【计算机图形技术】
【Computer Graphics】
一、基本信息
课程代码：【2050055】
课程学分：【2】
面向专业：【数字媒体技术】
课程性质：【专业必修课】
开课院系：信息技术学院数字媒体系
使用教材：主教材【WebGL编程指南，Diego Cantor，清华大学出版社，2013.12】
辅助教材【WebGL高级编程——开发Web 3D图形，阿尤鲁，清华大学出版社，2013.6.】
二、课程简介
计算机图形学是计算机学科最活跃的分支之一，主要研究用计算机进行图形输入、输出、表示和运算的基本原理。计算机图形学在计算机辅助设计、计算机科学计算、电子印刷及办公自动化、艺术模拟等方面有重要的应用。因此，从事计算机工作的相关人员也就有必要系统地学习有关计算机图形学的理论和方法，以便在今后的工作中得以使用。本课程将使用WebGL编程语言介绍计算机图形学的基础知识，包括建模、绘制、动画等，学生可使用HTML5的canvas绘制3D图形。
三、选课建议
该课程适合数字媒体技术专业在第三学年开设。
四、课程与培养学生能力的关联性
自主学习 | 表达沟通 | 专业能力 | 尽责抗压 | 协同创新 | 服务关爱 | 信息应用 | 国际视野 | |||||
系统运维 | 软件开发 | 交互设计 | 素材采集与处理 | 影视动画制作 | 互动应用开发 | |||||||
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五、课程学习目标
本课程的教学应使得学生熟练掌握有关视图变换和投影处理、建模、绘制、光照、着色处理，以及WebGL 如何实现基本概念和技术，使学生理解并学会使用图形API实现图形操作，学生应能够理解计算机图形技术，构建3D Web应用。
六、课程内容
第1章WebGL简介（1）
通过本章学习，对WebGL进行概述，理解并掌握创建HTML5 canvas并获取WebGL上下文的方法。
本章重点是WebGL概述，本章难点是WebGL上下文。
第2章使用WebGL绘制几何体（2+1）
通过本章学习，理解并掌握VBO、VS、PS、帧缓存等WebGL绘制流水线中的元素，理解并掌握WebGL元素和Javascript数组绑定的方法，JSON数据格式的介绍等，运用WebGL 绘制基本几何体及载入JSON几何体。
通过本章实验使学生熟悉开发环境，认识WebGL和Javascript的语句。
本章重点和难点是WebGL绘制流水线以及和Javascript数组的绑定。
第3章建模（3+1）
通过本章学习，理解并掌握计算机图形学中的虚拟照相机模型、模型变换（缩放、平移、旋转）和投影变换（透视投影、正交投影），运用WebGL和Javascript实现三维图形的绘制、变换和投影，理解局部坐标系和世界坐标系，理解模视矩阵和投影矩阵，知道齐次坐标。理解并掌握WebGL硬件编程中Attributes、uniforms、varyings等数据类型。
通过本章实验使学生熟悉开发环境，认识WebGL和Javascript的语句。
本章重点是模型变换和投影变换，本章难点是模型变换。
第4章绘制（4+1）
通过本章学习，理解并掌握局部光照明模型（环境光、漫反射光、镜面高光、Phong光照明模型）；理解着色处理模型（Flat Shading、Gauroud Shading、Phong Shading）如何为多边形生成平滑变化的颜色；知道常用的颜色模型，理解颜色混合与α通道；理解消隐的概念和z buffer；使学生知道纹理可增强物体细节。运用WebGL和Javascript建立光照处理和着色处理，并进行函数纹理和二维纹理映射。
通过本章实验使学生学会使用WebGL和Javascript设计一个真实感图形显示系统。
本章重点和难点是WebGL中的光照设置、纹理设置。
第5章动画（1）
通过本章学习，使学生知道一个典型的三维动画系统的结构是造型表达（三维建模、真实感模拟）和运动表达（物理规则、传统动画方法），知道如何创建动画图像；知道参数曲线和曲面，理解使用不同基函数对几何点进行插值，使用少量控制点来创建复杂曲线和曲面的方法。
本章重点是WebGL中的动画设置，本章难点是动画定时器的设置。
第6章高性能技术简介（1）
通过本章学习，理解光线跟踪算法，使学生知道体绘制、分形和迭代函数系统。
七、课内实验名称及基本要求（适用于课内实验）
序号 | 实验名称 | 主要内容 | 实验 时数 | 实验类型 | 备注 |
1 | 熟悉开发环境 | 了解和使用HTML5 Canvas，熟悉WebGL的VS、PS语言基础。 | 2 | 验证型 | |
2 | 三维图形系统 | 使用WebGL 实现三维图形的绘制、变换和投影，绘制在HTML5 Canvas上。 | 6 | 设计型 | |
3 | 真实感图形系统 | 使用WebGL 实现图形绘制，变换和真实感图形显示，综合运用。 | 8 | 设计型 |
总评构成（1+X） | （1） | （X1、X2、X3……） |
评价方式 | 期末考试（开卷笔试+上机考试） | X1：课堂提问（10%） X2：读书报告（10%） X3：实验报告（30%） |
1与X两项所占比例% | 50% | 50% |
“1”一般为总结性评价, “X”为过程性评价，“X”的次数一般不少于3次，无论是“1”、还是“X”，都可以是纸笔测试，也可以是表现性评价。与能力本位相适应的课程评价方式，较少采用纸笔测试，较多采用表现性评价。
常用的评价方式有：课堂展示、口头报告、论文、日志、反思、调查报告、个人项目报告、小组项目报告、实验报告、读书报告、作品（选集）、口试、课堂小测验、期终闭卷考、期终开卷考、工作现场评估、自我评估、同辈评估等等。
本大纲只对“1”的考核方式以及比例进行规定，对“X”不予规定，由任课教师自行决定X的内容、次数及比例，同一门课程由多个教师共同授课的、由课程组共同讨论决定X的内容、次数及比例。
撰写： 余莉 系主任审核：矫桂娥
2015年9月1日
注：教学大纲电子版公布在本学院课程网站上，并发送到教务处存档。
