2.1 C语言简介了解C语言的历史、特点和应用领域掌握C语言的基本语法和结构2.2 数据类型、运算符与表达式熟悉C语言的数据类型、运算符及其用法掌握表达式的构成和求值方法2.3 控制语句掌握C语言的控制语句，包括条件语句、循环语句等能够运用控制语句编写简单的程序第三章：图形坐标系统与基本绘图函数3.1 图形坐标系统理解笛卡尔坐标系、屏幕坐标系和设备坐标系的概念熟悉坐标变换和坐标系之间的转换方法3.2 基本绘图函数掌握C语言图形库中的基本绘图函数，如画点、画线、画圆等能够使用基本绘图函数绘制简单的图形3.3 图形属性了解图形属性的概念，包括颜色、线型、线宽等掌握设置和修改图形属性的方法第四章：基本图形算法实现4.1 线段算法掌握直线、曲线算法，如DDA算法、Bresenham算法等能够实现线段的和绘制4.2 填充算法了解填充算法的原理和实现方法掌握Sutherland-Hodgman算法和扫描线算法等填充算法4.3 汉字绘制算法了解汉字绘制的基本原理掌握汉字轮廓提取和绘制方法第五章：图形界面设计5.1 图形界面设计基础了解图形界面设计的原则和方法掌握常用的界面布局和控件使用5.2 图形界面编程实践熟悉图形界面编程框架，如GTK、Qt等能够设计并实现一个简单的图形界面程序5.3 事件处理了解事件处理的基本概念和方法掌握事件处理程序的编写和调试技巧第六章：高级绘图函数与图形库6.1 高级绘图函数学习并掌握图形库中的高级绘图函数，如绘制椭圆、多边形、文本等能够使用高级绘图函数创建复杂的图形和图像6.2 图形库的使用熟悉常用的图形库，如OpenGL、SDL等掌握图形库的基本使用方法和编程步骤6.3 图形文件处理了解图形文件的基本格式，如BMP、PNG等掌握图形文件的读取、显示和保存方法第七章：动画与交互设计7.1 动画原理与实现理解动画的基本原理，包括帧动画和补间动画掌握动画的实现方法，如使用图形库绘制连续变化的图形7.2 交互设计基础学习交互设计的基本概念，包括输入设备、事件处理等能够设计简单的人机交互界面7.3 动画与交互编程实践利用图形库和编程语言实现动画和交互功能调试并优化动画和交互效果第八章：图形渲染与视觉效果8.1 图形渲染技术了解图形渲染的基本概念，包括光照、纹理映射等掌握简单的图形渲染算法和实现方法8.2 视觉效果实现学习视觉效果的基本原理，如阴影、反走样等能够实现常见的视觉效果，提升图形显示质量8.3 实时渲染技术了解实时渲染的基本概念和技术要求掌握实时渲染的实现方法和性能优化技巧第九章：图形编程进阶9.1 图形编程框架学习并掌握图形编程框架的使用，如GLFW、GLUT等能够使用框架搭建图形应用程序的框架9.2 着色器编程了解着色器的基本概念和作用掌握着色器的编写方法和调试技巧9.3 图形编程实践综合运用图形编程知识和技能，实现复杂的图形应用程序分析并解决图形编程过程中遇到的问题10.1 项目实践结合所学知识，完成一个综合性的图形项目提高实际编程能力和解决实际问题的能力探讨图形学在现实生活和工作中的应用和发展前景10.3 课程考试进行课程知识的考核和应用能力的评估检查学习成果，提高自身的图形编程水平重点和难点解析重点环节一：图形系统组成及工作原理图形系统的硬件和软件组成图形处理的基本过程重点环节二：图形学基本算法线段算法（DDA、Bresenham等）填充算法（Sutherland-Hodgman、扫描线等）重点环节三：C语言基础数据类型、运算符与表达式控制语句的使用重点环节四：图形坐标系统与基本绘图函数图形坐标系统的转换基本绘图函数的用法重点环节五：图形属性设置颜色、线型、线宽等属性的设置方法重点环节六：高级绘图函数与图形库高级绘图函数的使用常用图形库的基本操作重点环节七：动画与交互设计动画原理与实现方法交互设计的基本概念和实现重点环节八：图形渲染与视觉效果图形渲染技术（光照、纹理映射）视觉效果的实现（阴影、反走样）重点环节九：图形编程进阶图形编程框架的使用着色器编程的方法和技巧综合项目实践的能力培养本教案围绕计算机图形学的基本概念、图形系统的组成、C语言基础、图形绘制算法、图形属性设置、高级绘图函数与图形库的使用、动画与交互设计、图形渲染与视觉效果、图形编程进阶以及项目实践等环节展开教学。
计算机图形学教案
第1章绪论1.1计算机图形学及其相关概念▪计算机图形学（Computer Graphics）计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。
