《计算机图形学和图像技术》是计算机科学与技术专业本科教学中的一门重要的专业课。在计算机科学与技术专业的教学计划中占有重要地位和作用，其主要特点是理论与实践结合性强。学习本课程旨在使学生掌握基本图形生成算法、图形变换与裁剪、真实感图形生成算法、计算机动画技术的基本原理，掌握虚拟现实的基本概念和体系结构，掌握相关的造型方法，并能应用相关的虚拟现实软件进行实践。提高用理论指导实践的能力，为学生今后学习其他相关课程和从事计算机图形学和虚拟现实方面的研究打下坚实基础。

《计算机图形与图像》教学大纲

Computer Graphics and Image Processing

课程编号：SS061023

开课学期：春季学期

学    时：64

学    分：4

开课单位： 信息学院                                 

大纲撰写人：赵秀阳

一、教学目的与要求：

《计算机图形和图像》是计算机科学与技术专业研究生教学中的一门重要的学位课课。在计算机科学与技术专业的教学计划中占有重要地位和作用，其主要特点是理论与实践结合性强。学习本课程旨在使学生掌握三维变换，计算机几何造型、真实感图形学及图像的底层特征计算等方面的知识。为学生今后学习其他相关课程和从事计算机图形学和数字图像处理方面的研究打下坚实基础。

二、教学内容、学时分配

（一）计算机图形图像概述   (2学时)

1.计算机图形学概念，研究内容，研究前沿。

2.图像处理的概念，研究内容，研究前沿。

（二）三维变换。(2学时)

1. 图形的齐次坐标，三维变换。

2. 坐标系统的变换，投影变换。

（三）几何造型方法。(2学时)

1. 概述，结构实体几何模型，分解模型，边界模型。

2. 分型造型，粒子系统。

（四）微分几何初步。(2学时)

1. 曲线论，向量及向量函数。

2. Frenet标架，弧长参数化。

（五）曲线曲面基本概念。(2学时)

1. 插值与逼近。

2. 样条曲线。

（六）Bezier曲线。(2学时)

1. Bezier曲线的提出，定义，应用。Bernstein基函数，Bernstein基函数的性质，Bezier曲线的性质，拼接。

2. Bezier曲线的德卡斯特里奥算法和几何作图法，Bezier曲面的定义，性质和应用。

（七）B样条曲线。(2学时)

1.一元B样条基函数，B样条曲线的定义及基本性质。

2. B样条曲线的几何作图法，节点插入算法。

（八）B样条曲面。(2学时)

1. 张量积型的二元B样条基函数，张量积型B样条曲面。

2. 双三次B样条曲面，双三次B样条曲面的应用。

3. Nurbs曲线的定义及基本性质。

（九）曲线曲面研讨。(2学时)

1. Bezier曲线曲面的生成绘制方法

2. B样条曲线曲面的生成绘制方法

（十）网格。

1．网格基本知识；

2 网格简化；

3. 网格参数化。

（十一）消隐。(2学时)

1. 消隐的分类，消除隐藏线，消除隐藏面；
2. 画家算法，Z缓冲区(Z-Buffer)算法，扫描线Z-buffer算法；
3. 区域子分割算法，光线投射算法。
   （十二）简单光照模型。(2学时)

1. 颜色空间，简单光照模型及其实现；
2. 增量式光照明模型：双线性光强插值，双线性法向插值。
   （十三）光线跟踪。(2学时)

1. 光线跟踪。光线跟踪的基本原理；
2. 光线与实体的求交；光线跟踪算法。
   （十四）纹理。(2学时)

1. 纹理简介，纹理合成；
2. 纹理映射，纹理前沿技术。
   （十五）阴影。

1. 阴影概述，硬阴影和软阴影，
2. 平面阴影，曲面阴影， 阴影图。
   （十六）计算机图形学前沿讲座
        近三年Siggraphics、TVCG论文讲座。
   （十七）图像文件的操作方法   (2学时)

1. 图像文件的格式；
2. 读写文件；
3. 内存存储。
   （十八）图像增强算法：直方图方法。(2学时)

1. 直方图的修改技术；
2. 直方图均衡化；
3. 直方图规定化。
   （十九）图像增加方法：对比度变换。(2学时)

1. 线性变换，分段线性变换；
2. 窗口变换，指数变换，对数变换。
   （二十）图像滤波算法：图像平滑算法，图像锐化算法。(2学时)

1. 邻域平均，低通滤波；
2. 多图像平均，中值滤波。
   （二十一）图像恢复算法。(2学时)

1. 几何失真校正；
2. 盲目图像复原，递归图像复原。
   （二十二）图像增强与图像恢复的算法与实现。(2学时)
   1. 给出课堂讲授之外的其他算法的基本原理与实现。

（二十三）图像的边缘检测。(2学时)

1. 一阶微分算子；
2. 二阶微分算子。
   （二十四）图像的分割（1）。(2学时)

1. 基于直方图的图像分割；
2. 基于邻域的图像分割。
   （二十五） 图像分割（2）。(2学时)
   1.基于物理性质的图像分割技术。
   （二十六）图像分割研讨。(2学时)
   1. 给出课堂讲授之外的其他图像分割算法的基本原理与实现。

（二十七）图像分析。(2学时)

1. 目标表达方法；
2. 目标描述方法。
   （二十八）图像分析实现方法。(2学时)
   1. 给出课堂讲授之外的其他图像分析算法的基本原理与实现。
   （二十九）图像的压缩与编码。(2学时)

1. 图像编码的准则；
2. PCM编码，统计编码。
   （三十）图像压缩与编码（2）。(2学时)

1. 预测编码；
2. 变换编码。
   （三十一）基于图像的绘制技术。(2学时)

1. 基于图像的绘制方法，
   2.重要过程。
   （三十二） 研讨。
   图形图像技术在学生课题中的应用研讨。
    
   三、教学方式
   教师讲授，学生自学相结合。
    
   四、考核方式 

考核形式：考试

具  体：总成绩=平时成绩（小论文成绩+课堂表现+考勤）+考试（答辩）成绩；

平时成绩占40%（小论文成绩+课堂表现+考勤，各占30%，5%，5%）；

考试（答辩）成绩占60%。

五、先修课程：

高等数学 线性代数 概率论

六、教材及教学参考资料(教材、推荐书目、推荐期刊文章、学习网站等)：

（一）教材 无

（二）推荐书目  

1 孙家广，胡事民，计算机图形学，清华大学出版社，2005。

2彭群生, 鲍虎军, 金小刚，《计算机真实感图形的算法基础》，科学出版社，1999。

    3冈萨雷斯，数字图像处理（第三版）电子工业出版社，2017.

（四）学习网站：

（五）其它

大纲撰写人：赵秀阳                    2017年9 月15 日

学位点负责人（签字）：                     年    月    日