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1、图形学与人机交互设计（542010）教学大纲01教学单位：软件学院02课程编号：54201003课程名称：图形学与人机交互设计04课程英文名称：Computer Graphics & Interactive Technology05课程学时：48 学时，其中含实验 20 学时06课程学分：2.5 学分07课程类别：学科基础课08课程性质：选修09开课学期：第 5 学期10面向专业：软件工程11选用教材，徐长青、许志闻、郭晓新， 计算机图形学 ，机械出版社，2010 年。12主要参考书1. （美）赫恩 著， （美）巴克 著，蔡士杰，宋继强，蔡敏 译计算机图形学第三版，电子工业出版社 20102.
2、孙家广，胡事民 计算机图形学基础教程 清华大学出版社 2009.13课程教学目的与任务图形学与人机交互设计是一门计算机专业基础课，是计算机专业本科生必修的专业基础课。本课程介绍图形显示及图形表示的方法和原理。通过本课程的学习，使学生了解计算机在图形应用方面的基础原理，了解图形应用中的特殊性处理方法，掌握人机交互程序设计，进而懂得计算机在数值领域深入应用的方法，为问题的解决提供适宜的模型和办法。14课程教学基本要求第一章 计算机图形学简介 课堂讲授。第二章 图形基元的显示 教学环节：课堂讲授、作业、实验。作业题见书后 5 道习题。通过作业使学生更好的理解掌握本章讲授的内容。通过编程实现书中算法，
3、具体实验内容见实验教学大纲。第三章 图形变换 教学环节：课堂讲授、作业、实验。作业题见书后 5 道习题。通过作业使学生更好的理解掌握本章讲授的内容。通过编程实现书中算法，具体实验内容见实验教学大纲。第四章 曲线和曲面 教学环节：课堂讲授、作业、实验。作业题见书后 5 道习题。通过作业使学生更好的理解掌握本章讲授的内容。通过编程实现书中算法，具体实验内容见实验教学大纲。第七章 消除隐藏线和隐藏面算法 教学环节：课堂讲授、作业、实验。作业题见书后 5 道习题。通过作业使学生更好的理解掌握本章讲授的内容。通过编程实现书中算法，具体实验内容见实验教学大纲。第八章 真实感图形的绘制课堂讲授。15预备知识
4、或先修课程要求高等数学、计算方法、C+程序设计。16课程教学内容、要求及学时分配第一章 计算机图形学简介（4 学时）要求学生了解计算机图形学目前的发展、应用领域及计算机绘图的设备、绘图软件、交互方式和交互技术。第一节 计算机图形学及相关学科1、图形学概念2、图形学、图象处理与模式识别的关系3、交互式计算机图形学第二节 计算机图形学的起源1、 “Sketchpad:人-机图形通信系统”-Ivan E.Sutherland2、 国内的发展第三节 计算机图形学应用及发展动向1. 计算机图形学应用2. 计算机图形学的研究内容与发展动向第四节 图形系统硬件1. 图形系统硬件的构成2. 图形显示器的工作方
5、式3. 光栅扫描显示的原理、结构第五节 计算机图形标准1. 计算机图形标准的定义2. 常用的几种图形标准第二章 图形基元的显示（4 学时）要求学生掌握基本的图形基元的显示方法和绘制直线、圆的基本算法，封闭多边形的填充算法和扫描转换算法。难点：多边形扫描转换算法的数据结构。第一节 直线扫描转换算法1. DDA 扫描转换算法2. 中点扫描转换算法3. Breshenham 扫描转换算法第二节 圆的扫描转换算法1. 中点画圆法2. Bresenham 画圆法第三节 种子填充算法1. 内定义四连通填充算法2. 边界定义四连通填充算法3. 扫描线种子填充算法第四节 多边形扫描转换算法1. 扫描前的预处理
6、2. 有序边表和活跃边表3. 多边形扫描转换算法第三章 图形变换（6 学时）要求学生掌握图形的各种变换矩阵、图形的裁剪伏算法。难点：三维图形变换和投影变换、裁剪。第一节 变换的数学基础1. 向量和向量运算2. 矩阵和矩阵运算3. 齐次坐标第二节 二维图形变换1. 基本几何变换的种类与计算公式2. 组合变换第三节 二维视见变换1. 窗口、视区的概念2. 视见变换与视见变换的计算第四节 三维图形变换1. 基本几何变换的种类与计算公式2. 组合变换第五节 投影1. 投影的形成和种类2. 平行投影的种类与计算3. 透视投影的种类与计算第六节 裁剪1. 裁剪的定义2. Cohen-Sutherland
7、直线段裁剪算法3. 中点分割算法4. 梁友栋-Barsky 算法5. Sutheland-Hodgman 多边形裁剪算法6. 凸多边形为裁剪区域的直线段裁剪算法第四章 曲线和曲面（6 学时）要求学生掌握 Hermite 曲线、Bezier 曲线、B 样条曲线基本定义、绘制方法。重点：各种曲线的区别和绘制条件。难点：B 样条曲线的基函数。第一节 曲线和曲面表示的基础1. 曲线和曲面的参数表示2. 曲线、曲面的表现方式第二节 Hermite 多项式和 Coons 曲面1. Hermite 多项式2. Coons 曲面第三节 Bezier 曲线与曲面1. Bezier 曲线2. Bezier 曲面第
8、四节 B 样条曲线与曲面1. B 样条曲线2. B 样条曲面第七章 消除隐藏线和隐藏面算法（6 学时） 要求学生掌握三维空间图形的消隐方法。重点：各种消隐算法思想和应用条件。难点：深度比较。 第一节 线面比较法消除隐藏线1. 外法线确定可见面计算2. 线面比较法消除隐藏线步骤第二节 深度排序算法第三节 Z-缓冲算法第四节 扫描线算法第五节 区域分割算法第八章 真实感图形的绘制（2 学时）要求学生理解真实感显示图形的基本原理和方法。重点：绘制真实感图形的基本要素和方法。第一节 漫反射与具体光源的照明1. 环境光2. 漫反射3. 镜面反射与 Phong 模型4. 光的衰减第二节 多边形网的明暗处理1. 常数明暗法2. Gouraud 方法3. Phong 方法17考核要求、考核方式及成绩评定标准闭卷笔试18执笔人：许志闻 教授19制定日期：2013102020审核人：钟慧湘 教授21审核日期：20131110