IEEE定义：Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer.计算机图形学与传统理论：交叉、界线模糊、相互渗透CAGD（计算几何）逼近论（计算数学）微分几何形态学混沌学小波理论▪计算机图形学的研究对象——图形通常意义下的图形：能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象都称为图形。
图形的要素几何要素：刻画形状的点、线、面、体非几何要素：反映物体表面属性或材质的明暗、辉度、色彩（颜色信息）计算机图形学中所研究的图形从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信息的图和形。
▪图形的表示点阵法是用具有颜色信息的点阵来表示图形的一种方法，它强调图形由哪些点组成，并具有什么灰度或色彩。
参数法是以计算机中所记录图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。
通常把参数法描述的图形叫做图形（Graphics）把点阵法描述的图形叫做图像（Image）▪与计算机图形学相关的学科计算机图形学试图从非图像形式的数据描述来生成（逼真的）图像。
数字图像处理旨在对图像进行各种加工以改善图像的视觉效果。
计算机视觉是研究用计算机来模拟生物外显或宏观视觉功能的科学和技术。
图1-1 图形图象处理相关学科间的关系1.2计算机图形学的发展1.2.1计算机图形学的确立▪酝酿期（50年代）1950年，美国MIT的旋风1号(Whirlwind I)计算机配备了阴极射线管(CRT)来显示一些简单的图形▪萌芽期（60年代）1962年，美国MIT林肯实验室的Ivan.E.Sutherland发表了一篇题为"Sketchpad：一个人－机通信的图形系统"的博士论文，其中首次使用了“Computer Graphics”▪发展期（70年代）▪普及期（80年代）出现了带有光栅图形显示器的个人计算机和工作站▪提高增强期（90年代）1.2.2硬设备的发展▪图形显示设备60年代中期，随机扫描的显示器60年代后期，存储管式显示器70年代中期，光栅扫描的图形显示器。
计算机图形学电子教案
计算机图形学电子教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍介绍计算机图形学的定义、发展和应用领域解释图形学与图像学的区别1.2 图形学基本概念定义像素、矢量图、位图等基本概念解释屏幕坐标系统、窗口和视口的概念1.3 图形处理流程介绍图形处理的基本流程：输入、建模、渲染、显示解释光栅化和抗锯齿的概念1.4 图形软件和硬件介绍常见的图形软件（如OpenGL、DirectX）解释图形处理器（GPU）的工作原理和性能影响因素第二章：二维图形基础2.1 基本图形绘制学习使用直线、圆、椭圆等基本图形绘制方法掌握坐标变换（平移、旋转、缩放）的基本算法2.2 图形属性学习设置线条颜色、宽度、样式等属性掌握填充图形的方法和属性设置2.3 文本和图像显示学习使用字体和文本显示方法掌握图像的加载、显示和处理方法2.4 二维动画基础了解动画原理和常见动画技术学习简单动画的实现方法第三章：三维图形基础3.1 三维坐标系统和变换掌握三维坐标系统的定义和转换方法学习三维图形的投影和视图变换算法3.2 基本三维图形绘制学习三维直线、曲面等基本图形的绘制方法掌握光照模型和材质属性设置3.3 三维图形渲染学习三维图形的纹理映射、凹凸映射等渲染技术掌握三维图形着色、光照和阴影的计算方法3.4 三维动画基础了解三维动画原理和常见动画技术学习复杂动画的实现方法第四章：图形用户界面设计4.1 GUI设计原则学习GUI设计的基本原则和界面布局方法掌握常用的GUI组件和控件使用方法4.2 事件处理和输入设备学习事件处理机制和输入设备的使用方法掌握鼠标、键盘等输入设备的交互设计4.3 菜单和对话框设计学习菜单和对话框的设计方法和实现技巧掌握菜单项、菜单栏、工具栏等界面的设计要点4.4 状态栏和工具提示学习状态栏和工具提示的设计和使用方法掌握状态信息的展示和交互设计第五章：图形编程实践5.1 图形编程环境搭建学习图形编程环境的搭建和配置方法掌握基本的图形编程框架和API使用方法5.2 绘制基本图形实现直线、圆、椭圆等基本图形的绘制方法掌握坐标变换和图形属性设置的实践技巧5.3 