《计算机图形学》实验指导书2016

地理信息科学专业学科基础选修课《计算机图形学》实验指导书资源环境学院地理信息科学教研室2016年9月2目录《计算机图形学》课程教学大纲........................................4《计算机图形学》课程实验报告要求...................................11实验一、基本图形生成...............................................121.1实验目的...................................................121.2实验任务及其基本原理.......................................121.2.1实验任务.............................................121.2.2Bresenham直线生成算法基本原理.......................121.3实验基本知识和实验步骤.....................................131.3.1VisualC++的集成开发环境.............................131.3.2应用程序工程的建立方法...............................141.3.3输入源程序进行程序设计...............................201.3.4VisualC++图形设备接口...............................211.3.5实现DDA画线程序基本步骤.............................231.4实验要求...................................................271.5其它说明...................................................27实验二、图形填充算法...............................................292.1实验目的...................................................292.2实验任务及其基本原理.......................................292.2.1实验任务.............................................292.2.2四连通种点填充算法...................................292.3实验步骤...................................................292.3.1编写程序画一个多边形.................................292.3.2捕捉鼠标点击.........................................312.3.3多边形填充...........................................342.3.4其它说明.............................................3532.4实验报告要求...............................................362.5其它说明...................................................36实验三、图形的几何变换.............................................373.1实验目的...................................................373.2实验任务及其基本原理.......................................373.2.1实验任务.............................................373.2.2二维图形几何变换.....................................373.3实验基本知识和实验步骤.....................................383.3.1VisualStudio菜单程序设计...........................383.3.2绘制二维图形.........................................423.3.3矩阵相乘运算函数的实现...............................433.3.4图形几何变换的实现...................................453.3.5画笔样式处理.........................................463.4实验要求...................................................483.5其它说明...................................................494《计算机图形学》课程教学大纲一、课程基本情况课程名称计算机图形学ComputerGraphics课程类别□核心□必修■任选□限选学分2执行学期3课程学时及其分配总学时学时分配32讲授26实验上机6实习考核比例平时（含期中）：30%；期末：70%开课单位资源环境学院地理信息科学教研室适用专业资源环境学院地理信息科学专业先修课程大学计算机基础、C语言、数据结构与算法设计二、课程性质与作用计算机图形学是研究用计算机来显示、生成、处理图形的原理、方法以及技术的一门学科，是使用计算机处理二维、三维空间数据、数字图像处理、地理信息可视化、真实感地理场景、虚拟地理环境等相关领域构成理论以及技术支撑。