清华大学：《计算机图形学基础》课程教学大纲 Fundamental of Computer graphics（负责人：胡事民）

课程基本情况学分2总学时32课程编号40240422中文名称计算机图形学基础课程名称英文名称Fundamental of Computer graphics（一)、课程的重要性计算机图形学是计算机系本科生的一门重要课程，计算机图形学时计算机学科中最活跃的一个分支之一，是虚拟现实、计算机动画、可视化等课程的基础，在ACM/IEEE的计算机科学教学大纲中有这门课的要求。（二）、课程在内容安排及教学过程中的特色教学目的与重本课程以课堂教学、上机实践、课后作业相结合的方式进行点教学。上机题和作业题在上完相关内容后布置。上机作业在学期结束前，交上机实验结果和实验报告。（三）、通过该课程学习学生应掌握的知识、达到的水平或能力既向学生传授图形学的经典方法和最新成果，也注重培养学生动手实践能力。初步掌握光栅图形学、几何造型和真实感图学绘制的知识。能够编程实现大部分的光栅算法，和简单的真实感绘制算法，和简单的Bezier曲线的几何计算。文化素质课口公共基础课口学科基础课课程类型团专业基础课口专业课口其它教学方式回讲授为主口实验/实践为主口专题讨论为主口案例教学为主口自学为主口其它口中文中文+英文（英文授课>50%）授课语言口英文口其他外语考核方式及成考核方式：阅读报告+作业+课程大作业绩评定标准成绩评定标准：论文阅读报告(20%)，作业(20%),课程大作业(60%)■教材孙家广胡事民，计算机图形学基础教程，清华大学出版社，2005年；■主要参考书教材及主要参3D Computer Graphics: AMathematical Introduction with OpenGL,考书bySamuelR.Buss,June2003;Computer Graphics (C version), Donald Hearn, M，Pauline Baker,清华大学出版社，PrenticeHall出版社，1998

一、课程基本情况 课程编号 40240422 学分 2 总学时 32 课程名称 中文名称 计算机图形学基础 英文名称 Fundamental of Computer graphics 教学目的与重 点 （一）、课程的重要性 计算机图形学是计算机系本科生的一门重要课程，计算机图 形学时计算机学科中最活跃的一个分支之一，是虚拟现实、计算 机动画、可视化等课程的基础，在 ACM/IEEE 的计算机科学教学 大纲中有这门课的要求。 （二）、课程在内容安排及教学过程中的特色 本课程以课堂教学、上机实践、课后作业相结合的方式进行 教学。上机题和作业题在上完相关内容后布置。上机作业在学期 结束前，交上机实验结果和实验报告。 （三）、通过该课程学习学生应掌握的知识、达到的水平或能力 既向学生传授图形学的经典方法和最新成果，也注重培养学 生动手实践能力。初步掌握光栅图形学、几何造型和真实感图学 绘制的知识。能够编程实现大部分的光栅算法，和简单的真实感 绘制算法，和简单的 Bezier 曲线的几何计算。 课程类型 □文化素质课 □公共基础课 □学科基础课 专业基础课 □专业课 □其它 教学方式 讲授为主 □实验/实践为主 □专题讨论为主 □案例教学为主 □自学为主 □其它 授课语言 □中文  中文＋英文（英文授课>50%） □英文 □其他外语 考核方式及成 绩评定标准 考核方式：阅读报告+作业+课程大作业 成绩评定标准：论文阅读报告(20%),作业(20%),课程大作业(60%) 教材及主要参 考书  教材 孙家广 胡事民，计算机图形学基础教程，清华大学出版社，2005 年；  主要参考书 3D Computer Graphics: A Mathematical Introduction with OpenGL, by Samuel R. Buss, June 2003； Computer Graphics (C version), Donald Hearn, M ， Pauline Baker, 清华大学出版社， Prentice Hall 出版社， 1998

先修课程动先修要求、适数据结构■适用院系及专业用院系及专业计算机系二、课程内容简介本课程是为清华大学计算机系本科生开设的选修课，旨在介绍计算机图形学的基本概念、理论、方法和系统，主要内容包括：颜色模型、曲线曲面造型，光照模型，明暗处理，纹理，光线跟踪算法等。This courseintroducesbasic concepts, elements,algorithms and systems ofcomputergraphics.The main contents includecolormodel, curveand surfacemodeling, solid modeling, illumination model (Phong model, Cook-Torrance model),phong shading and Gouraud shading, texture mapping, ray tracing, etc.三、课程主要教学内容第一章图形学简介(2学时)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图形设备第二章颜色模型、图像基本知识、Phong光照模型(2学时)2.1颜色模型2.1.1颜色模型的视觉基础2.1.2RGB颜色模型2.1.3HSV颜色模型2.1.4其它颜色模型2.2图像基本知识2.3Phong光照模型第三章视图模型变换(2学时)3.1视图模型变换和视点的意义3.2视图变幻3.3齐次坐标3.4视点变换第四章材质反射属性模型BRDF(2学时)

先修要求、适 用院系及专业  先修课程 数据结构  适用院系及专业 计算机系 二、课程内容简介 本课程是为清华大学计算机系本科生开设的选修课，旨在介绍计算机图形学 的基本概念、理论、方法和系统，主要内容包括：颜色模型、曲线曲面造型，光 照模型，明暗处理，纹理，光线跟踪算法等。 This course introduces basic concepts, elements, algorithms and systems of computer graphics. The main contents include color model, curve and surface modeling, solid modeling, illumination model (Phong model, Cook-Torrance model), phong shading and Gouraud shading, texture mapping, ray tracing, etc. 三、课程主要教学内容 第一章 图形学简介 (2 学时) 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 第二章 颜色模型、图像基本知识、Phong 光照模型 (2 学时) 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 第三章 视图模型变换 (2 学时) 3.1 视图模型变换和视点的意义 3.2 视图变幻 3.3 齐次坐标 3.4 视点变换 第四章 材质反射属性模型 BRDF (2 学时)