绘制文本和图像实现文本和图像的显示方法掌握字体加载、图像处理和纹理映射的实践技巧5.4 实现简单动画实现二维和三维动画的绘制方法掌握动画原理和渲染技术的实践应用计算机图形学电子教案第六章：图形算法与数据结构6.1 图形算法概述介绍图形算法的分类和应用场景解释算法复杂度和性能评估6.2 数据结构学习常用的数据结构（如数组、链表、树、图）掌握其在图形处理中的应用和选择原则6.3 填充算法学习扫描线填充、填充规则和抗锯齿技术掌握多边形填充算法的原理和实践6.4 裁剪算法学习简单多边形的裁剪方法掌握裁剪算法的原理和实践第七章：图像处理基础7.1 图像处理概述介绍图像处理的基本概念和应用领域解释图像处理与计算机视觉的区别7.2 图像基本操作学习图像的读取、显示、存储和转换方法掌握图像的点操作、滤波和几何变换7.3 图像增强和复原学习图像增强、去噪和复原的算法掌握图像质量改善的实践方法7.4 图像分割和特征提取学习图像分割和特征提取的算法掌握目标检测和识别的实践技巧第八章：计算机动画与模拟8.1 动画基础介绍动画的类型和制作流程解释帧动画和精灵动画的原理8.2 关键帧动画学习关键帧动画的创建和播放方法掌握动画插值和过渡效果的实现8.3 物理模拟学习物理模拟的基本原理掌握碰撞检测、刚体动力学和粒子系统的实现8.4 动画编辑与播放学习动画编辑工具和播放控制方法掌握动画序列化和资源管理的技术第九章：虚拟现实与增强现实9.1 虚拟现实基础介绍虚拟现实的定义和设备解释虚拟环境的创建和交互方法9.2 虚拟现实技术学习虚拟现实渲染和视觉感知技术掌握虚拟现实应用开发的实践技巧9.3 增强现实基础介绍增强现实的定义和设备解释增强现实图像识别和物体跟踪方法9.4 增强现实应用学习增强现实应用开发的方法掌握增强现实游戏和交互设计的实践技巧第十章：图形学项目实践10.1 项目规划与管理学习项目规划和管理的基本方法掌握项目进度控制和团队协作技巧10.2 图形应用实例分析分析图形应用的案例和实现方法理解图形学技术在实际应用中的应用场景10.3 项目设计与实现设计图形应用项目的架构和功能实现图形界面、交互和图形渲染的技术细节10.4 项目测试与优化学习图形应用项目的测试方法掌握性能优化和错误调试的实践技巧10.5 项目展示与评估学习项目展示和评估的方法掌握项目汇报和成果评价的技巧计算机图形学电子教案第十一章：图形学高级主题11.1 曲面建模学习曲面建模的基本概念和方法掌握参数曲面、隐式曲面和开放曲面的绘制技术11.2 非线性动画了解非线性动画的概念和特点学习关键帧动画以外的动画技术，如动力学和模拟动画11.3 实时渲染技术学习实时渲染的基本概念和挑战掌握基于物理的渲染、全局光照和实时阴影的技术11.4 图形硬件加速了解图形硬件加速的基本原理学习如何利用GPU进行图形渲染和计算加速第十二章：专业图形学应用12.1 游戏开发学习游戏开发的基本流程和工具掌握游戏引擎的使用和游戏设计的实践技巧12.2 影视后期制作了解影视后期制作的基本流程学习三维渲染、特效制作和颜色校正的技术12.3 虚拟现实应用学习虚拟现实应用的设计原则掌握虚拟现实体验的创造和优化的实践技巧12.4 医学可视化了解医学可视化的应用和挑战学习医学图像处理和三维可视化的技术第十三章：图形学的前沿技术13.1 深度学习和图形学了解深度学习在图形学中的应用学习神经网络在图像、风格迁移等领域的应用13.2 增强现实与混合现实学习增强现实和混合现实的区别和联系掌握现实世界和虚拟世界的交互技术13.3 图形学的未来趋势探讨图形学的未来发展趋势了解新兴技术如光场渲染、全息显示等的发展前景第十四章：图形学实验与实践14.1 实验环境搭建学习图形学实验环境的需求和搭建方法掌握图形编程环境的配置和使用14.2 图形学实验项目介绍图形学实验项目的类型和内容学习实验项目的规划和实施方法掌握实验结果分析和总结的技巧14.4 实践案例分析分析图形学实践案例的成功因素学习图形学技术在实际项目中的应用和优化第十五章：图形学教学资源与评估15.1 教学资源建设了解图形学教学资源的需求和类型学习教学资源的创建、整合和共享方法15.2 教学评估与反馈学习教学评估的方法和指标掌握学生学习情况和教学效果的反馈技巧15.3 图形学教育的发展探讨图形学教育的现状和未来发展了解图形学教育在人才培养和创新应用中的作用15.4 