2019年最新 计算机图形学 – 华中科技大学(高手进)

2019年最新 计算机图形学 – 华中科技大学(高手进)

图形学,这种东西,只有高手才可以学习,如果你想 成为顶尖高手就必须学它!

它是算法顶尖之路必须要学习的!

 

授课目标

1、让学生学习到经典的图形理论;

2、让学生了解最新的基于GPU的可编程渲染流程;

3、带领学生基于最新的图形编程框架(基于OpenGL和GLSL)完成实验;

4、让大家感觉渲染影片、开发游戏引擎、实现虚拟现实应用、进行科学计算可视化并非遥不可及。

 课程大纲

01

欢迎来到图形世界

介绍图形学的基本概念和发展历史,讲解图形学的应用领域和研究方向。

课时

1.1初识图形学

1.2有趣的图形应用和研究

02

认识图形系统

讲解图形系统的构成,介绍输入设备、显示设备和图形子系统的构成。

课时

2.1图形系统浅析

2.2从穿孔纸到数据衣:输入设备

2.3从CRT到3D显示(上):CRT的前世今生

2.3从CRT到3D显示(中):平板的奥秘

2.3从CRT到3D显示(下):神奇的3D显示

2.4从CPU到GPU:图形显示子系统

03

可编程渲染管线

讲解可编程渲染管线的流程,介绍着色器编程,给出搭建实验环境的的方法并通过绘制窗口进行验证。

课时

3.1从固定到可编程

3.2探秘GPU渲染管线

3.3着色器编程

实验 绘制窗口(搭建实验环境,绘制窗口,在窗口中绘制三角形)

04

图形思维的起点——朴素的软光栅

通过讲解直线、圆、椭圆、多边形的扫描转换和区域填充,让大家了解基于逐个像素生成图形的方法,启发图形思维。

课时

4.1初次尝试——点和直线(上):DDA算法(数值微分法)

4.1初次尝试——点和直线(中):中点的Bresenham算法

4.1初次尝试——点和直线(下):改进的Bresenham算法

4.2如果是圆?(上):八分法画圆

4.2如果是圆?(下):中点Bresenham画圆

4.3椭圆又如何?

4.4遇见多边形(上):X扫描线算法

4.4遇见多边形(中):Y向连贯性算法

4.4遇见多边形(下):边标志算法

4.5巧妙的区域填充

4.6属性——改变图元的模样

4.7必不可少的反走样

实验 绘制四边形(学习VAO、VBO、EBO,用VAO/VBO和结合EBO两种方式绘制四边形)

05

探秘造型技术

讲解造型技术,既包括规则造型的几种经典方法,也包括针对非规则造型的分形几何、粒子系统等。在实验中则尝试球的绘制和模型的导入。

课时

5.1初识造型技术

5.2样条的魔力

5.3规则形体(上):边界表示

5.3规则形体(中):构造实体几何表示

5.3规则形体(下):空间分割表示

5.4遇见非规则(上):自然的奥秘——分形几何

5.4遇见非规则(下):聚沙成塔——粒子系统

实验 绘制球(shader类的引入,用EBO方式绘制球)

实验 模型导入

06

变换与观察

引入齐次坐标和矩阵运算,学习模型变换和视图变换。

课时

6.1神奇的齐次坐标

6.2三维模型,动起来!(模型变换)

6.2观察者也能动(视图变换,也称观察变换)

07

投影变换

学习基本的投影变换,了解规范化投影空间和相应的变换。

课时

7.1有趣的投影

7.2规范化的投影变换(投影变换)

实验 摄像机(摄像机camera类的引入,通过改变视点位置进行场景漫游)

08

裁剪与屏幕映射

学习裁剪算法及屏幕映射,并以6-8章中学到的模型变换、视图变换和投影变换为基础用PVM矩阵完成立方体旋转的实验。

课时

8.1裁剪思想(上):规整的编码裁剪

8.1裁剪思想(下):聪明的Liang-Barsky算法

8.2真正的裁剪——在三维空间遇见多边形

8.3映射到屏幕

实验 立方体旋转(PVM矩阵、z缓冲的引入,通过更改PVM矩阵来使立方体旋转)

09

奇妙的真实感——片元着色

介绍颜色模型,讲解光照、纹理以及阴影的计算。

课时

9.1图形渲染与视觉外观

9.2奇妙的颜色(上):视觉现象

9.2奇妙的颜色(下):颜色模型

9.3光照明模型:光照的编年史

9.3光照明模型(上):Phong模型初步

9.3光照明模型(中):Phong模型实现

9.3光照明模型(下):全局光照

实验 Phong光照模型

9.4让人头疼的纹理(上):颜色纹理

实验 颜色贴图(平面贴图,立方体贴图)

9.4让人头疼的纹理(下):几何纹理

实验 法线贴图(引入切线空间,实现法线贴图)

9.5加入阴影会怎样?

实验 实时动态阴影(引入帧缓冲附件,实现基于shadow mapping的阴影计算算法)

10

有趣的测试和合并——片元操作

介绍光栅化阶段的片元操作和相关概念,并对深度测试算法进行介绍。

课时

10.1再看片元操作(模板测试、深度测试与颜色混合)

10.2谁遮住了我?(剔除与深度测试)

实验 透明物体处理

11

高级渲染

简单介绍基于物理的渲染,并讲解几种游戏中典型的渲染方法,完成有一定综合性要求的粒子系统和延迟渲染实验。

课时

11.1基于物理的渲染

11.2游戏中的渲染

实验 粒子系统

实验 延迟渲染

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