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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 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 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 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） 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向连贯忄生算法 4.4遇见多边形（下）：边标志算法 4.5巧妙的区域填充 4.6属忄生——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） 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 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） 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） 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） 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） 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 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，完成有一定综合忄生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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