中国科学技术大学《计算机图形学》本科课程

Computer Graphics (00106501)

（2020年春夏学期）

任课老师：刘利刚 教授

图形与几何计算实验室 (Graphics&Geometric Computing Laboratory)

数学科学学院 (School of Mathematical Sciences)

中国科学技术大学 (University of Science and Technology of China)

课程介绍         课程内容         课程作业         参考资料         其他资源
 

即时信息
  • 【自学须知】如何自学《计算机图形学》& C++面向对象编程？
  • 【课程录屏】B站链接
  • 【课程资料】中科大睿客网 （无须账号密码访问，如果无法访问，可重试多次或换个浏览器访问）
  • 【作业框架】由于该课程所使用的UEngine为较旧的 程序框架，Github上的框架不再维护，可能会无法编译或运行。建议使用任课老师在GAMES平台开设的线上课程GAMES 102《几何建模与处理基础》（课程主页，B站视频）中所使用的程序框架Utopia（为UEngine的重构及升级版） 。
  • 【科普知识】任课老师撰写的科普文章《什么是计算机图形学？》、《数学在计算机图形学中的应用》及其他
  • 2021年10月07日：经同行和同学们的建议，我们利用国庆假期将课程的录频进行整理并分享到了Bilibili网站，以便能让同学们更方便地进行学习。
  • 2020年06月08日：2020年2-4月期间，UCSB大学的闫令琪老师在GAMES平台开设的线上课程GAMES 101《现代计算机图形学入门》（课程主页，B站视频）也是一门非常好的计算机图形学的入门基础课程，可以结合着一起学习。
    2020年06月03日    ：课程已结束，谢谢各位同学的配合与支持！
  • 2020年06月03日：期末大作业项目展示
  • 2020年05月20日：由于学生还未完全返校，课程期末考试时间待定，等待学校通知，并统一安排。
  • 2020年05月20日：期末大作业项目展示2
  • 2020年05月18日：期末大作业项目展示1
  • 2020年04月27日：布置Project (期末大作业), 提交日期：2020年5月17日星期日
  • 2020年04月20日：布置作业9 (Path Tracing全局渲染方法), 提交日期：2020年5月2日星期日
  • 2020年04月13日：布置作业8 (着色器编程), 提交日期：2020年4月19日星期日
  • 2020年03月30日：布置作业7 (使用Taichi框架做仿真), 提交日期：2020年4月5日星期日
  • 2020年03月23日：布置作业6 (质点-弹簧系统仿真), 提交日期：2020年3月29日星期日
  • 2020年03月16日：布置作业5 (ARAP曲面参数化), 提交日期：2020年3月22日星期日
  • 2020年03月09日：布置作业4 (极小曲面与曲面参数化), 提交日期：2020年3月15日星期日
  • 2020年03月02日：布置作业3 (图像融合Poisson Image Editing), 提交日期：2020年3月8日星期日
  • 2020年02月25日：由于在线授课过程中ClassIn工具经常卡顿和掉线，我们以后改由Zoom在线会议工具来进行授课。在上课前10分钟会将上课的Zoom链接发布到QQ群中。
  • 2020年02月24日：布置作业2 (图像变形Image Warping), 提交日期：2020年3月1日星期日
  • 2020年02月17日：布置作业1 (画图小程序MiniDraw), 提交日期：2020年2月23日星期日
  • 2020年02月10日：线上教学活动将通过我校“Blackboard网络教学平台”+“ClassIn在线直播工具”进行，详见：“线上教学平台使用说明”及“使用说明（学生版）”
  • 2020年02月09日：由于新冠病毒疫情影响，学校将开展线上教学活动，详见：《关于2020年春季学期开展线上教学的通知》
  • 2020年02月06日：课程QQ群(1037363145) 的昵称命名规则：“ID姓名”（ID与姓名之间无任何字符），无ID号的旁听同学的ID号统一设为99 
  • 2020年02月01日：布置C++课前热身练习（务必一个一个独立练习，再与参考代码进行对比学习）, 提交日期：2020年2月16日星期日
  • 2020年02月01日：发布课程作业GitHub
  • 2020年01月27日：作业递交系统 
  • 2020年01月27日：学生课程ID号（会根据学生选课情况更新）
  • 2020年01月25日：课程PPT及录频可在睿客网下载：课程相关资料下载
  • 2020年01月23日：本课程主页开通
 
 

课程介绍
课程目标 C++编程：C++面向对象编程思想、图像编程基础、图形学编程基础等

计算机图形学：几何处理、模拟仿真、真实感渲染、着色器、GPU编程等
时间 周一上午1,2节(07:50-09:25)，周三上午3,4,5节(09:45-12:15)
地点 东区第1教学楼102（注：由于新冠疫情的原因，课程为线上上课）
授课教师 刘利刚
助教 倪宁 nining@mail.ustc.edu.cn
庄涛 ustczt@mail.ustc.edu.cn
学分 3
前置课程 微积分，线性代数，C/C++编程，数据结构
参考教材 参考教材（本课程不规定使用规定教材，以学术前沿论文为主，以下教材仅仅为参考）:
E. Angel, Interactive Computer Graphics — A top-down approach using OpenGL™, 6th ed., 2011. （中文翻译版：交互式计算机图形学—基于OpenGL的自顶向下方法（第五版），电子工业出版社，2012）
课程评分 平时作业 50% + 期末大作业 20% + 期末考试（闭卷）30%
致谢 课程中参考了许多其他老师的相关课程PPT（比如：Lingqi Yan,  童伟华，Ren Ng等），在此表示致谢！
课程主页 http://staff.ustc.edu.cn/~lgliu/Courses/ComputerGraphics_2020_spring-summer/default.htm
 
