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教学大纲 课堂讲授的主要的知识点： 第一章 图形学简介 1.1 计算机图形学的研究内容1.2 发展的历史回顾1.3 应用及研究前沿1.4 图形设备 2学时 第二章 颜色模型、图像基本知识、Phong光照模型 2.1 颜色模型 2.1.1 颜色模型的视觉基础 2.1.2 RGB颜色模型 2.1.3 HSV颜色模型 2.1.4 其它颜色模型 2.2 图像基本知识 2.3 Phong光照模型 2学时 第三章 视图模型变换 3.1 视图模型变换和视点的意义 3.2 视图变换 3.3 齐次坐标 3.4 视点变换 2学时 第四章 材质反射属性模型BRDF 4.1 BRDF基础知识 4.2 BRDF的定义和性质 4.3 BRDF模型 4.4 BRDF度量 2学时 第五章 光线跟踪 5.1 光线跟踪简介 5.2 光线求交 5.3 阴影 5.4 透明和镜面反射 5.5 纹理 4学时 第六章 Bezier曲线曲面 6.1 参数曲线和曲面的基本概念 6.2 Bezier曲线：概念与性质 6.3 Bezier曲面：矩形的和三角形的 6.4 矩形和三角形Bezier曲面的转换 4学时 第七章 B样条曲线曲面 7.1 样条曲线简介 7.2 B样条曲线及其性质 7.3 B样条曲面 7.4 NURBS曲线和曲面 2学时 第八章 网格 8.1 网格基本知识 8.2 网格简化 8.3 细分 8.4 参数化 4学时 第九章 光线跟踪加速 9.1 包围盒技术 9.2 均匀格点法 9.3 四叉树，八叉树 9.4 空间二分树 4学时第十章 纹理 10.1 纹理简介 10.2 纹理合成 10.3 纹理映射 10.4 纹理前沿技术 2学时第十一章 阴影生成 11.1 阴影概述 11.2 硬阴影和软阴影 11.3 平面阴影 11.4 曲面阴影 11.5 阴影图 11.6 高级技术 2学时 第十二章 图形学前沿讲座 2学时
学生课外选读，并完成读书报告的知识点: 1. 直线与圆弧的扫描转化 2. 多边形的扫描转化与填充 3. 裁减 4. 消隐 5. 反走样 课程讲授共 48 个学时，其中课堂讲授共 32 个学时，课外阅读、上机实践 16 学时。 教学大纲下载 参考资料 1. 孙家广，胡事民. 计算机图形学基础教程. 北京：清华大学出版社，2005. 2. 胡事民，刘利刚，刘永进，张松海 译. Francis S Hill Jr, Stephen M Kelley 著. 《计算机图形学（OpenGL版）》 第3版. 北京：清华大学出版社，2009. 3. Samuel R. Buss. 3D Computer Graphics: A Mathematical Introduction with OpenGL. Cambridge University Press, 2003. 4. Donald Hearn, M.Pauline Baker. Computer Graphics (C Version). 北京：清华大学出版社，1998. 授课教案 图形学简介 图形学是计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理和显示的一门重要的计算机学科分支，它是计算机科学中最活跃的分支之一。近年来，随着计算机及互联网技术的迅速发展，计算机图形学正越来越深入我们的生活，它在图形视频处理，工业建模，游戏制作，生物信息，医药医疗等各行各业都有着及其重要的作用。本课件深入介绍了图形学的历史和研究热点，让同学们对计算机图形学有一个粗略的认识，为以后的学习打下基础。 电影 游戏 仿真 CAD 建筑设计 生物信息学图1：图形学在各个行业中的应用 视图模型变换 图形学中最基本的概念是图形对象的表示，本课件简要介绍了这些概念，主要包括： 颜色表示：常见的颜色空间，包括RGB，CMY，HSV，CIE XYZ等。 