圖形與可視化實(shí)驗(yàn)大綱

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1、《圖形與可視化》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱編號(hào)：課程總學(xué)時(shí)：64實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：24課程總學(xué)分：3.5實(shí)驗(yàn)學(xué)分：（非單獨(dú)設(shè)課的實(shí)驗(yàn)不用填此項(xiàng)）先修課程：線性代數(shù)、C++與OO程序設(shè)計(jì)適用專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)一、本課程實(shí)驗(yàn)的主要目的與任務(wù)《圖形與可視化》是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)中的一門重要的專業(yè)課。通過本課程的教學(xué)，幫助學(xué)生掌握?qǐng)D形與可視化的基礎(chǔ)知識(shí)，了解該學(xué)科的前沿科技，并能運(yùn)用圖形軟件包OpenGL，進(jìn)行簡單的圖像處理軟件代碼設(shè)計(jì)。《圖形與可視化》是一門理論性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程有助于加深學(xué)生對(duì)圖形算法的理解，培養(yǎng)其分析問題，解決問題的能力。通過本課程實(shí)驗(yàn)要求

2、學(xué)生基本達(dá)到如下要求：1.掌握OpenGL的基本語法與程序結(jié)構(gòu)。2.掌握如何通過點(diǎn)、線、面、體的構(gòu)造方法。3.掌握如何對(duì)三維物體增加光照和紋理來增強(qiáng)其真實(shí)感。4.掌握如何構(gòu)建一個(gè)真實(shí)的三維場景的基本過程和實(shí)現(xiàn)方法。二、本課程實(shí)驗(yàn)應(yīng)開設(shè)項(xiàng)目序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)類型必做/選做所需主要設(shè)備型號(hào)、名稱1直線繪制算法4驗(yàn)證性必做PC機(jī)及配套軟件2曲線與曲面4驗(yàn)證性必做PC機(jī)及配套軟件3體的表示與變換4驗(yàn)證性必做PC機(jī)及配套軟件4光照與紋理6綜合性必做PC機(jī)及配套軟件5真實(shí)感場景生成6綜合性必做PC機(jī)及配套軟件三、各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和基本要求實(shí)驗(yàn)1直線繪制算法（4學(xué)時(shí)）1．

3、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解OpenGL的基本的編程思想和程序結(jié)構(gòu)。(2)了解OpenGL中繪制點(diǎn)、線、面的相關(guān)函數(shù)。(3)掌握如果通過定義空間點(diǎn)和構(gòu)成方式來形成不同的空間物體。2．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境。(2)利用相關(guān)直線繪制算法繪制一條直線，建議使用DDA算法或Bresenham算法。(3)繪制一個(gè)顏色插值的三角形面。(4)綜合利用所學(xué)知識(shí)，繪制分形物體。給出原理，步驟，設(shè)計(jì)繪制方案?？勺约哼x擇分形物體的類型，如分形樹、Koch雪花、Sierpinski三角形（二維或三維）、Julia集、Mandelbrot集等。3．實(shí)驗(yàn)要求(1)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容

4、。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容，制定相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)施。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和反思。4．實(shí)驗(yàn)器材(1)PC機(jī)及配套軟件、一人一套。實(shí)驗(yàn)2曲線與曲面（4學(xué)時(shí)）1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握Bezier曲線和Hermite曲線的繪制方法。理解如何通過折線來近似一條曲線。(2)了解Bezier曲面和Hermite曲面的繪制方法。2．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)繪制一條四階Bezier曲線或者Hermite曲線。(2)要求控制點(diǎn)、控制多邊形、Bezier曲線或Hermite曲線用不同顏色表示。(3)掌握如何控制點(diǎn)、線的屬性。(4)要求有能力的同學(xué)能夠?qū)崿F(xiàn)Bezier曲面或者He

5、rmite曲面。(5)了解Utah茶壺的Bezier曲面構(gòu)造方法。3．實(shí)驗(yàn)要求(1)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容，制定相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)施。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和反思。4．實(shí)驗(yàn)器材(1)PC機(jī)及配套軟件、一人一套。實(shí)驗(yàn)3體的表示與變換（4學(xué)時(shí)）1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握三維形體的數(shù)據(jù)表示與存儲(chǔ)。(2)掌握二維和三維幾何變換的矩陣形式。(3)掌握視圖變換的矩陣表達(dá)。(4)理解世界坐標(biāo)系與觀察坐標(biāo)系的相對(duì)關(guān)系。(5)理解幾何變換的實(shí)質(zhì)是矩陣操作。(6)掌握平行投影、透視投影。(7)隱藏面消除、深度測試的基本原理。(8)使

6、用多邊形網(wǎng)格建模并進(jìn)行變換。2．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)建立一個(gè)正方體或球體，并建立正確的投影、隱藏面、深度測試。(2)對(duì)所建立的物體進(jìn)行交互式旋轉(zhuǎn)，放大，縮小。(3)利用多邊形網(wǎng)格建立一個(gè)較為復(fù)雜的形體，并建立文件存儲(chǔ)格式，讀入并顯示，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置，進(jìn)行觀察。(4)對(duì)所建立的物體進(jìn)行合適的投影，比較不同的投影方式的不同。(5)利用函數(shù)和直接建立矩陣的方式進(jìn)行模型變換和投影變換，比較兩種方式的不同。3．實(shí)驗(yàn)要求(1)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容，制定相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)施。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和反思。4．實(shí)驗(yàn)器材(1)P

7、C機(jī)及配套軟件、一人一套。實(shí)驗(yàn)4光照與紋理（6學(xué)時(shí)）1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)理解各種高級(jí)光照模型。(2)理解物體材質(zhì)對(duì)光照效果的影響。(3)使用光照模型增強(qiáng)幾何形體的真實(shí)感。(4)理解二維紋理映射的本質(zhì)是對(duì)圖像做三維映射，是對(duì)紋理矩陣進(jìn)行操作。(5)掌握紋理映射的一般方法。(6)紋理映射過程中，物體光照顏色和紋理顏色的混合方式。(7)掌握利用OpenGL對(duì)空間形體進(jìn)行紋理映射的方法和參數(shù)。2．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)選取合適的光照模型參數(shù)。(2)對(duì)上個(gè)實(shí)驗(yàn)建立的空間幾何形體（如正方體，空間Sierpinski三角形），加上光照，并測試OpenGL光照模型中各個(gè)參數(shù)對(duì)最后光照效果