图形学课程设计学习图形学课程的整体设计和教学规划掌握课程内容、教学方法和评估体系的构建技巧重点和难点解析计算机图形学的定义、发展和应用领域图形学与图像学的区别二维和三维图形的绘制、变换和渲染方法图形属性、文本和图像显示二维动画和三维动画的实现方法图形用户界面（GUI）设计原则和组件使用图形算法与数据结构（填充、裁剪等）图像处理基础（图像操作、增强和复原）计算机动画与模拟（关键帧动画、物理模拟）虚拟现实与增强现实（VR和AR技术）图形学高级主题（曲面建模、非线性动画）专业图形学应用（游戏开发、影视后期制作）图形学的前沿技术（深度学习、增强现实）图形学实验与实践（实验环境搭建、项目实践）图形学教学资源与评估（教学资源建设、教学评估）图形学中的数学基础（坐标变换、投影等）高级图形算法和数据结构的应用图像处理和计算机动画的算法实现虚拟现实和增强现实的开发实践图形学实验环境搭建和项目实践教学资源的创建、整合和共享教学评估体系的设计和实施。
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1.1计算机图形学的发展历史
起源 计算机图形学硬件设备的发展 计算机图形学算法研究的发展
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物质基础：
1.1.1 起源
1950年麻省理工学院(MIT)于采用了类似示波器的CRT研制了第一台图形 显示器；
1958年Calcomp公司将数字记录仪发展成滚筒式绘图仪，GerBer公司基 于数控机床研制出平板式绘图仪。
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应用实例
飞机、舰船 汽车
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应用实例－建筑
桥梁
建筑
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应用实例－医学
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艺术实例
分形图案
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艺术实例
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地学应用
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当前计算机图形学的研究热点
真实感显示（如辐射度、体绘制等） 基于图像的建模 自然对象的建模（山、云、树木、花草等） 离散数据建模 三维显示器 计算机生成激光全息照片 ……
定义
具体内容
研究将图形或图形数据输入到计算 机中的技术和设备
研究在计算机中用点、线、面的坐 标值(几何信息)和连接关系(拓扑信 息)建立几何模型的方法
按一定数据结构组织图形数据并将 其存储在动态或永久性介质中
键盘、鼠标、图形输入板、 扫描仪等设备的研制 线框模型、面模型、体模 型等
常用的数据结构有线性链 表、二叉树、四叉树等
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《计算机图形学》
1
Hale Waihona Puke 修课程1. 高等数学 2. 线性代数 3. 画法几何与机械制图（可选） 4. C/C++或其它有绘图功能编程语言 5. 数据结构
2
教学要求
了解计算机图形学的发展概况 了解计算机绘图系统的软硬件组成 掌握计算机图形学的基本算法和理论 具有一定的图形程序设计能力 了解计算机图形学的应用概况
图形的处理
图形的显示 与输出
对图形进行几何变换或投影变换以 及并、交、差运算等操作
将计算机内特定表示形式的图形转 换成图形输出设备能够接受的表示 形式，并将图形在计算机屏幕上或 者打印机等输出设备上显示或绘制 输出
主要研制各种显示器和打
印、绘图设备，如液晶显
示器、等离子显示器以及
携带更方便、色彩更丰富
诞生：
1963年MIT的Ivan E. Sutherland在他的博士论文“Sketchpad：一个人－ 机通信的图形系统”中首次提出 “Computer Graphics (计算机图形学)”， 使用阴极射线管显示器和光笔，可交互式地生成简单图形；计算机图形学 之父
