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Harbin Institute of Technology

计算机图形学

Harbin Institute of Technology via XuetangX

Overview

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计算机图形学是计算机视觉等后续许多课程的基础,要求学生在学完本课以后,能对计算机图形学的研究内容及其应用方向有一个全面的认识和了解,了解计算机图形学与图像处理、模式识别、计算几何等相关学科的关系,掌握基本图形生成算法、图形显示原理、自由型曲线及其在汽车、船舶、飞机等外形设计中的应用、自然景物模拟的基本方法、三维真实感图形显示方法和计算机动画技术等基础内容,以及虚拟现实、神经辐射场和3D高斯泼溅等前沿内容,培养学生利用计算机进行图形生成、处理和显示算法设计和实现的能力,为以后从事相关领域的研究打下坚实的基础。

本课程以应用为背景,以算法为核心,基础内容侧重深度和实用性,拓展内容侧重广度和先进性。采用基础算法详细介绍、高级应用专题介绍的“金字塔式”设计思路,在介绍图形硬件、图形标准,以及图形生成、变换与裁剪等基本算法的基础上,以专题形式介绍自由曲线曲面、三维实体造型、真实感图形显示、自然景物模拟与分形艺术、计算机动画等内容,点面结合,深入浅出,以达到在有限学时内开阔学术视野、提高学习兴趣的目的。

 


Syllabus

  • 第1章 绪论
    • 1.1《计算机图形学》课程概述
    • 1.2 计算机图形学及其研究内容
    • 1.3 计算机图形学的发展历程
    • 1.4 计算机图形学的应用领域
  • 第2章 交互式计算机图形系统
    • 2.1 交互式计算机图形系统的组成
    • 2.2 OpenGL图形标准
    • 2.3 一般图形输入设备
    • 2.4 3D图形输入设备
    • 2.5 图形输出设备
    • 2.6 显示处理器及其图形显示原理
    • 2.7 CRT显示器的显示原理
    • 2.8交互式计算机图形处理系统——液晶显示器
    • 2.9 平板显示器——LED显示器
    • 2.10 三维立体显示技术
    • 2.11 新一代显示器
    • 2.12 虚拟现实的动态交互感知设备
  • 第3章 基本图形生成算法
    • 3.1 直线的扫描转换——Bresenham画线算法
    • 3.2 圆和圆弧的扫描转换——Bresenham画圆算法
    • 3.3 图形反走样算法
    • 3.4 实区域填充算法的基本思路
    • 3.5 扫描线填充的基本原理和思路
    • 3.6 有序边表算法
    • 3.7 边填充算法
    • 3.8 简单的种子填充算法
    • 3.9 扫描线种子填充算法
  • 第4章 自由曲线和曲面
    • 4.1自由曲线曲面概述
    • 4.2 参数样条曲线
    • 4.3参数多项式曲线
    • 4.4Bézier曲线
    • 4.5Bézier曲线的拼接
    • 4.6de Casteljau算法
    • 4.7反求Bézier曲线控制顶点
    • 4.8B样条曲线
    • 4.9B样条曲线的特殊外形设计
    • 4.10反求B样条曲线控制顶点
    • 4.11均匀B样条曲线、准均匀B样条曲线与非均匀B样条曲线
    • 4.12非均匀有理B样条曲线
    • 4.13Bézier曲面和B样条曲面
  • 第5章 图形变换与裁剪
    • 5.1 窗口视图变换
    • 5.2 二维图形几何变换原理
    • 5.3 齐次坐标技术和二维组合变换
    • 5.4 三维图形几何变换
    • 5.5 投影变换的分类
    • 5.6 平行投影
    • 5.7 透视投影
    • 5.8图形变换与裁剪-二维线段裁剪问题
    • 5.9图形变换与裁剪-编码裁剪和中点分割二维线段裁剪算法
    • 5.10图形变换与裁剪-Liang-Barsky二维线段裁剪算法
    • 5.11 Sutherland-Hodgman逐边裁剪算法
    • 5.12 Weiler-Atherton双边裁剪算法
    • 5.13 三维线段裁剪
  • 第6章 实体几何造型基础
    • 6.1 多面体模型和曲面模型
    • 6.2 线框模型、表面模型和实体模型
    • 6.3 实体几何造型系统的发展
    • 6.4 实体的定义与运算
    • 6.5 实体的表示方法——实体的边界表示
    • 6.6 实体的表示方法——实体的分解表示
    • 6.7 实体的表示方法——实体的构造实体几何表示
    • 6.8 实体的表示方法——实体的扫描表示和元球表示
  • 第7章 自然景物模拟与分形艺术
    • 7.1 分形几何学的发展历程
    • 7.2 什么是分数维数
    • 7.3 分形图形的生成——随机插值模型
    • 7.4 分形图形的生成——迭代函数系统
    • 7.5 分形图形的生成——L系统
    • 7.6 分形图形的生成——粒子系统
    • 7.7 自然景物模拟实例——雨、雪、瀑布、喷泉
    • 7.8 动力系统中的分形和混沌吸引子
    • 7.9 分形艺术——Julia集与Mandelbrot集
    • 7.10分形艺术——复平面域的Newton-Raphson方法
  • 第8章 真实感图形显示
    • 8.1 三维图形显示的基本流程和取景变换
    • 8.2 隐藏面消除算法的分类和背面剔除算法
    • 8.3 隐藏面消除算法——画家算法
    • 8.4 隐藏面消除算法——Weiler-Atherton算法
    • 8.5 隐藏面消除算法——BSP树算法
    • 8.6 隐藏面消除算法——深度缓冲器算法
    • 8.7 隐藏面消除算法——扫描线Z缓冲器算法
    • 8.8 隐藏面消除算法——区间扫描线算法
    • 8.9 隐藏面消除算法——Warnock算法
    • 8.10 隐藏面消除算法——光线投射算法
    • 8.11 阴影生成
    • 8.12 基本光照模型
    • 8.13 整体光照模型
    • 8.14 多边形表示的明暗处理
    • 8.15 光线跟踪技术
    • 8.16 纹理细节模拟——颜色纹理
    • 8.17 纹理细节模拟——几何纹理
    • 8.18 纹理细节模拟——过程纹理
    • 8.19 3D高斯泼溅
  • 第9章 计算机动画
    • 9.1动画技术的起源、发展和应用
    • 9.2动画的基本概念和传统动画
    • 9.3计算机动画技术概述
    • 9.4关键帧和样条驱动技术
    • 9.5基于运动捕获的动画生成
    • 9.6 Morphing和FFD变形技术
    • 9.7双缓冲技术
    • 9.8 计算机动画软件简介
  • 第10章 虚拟现实与增强现实
    • 10.1 虚拟现实与增强现实概述
    • 10.2 虚拟现实与增强现实系统组成
    • 10.3 虚拟现实与增强现实关键技术
    • 10.4 虚拟现实和增强现实技术的发展趋势
  • 期末考试

    Taught by

    Xiaohong Su, Wei Hongwei, and Hong Xiaopeng

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