2009年计算机图形学教案

2．计算机图形系统、图形输入设备
在该部分讲解中，从总体上讲清楚计算机图形系统与一般的计算机系统的区别，可就“常规的计算机输入设备有哪些？”对学生提问，并补充学生较少了解的图形输入设备知识，从而使学生对计算机图形系统有更深入的了解。
辅助手段：在课间休息时间给学生观看xautCGIS软件演示，给学生图形处理的直观感受。
首先讲解利用几何图形空间位置连贯性思想构造算法，需要完成的3个过程。并在该指导思想下，讲解中点画线算法的思想及过程。重点介绍判别式的递推过程。
为了加强学生对算法的理解，结合例3-2解释中点画线算法的各像素点及判别式的计算过程。
第二讲（2学时）
1．圆的生成----Bresenham画圆算法
首先向学生提问圆方程式，然后结合圆的直角坐标、极坐标方程介绍利用几何方程式绘制圆的基本方法，并指出各自存在的缺点。介绍圆的8对称
重点
难点
重点：DDA画线算法，中点画线算法，Bresenham画圆算法，多边形分类与识别，扫描线填色算法，种子填色算法，OpenGL多边形区域填充函数、像素阵列函数，字符的生成，图元属性控制
难点：活性边表，基本图元生成算法思想
教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
第一讲（2学时）
1.图形的光栅扫描转换过程
首先提问学生直线方程是什么，然后结合几何图形空间位置的连贯性思想及视频控制器的工作原理，引出沿X、Y坐标逐点增一或减一，在另一对应坐标方向，计算产生对应坐标的思想。在此算法思想的基础，再讲解DDA算法思想及编程实现及程序运行。
为了加强学生对算法的理解，结合例3-1解释DDA算法的各像素点计算过程。
3．中点画线算法
本部分是基本图元生成原理性过程介绍，应结合图形系统的软硬件结构介绍从图形的基本描述方式到帧缓存及屏幕上图形的显示，来说明图形的光栅扫描转换过程。作为问题向学生提问（1）“如何给出直线的两个顶点坐标利用打点的方式在屏幕上画出直线？”（2）“所画出的直线形状会是什么样，为什么？”
2.直线的生成----DDA画线算法
难点：二维旋转变换，复合二维旋转，复合二维缩放，相对任一参考点的二维几何变换，三维复合变换，OpenGL几何变换函数
第六章二维观察
重点：二维观察变换流程，观察坐标系变换，OpenGL二维观察函数，裁剪算法，多边形裁剪，文字裁剪
难点：二维观察变换流程中图形的变换过程，如何将世界中的图形转换到观察坐标系，将OpenGL二维观察函数与理论结合起来，Cohen_Sutherland裁剪算法，Sutherland-Hodgman多边形裁剪算法
备注
西安理工大学教案(章节备课)
学时：4
章节
第一章计算机图形学概论
教学目的
和要求
通过本章学习，使学生对图形学的意义、研究内容、发展、相关学科、如何学习及参考资料、网站等有一个概括性的了解，另通过对图形学的应用、图形输入设备、图形显示设备、图形绘制设备、图形处理器的介绍，使学生对图形学的研究内容有一个整体了解，并通过大量图片和应用实例培养学生学习的兴趣。
重点
难点
重点：计算机图形学基本知识，图形学的研究内容、图形学的发展及应用，图形输入设备，图形显示设备，图形绘制设备，图形处理器，图形软件
难点：光栅图形显示设备的工作原理，视频控制器工作原理
难点：帧缓存的概念、彩色光栅显示器工作原理、颜色查找表工作原理
教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
第一讲（2学时）
1.图形学综述（介绍图形学目的、意义、主要研究内容、发展与应用、相关学科、如何学习计算机图形学、学时分配与考核方式、参考资料图形学相关网站）
在该部分讲解中，以使学生对计算机图形学建立总体概念为主，并了解计算机图形学的特点和如何学习本课程。可就“①什么是计算机图形？②你所见过的图形显示、输出设备有哪些？③你所见过的图形软件有哪些？④计算机图形有何用途？”对学生展开提问，以了解学生对计算机图形学的认识程度，并就学生回答中的问题展开讨论。
学院(部)：印包学院系(所)：印刷工程技术系
教学重点、难点
难点：Bézier曲线的生成，OpenGL逼近样条函数
第五章图形的几何变换
重点：齐次坐标表示，二维平移变换，二维旋转变换，二维缩放变换，错切变换，复合二维平移，复合二维旋转，复合二维缩放，相对任一参考点的二维几何变换，二维坐标系变换，三维平移变换，简单三维旋转变换，三维复合变换，OpenGL几何变换函数
补充内容：计算机图形学的应用、虚拟现实系统（由学生自学完成）
本章思考题
1.什么是图像的分辨率？
2.计算在240像素/英寸下640×480图像的大小。
3.计算有512×512像素的2×2英寸图像的分辨率。
4.什么是帧缓存？
5.如果使用每种基色占10bit的直接编码方式表示RGB颜色的值，每一像素有多少种可能的颜色？