20世纪 60－70年代：硬件设备昂贵，只有少数条件好的单位（如MIT、 Bell Lab、 通用汽车公司、剑桥大学等)开展计算机图形学的研究；
20世纪80年代硬件成本不断下降，计算机图形学的研究与应用呈加速发展， 开始出现商品化的计算机绘图系统；
20世纪90年代快速发展、应用普及
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1.1.2 计算机图形学硬件设备的发展
图形显示器是计算机图形学中关键的设备
20世纪60年代中期：随机扫描显示器（矢量显示器） 需要刷新、设备昂贵、限制普及。
激光打印机 滚筒绘 图机
台式绘图机 喷墨打印机
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1.1.3 计算机图形学算法研究的发展
光栅扫描图形生成 （点、线、面的离散表示） 图形变换（几何变换、平行投影、透视投影） 真实感图形生成
（隐藏线/面去除法、Z缓冲器算法、简单光照模型、光线 追踪、辐射度、阴影、透明、纹理）
几何建模（线框模型、面模型、体模型） 曲线与曲面生成算法
的新一代显示器
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** 计算机图形学、图像处理、计算几何之间关 系？ 答：P5
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第1章 绪论
1.1 计算机图形学的发展历史 1.2 计算机图形学的研究内容 1.3 计算机图形学的应用领域
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1.3 计算机图形学的应用领域
图形用户界面 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） 科学计算可视化 地理信息系统 娱乐 计算机艺术 虚拟现实 逆向工程
20世纪60年代后期：存储管式显示器
不需刷新，价格较低，缺点是不具有动态修改图形功 能，不适合交互式
20世纪70年代初，刷新式光栅扫描显示器 大大地推动了交互式图形技术的发展
目前是多种显示器并存
液晶、等离子显示器，基于分子材料的显示器也在研
究之中。
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1.1.2 计算机图形学硬件设备的发展（续）
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教学内容
计算机图形学基础 几何与坐标变换 透视投影、平行投影 交互绘图技术 真实感图形生成 曲线与曲面 几何建模 计算机图形学的相关应用
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成绩给定
总成绩＝笔试成绩×70％ ＋实验成绩×20％ ＋平时成绩×10％
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第1章 绪论
1.1 计算机图形学的发展历史 1.2 计算机图形学的研究内容 1.3 计算机图形学的应用领域
（Furguson参数曲线/面 Bézier 均匀B样条 非均匀B样条）
图形学应用算法
（计算机辅助设计 虚拟现实 可视化 计算机动画等方面）
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第1章 绪论
1.1 计算机图形学的发展历史 1.2 计算机图形学的研究内容 1.3 计算机图形学的应用领域
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1.2 计算机图形学的研究内容
图形的输入 图形的表示 图形的存储
输入设备的发展历史
第一阶段：控制开关、穿孔纸等等 第二阶段：二维交互式设备 如键盘、鼠标、光笔、图形输入板、触摸屏等等 第三阶段：三维交互式输入设备
如空间球、数据手套、数据衣 第四阶段：用户的手势、表情等等
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1.1.2 计算机图形学硬件设备的发展（续）
图形输出设备
主要包含：打印机和绘图仪 常见的打印机有喷墨打印机和激光打印机，绘图 仪有滚筒式和平板式绘图仪，按工作原理分有笔式和 喷墨等。