学习本课程旨在使学生掌握基本图形生成算法、曲线和曲面、图形变换与裁剪、投影变换、几何造型、消隐、真实感图形生成的基本原理，在此基础上，通过编写算法实现程序加深对图形学基本内容的理解，提高实践能力，为后续GIS原理、GIS开发技术、网络GIS技术等打下基础。三、课程培养标准通过学习，使用学生了解计算机图形学的应用和研究热点，掌握计算机图形学的基本概念，掌握计算机生成、处理、显示图形的基本原理、方法以，为进一步学习GIS相关课程打下基础。本课程具体完成培养方案中以下指标：5表1课程培养标准三级指标一级指标二级指标三级指标1.技术知识和人文素养1.2工程基础知识1.2.1具备计算机的基本应用能力、编程能力，掌握数据库基础知识1.3学科基础知识1.3.3掌握地图学与地理信息系统的基本理论与知识1.4专业知识1.4.5熟悉地理信息系统开发工具，具备一定的GIS开发的能力表2课程培养标准指标具体内容考核指标具体内容主要实现环节1.2.1具备计算机的基本应用能力、编程能力，掌握数据库基础知识掌握用计算机生成、处理、显示图形的基本原理、方法2-6章课程教学1.3.3掌握地图学与地理信息系统的基本理论与知识了解GIS数据中，矢量数据展现的基本方式及变换的基本原理2章课程教学了解三维地理信息系统研究的内容5-6章课程教学1.4.5熟悉地理信息系统开发工具，具备一定的GIS开发的能力能够编写简单的GIS图形生成、可视化程序1、2、4章及实验1-3能够编写简单的图形、放大、缩小、平移等变换程序四、课程教学内容与学时分配章标题主要内容学时教学方法备注第1章绪论1、计算机图形学及其相关概念2课堂讲授课堂讨论文献查询：计算机图形学的应用课堂讨论：GIS中的2、计算机图形学的应用3、计算机图形系统6章标题主要内容学时教学方法备注★4、图形显示子系统2计算机图形学布置课后作业5、虚拟现实技术第2章光栅图形学★△★△1、直线的生成算法2课堂讲授软件演示结合绘图软件的直线生成及反走样处理技术进行讲解布置课后作业2、圆的生成算法2★△3、区域填充算法★△4、图形裁剪2★5、反走样技术课程实验一基本图形生成2学生实验课程实验二图形填充算法2学生实验第3章曲线和曲面1、曲线曲面参数表示的基础知识2课堂讲授结合绘图软件的常用的参数曲线、曲面进行演示和讲解2、常用的参数曲线3、常用的参数曲面第4章图形变换★★1、图形变换的数学基础2课堂讲授软件演示结合GIS平台软件中几何变换（基本GIS地图操作功能）进行讲解布置课后作业★2、窗口视图变换★△3、图形的几何变换2△4、形体的投影变换2课程实验三图形的几何变换2学生实验第5章造型技术★1、实体表示模型2课堂讲授软件演示结合三维建模软件进行演示2、非传统造型技术第6章真实感图形显示★1、线消隐2课堂讲授软件演示课堂讨论结合三维GIS系统进行讲解真实感图形的研究内容及主要技术布置课后作业★△2、面消隐3、光照模型24、表面图案与纹理5、颜色空间注：★表示重点内容，△表示难点内容7五、实验教学内容与安排项目序号项目名称项目内容项目学时项目类型每组人数备注1基本图形生成编写直线的Bresenham扫描转换算法生成直线2设计1课内完成2图形填充算法使用扫描线填充算法，编程实现多边形的填充2设计1课内完成3图形裁剪使用多边形逐边裁剪算法，编程实现对多边形的裁剪2设计1课外完成4图形的几何变换编程实现对多边形的平移、旋转、变比变换2设计1课内完成5造型技术通过造型软件或系统了解几何造型2验证1课外完成6交互式地图显示系统设计支持简单地理数据的读取、显示功能。设定观察点和观察参数，对生成的几何形体进行投影和剪裁，实现对指定形体的平移、旋转和缩放。10综合4课外完成六、课程考核表3课程培养标准三级指标对应的考核环节考核指标考核环节期末考试网络评测课堂实验实验报告课后作业1.2.1具备计算机的基本应用能力、编程能力，掌握数据库基础知识√√√√1.3.3掌握地图学与地理信息系统的基本理论与知识√√√√1.4.5熟悉地理信息系统开发工具，√8具备一定的GIS开发的能力表4考核细则七、教材与参考资料推荐教材：[1]计算机图形学基础教程，孙家广、胡事民，北京：清华大学出版社，2009参考教材：[1]交互式计算机图形学—基于OpenGL的自顶向下方法（第五版），（美）安吉尔（Angel,E.）著，张荣华等译，北京：电子工业出版社，2009考核环节考核要求分值比例（%）分项总评平时考核课程考勤课堂点名及抽查，≥4次，缺席按次数每次扣5分、迟到按次每次扣3分、请假每次扣2分。5%10%学习表现≥2次平时表现记录平均课后作业4次，每次分等级评分，作业成绩为4次作业的平均成绩3%课堂讨论根据讨论的正确性、创新性、主动性等进行评分2%加减分项对课程回答问题、网络平台使用、与老师交流等进行加分或减分，该项平均成绩加分后不超过10分。实验情况检查实验结果，根据完成质量评分，3个实验得分平均10%15%实验报告评阅实验报告，根据撰写质量评分，3个实验得分平均5%网络评测网络教学平台测试成绩3%5%网络教学平台问卷调查及学习记录2%期末考试开卷考试，根据评分标准进行评分70%70%9[2]计算机图形学（OpenGL版），（美）希尔，（美）克雷著，胡事民等译，北京：清华大学出版社，2009[3]计算机图形学（第三版），（美）赫恩著，（美）巴克著，蔡士杰，宋继强，蔡敏译，北京：电子工业出版社，2010[4]计算机图形学—原理、方法及应用（修订版），潘云鹤，董金祥，陈德人编著，北京：高等教育出版社，2006课程教学网站、教学参考网站:[1]中国图像图形学报[2]中国科学院遥感应用研究所[3]计算机辅助设计与图形学学报