6.为了提高直接编码方法的灵活性，每种基色适用不同的比特数来表示。如果每个像素的红色和蓝色都用5比特表示，绿色用6比特表示，一共用16比特表示，总共可以表示多少种颜色？
7.如果在查找表表示法中使用12比特表示像素值，那么查找表有多少个元素？
大作业：计算机图形处理的过程是什么？
主要
参考资料
参考教材及部分学术论文、网站
主要
参考资料
参考教材及部分学术论文、网站
备注
本章对学有余力的学生设置了附录部分，可使其对基于MFC的OpenGL程序开发框架有所了解。
西安理工大学教案(章节备课)
学时：8
章节
第三章基本图元的生成
教学目的
和要求
通过本章的学习使学生从当前光栅扫描图形生成的基本原理出发，学习并掌握基本图元的生成算法（包括点、直线、圆、区域填充、字符），了解图元属性控制的过程，并结合OpenGL相关函数掌握基本图元及属性控制的编程实现。从而使学生了解图形软件包中基本图元的生成原理，并着力培养学生解决计算机图形问题的基本思路，即算法。
1．了解图形系统的框架及其涉及的软件、硬件技术；
2．了解图形学的基本问题，掌握图形学的基本概念、方法与算法；
3．对与图形相关的应用及当前的研究热点有一个初步认识；
4．具有一定实践体会和相关的编程能力,能使用常见的图形处理软件。
教学重点、难点
第一章计算机图形学概论
重点：计算机图形学基本知识，图形学的研究内容、图形学的发展及应用，图形输入设备，图形显示设备，图形绘制设备，图形处理器，图形软件
2. Visual C++环境下OpenGL开发框架
本部分主要介绍控制台环境下OpenGL的程序开发的过程和框架，作为问题可向学生提问“C语言中结构化程序的框架是什么？”。然后结合绘制一个线框茶壶的实例介绍OpenGL程序的框架，此处主要介绍main函数中8个函数的功能是如何建立图形绘制窗口的，响应窗口变化函数、OpenGL初始化函数和图形绘制函数的框架。
教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
性，引出由1b子象限生成整个圆的方法。
结合上节基本图元生成指导思想，介绍Bresenham画圆的过程，并重点介绍判别式的推导过程。
为了加强学生对算法的理解，结合例3-5解释Bresenham画圆算法的各像素点及判别式的计算过程。
备注
西安理工大学教案(章节备课)
学时：4
章节
第二章Visual C++环境下OpenGL图形开发
教学目的
和要求
通过本章的学习使学生了解OpenGL的基本功能及处理图形的工作流程，OpenGL函数库的特点及规定。重点掌握控制台方式下OpenGL程序的框架，3D画布及基本图元的绘制函数。从而使学生掌握一种简单、有效的图形软件开发工具。
重点
难点
重点：OpenGL基本功能，OpenGL工作方式，Visual C++环境下OpenGL开发框架，基本图元绘制
难点：OpenGL控制台应用程序框架，OpenGL状态变量和3D画布概念的理解
教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
1.OpenGL简述
本部分主要使学生了解OpenGL的特点及主要功能，OpenGL流水线工作方式，函数库的种类和主要功能，数据类型和函数命名规则。
辅助手段：运行并讲解事例程序1(OpenGLConsoleApp)
3．基本图元绘制
本部分主要介绍OpenGL图形绘制函数、OpenGL状态变量设置、3D画布，从而使学生可以在计算机上搭建图形平台并利用基本图元绘制一些简单的图形。
辅助手段：运行并讲解事例程序2（RenderBF）
本章思考题
1．名词解释：回调函数、裁剪区、视口区
《Computer Graphics》，清华大学出版社，Donald Hearn M.Pauline Baker
《计算机图形学基础教程》，电子工业出版社，陈传波、陆枫编著
《计算机图形学基础教程》，清华大学出版社，孙正兴等编著
《计算机图形学理论与实践》，北京航空航天大学出版社，李春雨主编
《计算机图形学习题与解答》机械工业出版社，中信出版社，Zhigang Xiang
第二讲（2学时）
1.图形显示设备、光栅图形扫描系统、图形绘制设备、图形软件
（1）图形显示设备是本章的重点和难点，从CRT到彩色CRT，从具有N位面灰度等级CRT到具有颜色查找表CRT的工作原理讲解，重点介绍清楚分辨率与像素间的联系以及分辨率与图像大小间的联系，并介绍帧缓存与内存储器间的关系，帧缓存是如何存储图形，以及帧缓存与显示色彩间的关系，颜色查找表与可显示颜色、当前显示颜色间的关系。
9．如何建立绘制描述表与设备描述表之间的联系，并可在绘制描述表的环境下进行绘图？
10．将世界坐标系所建立的物体模型映射到屏幕窗口进行显示需经过哪些过程？
11．编程实现3种不同的线段，并观察不同顶点集顺序对绘制线段产生什么影响。