4.1BRDF基础知识4.2BRDF的定义和性质4.3BRDF模型4.4BRDF度量第五章光线跟踪（4学时）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纹理第六章Bezier曲线曲面（4学时）6.1参数曲线和曲面的基本概念6.2Bezier曲线：概念与性质6.3Bezier曲面：矩形的和三角形的6.4矩形和三角形Bezier曲面的转换第七章B样条曲线曲面(2学时)7.1样条曲线简介7.2B样条曲线及其性质7.3B样条曲面7.4NURBS曲线和曲面第八章网格 (4学时)8.1网格基本知识8.2网格简化8.3细分8.4参数化第九章光线跟踪加速（4学时）9.1包围和技术9.2均匀格点法9.3四叉树，八叉树9.4空间二分树第十章纹理(2学时)10.1纹理简介10.2纹理合成

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 第五章 光线跟踪 (4 学时) 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 第六章 Bezier 曲线曲面 (4 学时) 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 第七章 B 样条曲线曲面 (2 学时) 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 第八章 网格 (4 学时) 8.1 网格基本知识 8.2 网格简化 8.3 细分 8.4 参数化 第九章 光线跟踪加速 (4 学时) 9.1 包围和技术 9.2 均匀格点法 9.3 四叉树，八叉树 9.4 空间二分树 第十章 纹理 (2 学时) 10.1纹理简介 10.2纹理合成

10.3纹理映射10.4纹理前沿技术第十一章阴影生成（2学时）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高级技术第十二章图形学前沿讲座四、实验及大作业内容实验（一）：实现一个室内场景的Phong模型+RayCasting绘制实验目的：掌握模型绘制的方法咖实验内容：基本要求能谊染一个复杂的场景，包括：1.基本几何体：立方体，多面体，球面等2.效果：phong光照模型，纹理，反射，透明，纹理，阴影3.不允许使用任何OpenGL相关的库。命令行程序只需要输出图片就可以了。最好能给出一个在场景中视点变化的漫游视频。选做部分：1.其他的BRDF模型2.光线跟踪加速技术：需要在场景中染复杂的几何体（例如读入一个大的obj文件），给出程序的运行时间3.高维纹理4.软阴影5.场景中支持任意的二次曲面6.你能想到的其他扩展实验类型：综合设计型实验实验（二）：实现网格简化算法实验目的：理解和实现网格简化方法图实验内容：基本要求

10.3纹理映射 10.4纹理前沿技术 第十一章 阴影生成 (2 学时) 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 第十二章 图形学前沿讲座 四、实验及大作业内容 实验（一）：实现一个室内场景的 Phong 模型+Ray Casting 绘制  实验目的： 掌握模型绘制的方法  实验内容： 基本要求 能渲染一个复杂的场景，包括： 1. 基本几何体：立方体，多面体，球面等 2. 效果：phong 光照模型，纹理，反射，透明，纹理，阴影 3. 不允许使用任何 OpenGL 相关的库。 命令行程序只需要输出图片就可以了。最好能给出一个在场景中视点变化的 漫游视频。 选做部分： 1. 其他的 BRDF 模型 2. 光线跟踪加速技术：需要在场景中渲染复杂的几何体（例如读入一个大 的 obj 文件），给出程序的运行时间 3. 高维纹理 4. 软阴影 5. 场景中支持任意的二次曲面 6. 你能想到的其他扩展  实验类型： 综合设计型实验 实验（二）：实现网格简化算法  实验目的： 理解和实现网格简化方法  实验内容： 基本要求

1.实现边塌的网格简化方法。能够用OpenGL进行网格的显示：推荐使用VC自带的glaux库2.3.程序能指定输入输出的obj文件，以及面数的简化比（输出面数占输入面数的百分比），例如命令行程序可以支持如下参数mesh_simp.exe输入.obj输出.obj简化比（一个小数，例如0.3）Obj文件的格式比较简单，需要能够自已读取，其格式见第8部分或者网4.络学堂上的oBJFileFormat.pdf。选做部分：1.显示mesh的时候可以考虑支持鼠标控制的旋转，平移和缩放2.实现第6讲介绍的顶点去除方法3.其他你能想到的一些扩展，最好是对现有方法的改进实验类型：■综合设计型实验五、课程知识单元与知识点

1. 实现边坍塌的网格简化方法。 2. 能够用 OpenGL 进行网格的显示：推荐使用 VC 自带的 glaux 库 3. 程序能指定输入输出的 obj 文件，以及面数的简化比（输出面数占输入面 数的百分比），例如命令行程序可以支持如下参数 mesh_simp.exe 输入.obj 输出.obj 简化比（一个小数，例如 0.3） 4. Obj 文件的格式比较简单，需要能够自己读取，其格式见第 8 部分或者网 络学堂上的 OBJ File Format.pdf。 选做部分： 1. 显示 mesh 的时候可以考虑支持鼠标控制的旋转，平移和缩放 2. 实现第 6 讲介绍的顶点去除方法 3. 其他你能想到的一些扩展，最好是对现有方法的改进  实验类型： 综合设计型实验 五、课程知识单元与知识点