光照模型：Phong光照模型 绘制：网格的绘制 变换：几种常见的变换，包括刚体变换、相似变换、线性变换、仿射变换、投影变换，齐次坐标的概念，平移、缩放和旋转，变换的合成 投影：包括正交投影和透视投影 图2.1：Phong光照模型 图2.2：三角网格绘制双向反射分布函数 BRDF（Bidirectional Reflectance Distribution Function，双向反射分布函数）是图形学中的重要概念，在渲染（Rendering）中发挥着重要的作用，本课件介绍BRDF数据的基本概念以及常用模型，包括： 基本概念：球面坐标、立体角、投影面积、光能、光通量、辉度、发光强度、光亮度，BRDF的定义和性质 三种常用的BRDF模型：经验模型、基于物理的模型和数据表达的模型，以及它们之间的比较 BRDF的获取图3：将BRDF应用到Phong光照模型上 光线跟踪，递归算法，光线求交 光线跟踪是图形学渲染中的基本问题，本课件介绍光线跟踪的基本概念和方法，包括：光线跟踪的历史和基本思想，光线求交技术，光线的表示，平面求交，三角形求交，多边形求交，球面求交，立方体求交，最简单的光线跟踪技术---光线投射，阴影，光线的反射和折射，光线跟踪的迭代技术，纹理等。 图4：光线跟踪参数曲线曲面、Bezier曲线、Bezier曲面 Bezier曲线曲面的发明是计算机图形学历史上的里程碑，本课件介绍Bezier曲线曲面的原理和方法。包括：参数曲线曲面，几何造型的历史，Bezier曲线的定义和性质， Bezier曲线的升阶和降阶，Bezier曲面的定义和性质，Bezier曲面的三角化，de Casteljau算法。 图5.1：Bezier曲线 图5.2：Bezier曲面 图5.3：Bezier曲面网格模型、网格细分和简化 网格是几何模型的基本表示方法，网格模型表示和处理是图形学中的重要课题。本课件介绍了网格模型的表示、应用及其简化。包括： 网格模型的基本概念：网格模型的描述方法 网格模型的细分的基本方法：Loop，根号3 网格模型的简化：网格拓扑的概念，网格简化概述，网格简化基本类型（静态简化,动态简化,随视点相关的简化），顶点去除和收缩，边收缩 图6.1：模型的网格表示网格参数化模型切割的骨架算法 参数化是图形学的重要课题，它是很多图形学处理算法基础，例如纹理映射、细节迁移等。本课件介绍参数化的基本概念，以及基本方法，包括扭曲优化，切割路径的计算等。 图7：参数化B样条曲线曲面 B样条曲线曲面是Bezier曲线曲面的推广，在几何造型中有着重要的应用。本课件介绍B样条曲线曲面的历史、基本定义和性质，均匀、准均匀及非均匀B样条，De Boor算法，NURBS曲线曲面。 图8.1：B样条曲线 图8.2：B样条曲面光线跟踪加速方法 光线跟踪加速技术是对传统光线跟踪的改进，大大改进光线跟踪的效率。包括：包围盒、层次包围盒、3DDDA、八叉树、广义光线跟踪等。 图9：八叉树描述纹理映射 纹理可以使得几何模型更加逼真，在图形学中有着很重要的应用。本课件包括纹理的意义和作用，纹理的获取，过程纹理，纹理的合成（基于象素的纹理合成，基于分片的纹理合成），纹理映射（纹理坐标的计算，保角映射）。 图：纹理映射阴影 阴影可以使得场景更加逼真，在图形学中也有着很重要的作用。本课件包括阴影的概念、硬阴影和软阴影、体阴影、阴影映射 图：阴影课后习题 图形学基本概念题 B样条曲线习题 Bezier曲线习题 真实感图形学习题 习题解答 图形学基本概念题解答 B样条曲线习题解答 Bezier曲线习题解答 真实感图形学习题解答 实验指导 点击这里到教学软件页面获取实验指导 演示视频 3D模型的拓扑编辑视频、程序： 半透明材质编辑 基于骨架的实体模型拓扑修复程序 授课录像 Bezier曲线曲面：参数曲线和参数曲面的基本概念，贝塞尔曲线的概念和性质，贝塞尔曲面的四边形化和三角化，三边和四边贝塞尔曲面的转化 视频文件下载 阴影：阴影概述，硬阴影和软阴影，平面阴影，曲面阴影，阴影图，高级技术 视频文件下载 三角网格与数字几何处理：网格的构造、描述、细分、简化与参数化的基本概念和方法 视频文件下载 图形学前沿选讲－基于视频的绘制：视频处理的基本概念以及典型视频处理的概念和算法，包括视频特征提取、跟踪、分割、风格化和帧序列重排 视频文件下载 学生作品 光线跟踪渲染的静态场景： 光线跟踪演示视频1：
光线跟踪演示视频2：
光线跟踪演示视频3：
光线跟踪演示视频4：
光线跟踪演示视频5：
课程试题 《计算机图形学基础》模拟试题（1） 《计算机图形学基础》模拟试题（2） 《计算机图形学基础》模拟试题（3） 试题解析 《计算机图形学基础》模拟试题（1）解析 《计算机图形学基础》模拟试题（2）解析 《计算机图形学基础》模拟试题（3）解析 |
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