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20.2 华中科技大学-计算机图形学

课程名称

计算机图形学

课程概要
《计算机图形学》课程的设置旨在帮助学生从基础理论到实际操作逐步掌握图形学的核心概念与技术,最终能够应用图形学知识解决实际问题。课程引导学生了解图形学的基本概念、相关学科的交叉、以及图形学的发展历程,同时提供大量的实验和案例帮助学生更好地理解与掌握相关知识。

在课程的初期,学生将了解图形学的基本概念、图形系统的功能与结构,以及如何通过图形设备与输入设备进行交互。特别是对于显示设备,如CRT、液晶显示器及3D显示设备的原理,课程提供了详尽的讲解。此外,课程还深入讨论了渲染管线的演变,特别是GPU可编程渲染管线的应用,学生将通过着色器编程的实际操作掌握渲染过程。

第二部分侧重于图形绘制算法的讲解,包括DDA、Bresenham算法等直线和圆的生成算法,以及如何处理图形的填充、反走样等问题。学生将通过实验了解如何实现这些基本算法,并探索如何利用不同算法进行图形的渲染与优化。

接下来的部分讲解了造型技术与几何造型的不同方法,学生将学习Bezier曲线、B样条曲线等参数化方法,通过实例演示理解曲线与曲面的生成过程。同时,课程还介绍了图形学中的空间分割、粒子系统等非规则造型方法。

课程的第三部分进一步深入到图形的几何变换,讲解了齐次坐标、模型变换、观察变换以及投影变换等内容。通过具体的例子,学生将掌握如何进行三维图形的变换和裁剪,并通过实验学习如何实现这些变换。

最后,课程介绍了图形渲染中的一些高级技术,如光照模型、纹理映射和阴影处理等。学生将深入学习Phong光照模型、Blinn-Phong模型等经典光照技术,理解如何利用光线追踪等算法进行真实感渲染。此外,课程还涉及了片元操作、混合、深度测试等图形学中的高级概念,帮助学生掌握实际图形渲染中的关键技术。

通过本课程的学习,学生不仅能掌握计算机图形学的基础理论,还能通过实际的编程实验和案例,获得丰富的实践经验,最终能够解决实际图形学应用中的问题。
| 推荐系数 |

⭐⭐⭐

| 先修 |

C语言、C++初步。

语音字幕
中文
英文

课程大纲
1.对课程的设置思路进行介绍,对学生的学习方法进行引导。
2.对第一篇(前三章)的教学内容进行导学。
3.介绍图形学的基本概念、相关学科和发展历史。
4.介绍当前经典的图形应用,并对研究前沿进行探讨
5.对图形系统的功能和结构介绍。
6.对输入设备进行介绍。
7.讲解CRT的基本原理。
8.讲解平板显示器的基本原理,包括液晶、LED显示器等。
9.介绍当前流行的3D显示设备。
10.对图形系统中核心部分显示子系统进行介绍。
11.讲解渲染管线的发展历程。
12.讲解基于GPU的可编程渲染管线。
13.对着色器编程的基本方法进行介绍。
14.对课程中实验的设置和图形编程的基本框架进行介绍。
15.对绘制三角形实验进行讲解。
16.对第二篇进行导学。
17.讲解直线生成的数值微分算法,也就是DDA算法
18.讲解直线的中点生成算法。
19.讲解直线的改进的Bresenham算法。
20.讲解八分法画圆的基本思想。
21.讲解中点画圆法(又称中点Bresenham算法画圆)。
22.讲解椭圆的中点Bresenham画法。
23.讲解X扫描线算法。
24.讲解Y向连贯性算法(又称有序边表算法)。
25.讲解边标志算法。
26.讲解种子填充算法。
27.讲解图元的各种属性。
28.讲解反走样的概念和方法。
29.小图助学:通过我们的程序演示直线、圆、椭圆生成,反走样。
30.讲解造型技术的基本概念。
31.讲解样条的基本概念。
32.讲解具体的实例,Bezier曲线和曲面。
33.演示Bezier曲线和曲面的生成过程。
34.讲解规则造型中的边界表示方法。
35.讲解规则形体造型中的构造实体几何法。
36.讲解规则形体造型中的空间分割表示方法。
37.演示边界表示和构造实体几何表示两种造型方法。
38.讲解非规则造型中的形几何。
39.讲解非规则造型中的粒子系统。
40.演示分数维造型和粒子系统两种造型方法。
41.对第三篇的教学内容进行导学,包括讲解几何阶段需要的数学知识。
42.讲解齐次坐标。
43.讲解模型变换。
44.演示模型变换(小图亲自出镜)。
45.讲解观察变换。
46.演示视图变换(小图亲自出镜)。
47.讲解投影的基本概念,包括平行投影、透视投影等。
48.讲解规范化的观察空间和规范化的投影变换。
49.讲解经典的编码裁剪算法。
50.讲解经典的梁友栋-巴斯基算法。
51.讲解多边形裁剪,以及三维空间中的裁剪。
52.讲解屏幕映射。
53.讲解立方体旋转实验(github上有工程)。
54.演示编码裁剪算法。
55.演示两种多边形裁剪算法。
56.讲解环境如何配置。
57.对第四篇的教学内容进行导学,包括讲解片元着色和片元操作。
58.讲解图形渲染与视觉外观。
59.讲解各有有趣的视觉现象。
60.讲解各有经典的颜色模型。
61.讲解简单光照明模型Phong模型。
62.演示Phong模型的光照效果。
63.讲解Phong模型具体的实现。
64.演示Blinn-Phong模型的光照效果。
65.讲解全局光照以及其中的光线追踪算法。
66.演示光线追踪算法。
67.讲解Phong光照模型实验(github上有工程)。
68.讲解纹理的基本概念和纹理映射的基本方法。
69.讲解颜色纹理的实现,以一个天空盒为例(github有工程)。
70.讲解几何纹理实现的一般方法,详细讲解法线贴图。
71.讲解用法线贴图实现几何纹理的实验(github上有工程)。
72.讲解阴影的概念,实现实时阴影计算的一般方法。
73.讲解Shadow Mapping方法的具体实现(github上有
74.演示纹理的不同效果。
75.讲解片元操作的过程以及其中涉及到的几个缓冲区。
76.讲解消隐,包括剔除和深度测试,重点讲解深度测试。
77.讲解混合,实现对透明物体的处理(github上有工程)。
78.演示混合效果。
79.录屏讲解环境的配置。
学习指南