 

课程内容
 

课程资料：

 

课次

日期

内容

作业

课件

第01讲

2020年2月17日

星期一

课程介绍、编程基础、架构师的抽象思维

布置作业1: 画图小工具

CG01_Introduction

CG02_Programming

第02讲

2020年2月19日

星期三

图像初步、图像处理简介

 

CG03_Image

CG04_Image Processing

第03讲

2020年2月24日

星期一

平面图形的光栅化

布置作业2: 图像变形

CG05_Rasterization

第04讲

2020年2月26日

星期三

数据拟合、重心坐标、Poisson图像编辑

讲解作业1

CG06_Fitting

CG07_BarycentricCoord

CG08_PoissonImageEditing

第05讲

2020年3月02日

星期一

连续信号的离散采样

布置作业3: Poisson图像编辑

CG09_Sampling&Meshes

第06讲

2020年3月04日

星期三

三角剖分、离散网格曲面

讲解作业2

 

CG10_Meshes-Programming

第07讲

2020年3月09日

星期一

微分坐标、网格曲面参数化、作业编程框架简介

布置作业4：极小曲面及曲面参数化

CG11_LaplacianCoordinates

CG12_MeshParameterization

第08讲

2020年3月11日

星期三

离散微分几何、数字几何处理

讲解作业3

CG13_DiscreteDifferentialGeometry

CG14_DigitalGeometryProcessing

第09讲

2020年3月16日

星期一

计算机动画、仿真动画简介

布置作业5：ARAP/ASAP参数化

CG15_ComputerAnimation

CG16_Animation&Simulation

第10讲

2020年3月18日

星期三

质点-弹簧系统仿真

讲解作业4

CG17_Mass-Spring

第11讲

2020年3月23日

星期一

有限元仿真、流体仿真

布置作业6：质点弹簧布料仿真

CG18_FEM

CG19_FluidSimulation

第12讲

2020年3月25日

星期三

其他仿真方法、渲染简介

讲解作业5

 

CG20_MoreSimulation

CG21_RenderingBasics

第13讲

2020年3月30日

星期一

渲染管线

布置作业7：使用Taichi做仿真

CG22_RenderingPipeline

第14讲

2020年4月1日

星期三

OpenGL简介、明暗着色、纹理映射

讲解作业6

CG23_OpenGL

CG24_Shading

CG25_TextureMapping

第15讲

2020年4月8日

星期三

Unity3D介绍、环境映射、法向映射、偏置映射、阴影映射

讲解作业7

CG26_TextureMapping-2

第16讲

2020年4月13日

星期一

可编程渲染管线、GPU着色器编程

布置作业8：GPU 着色器

CG27_ShaderProgram

CG28_ShaderProgram-2

第17讲

2020年4月15日

星期三

真实感渲染、渲染方程、光线跟踪方法

 

CG29_RenderingEquation

CG30_RayTracing

第18讲

2020年4月20日

星期一

光路追踪方法

 

CG31_PathTracing

CG32_PathTracing-2

第19讲

2020年4月22日

星期三

辐射度方法、真实感渲染加速方法

讲解作业8

布置作业9：光路追踪渲染

CG33_Radiosity

CG34_Real-timeRendering

第20讲

2020年4月27日

星期一

坐标变换、坐标变换复合

布置期末大作业

 

第21讲

2020年5月6日

星期三

投影变换、四元数、多视点几何

讲解作业9

CG35_TransformationBasics

CG36_Transformation

CG37_Projection

CG38_Quaternion

CG39_Multi-view geometry

第22讲

2020年5月13日

星期三

几何建模、计算机辅助几何设计、课程总结

 

CG40_3DModeling

CG41_CAGD

CG42_Summary

第23讲

2020年5月18日

星期一

期末大作业演示-1

 

 

第24讲

2020年5月20日

星期三

期末大作业演示-2

 

 

附加课

2020年5月3日

星期日

作业编程框架UEngine设计分享

 

CG-Supplementary_UEngine

 

课件列表（中文）：

  • Course 01: 课程介绍
  • Course 02: 架构师的抽象思维
  • Course 03: 图像初步
  • Course 04: 图像处理介绍
  • Course 05: 光栅化
  • Course 06: 数据拟合
  • Course 07: 重心坐标
  • Course 08: 泊松图像编辑
  • Course 09: 采样和网格
  • Course 10: 网格编程
  • Course 11: 微分坐标
  • Course 12: 网格参数化
  • Course 13: 离散微分几何
  • Course 14: 数字几何处理
  • Course 15: 计算机动画介绍
  • Course 16: 动画与仿真
  • Course 17: 质点-弹簧系统
  • Course 18: 有限元仿真
  • Course 19: 流体仿真
  • Course 20: 其他仿真
  • Course 21: 渲染基础
  • Course 22: 渲染管线
  • Course 23: OpenGL
  • Course 24: 局部着色方法
  • Course 25: 纹理映射
  • Course 26: 纹理映射2
  • Course 27: 着色器编程
  • Course 28: 着色器编程2
  • Course 29: 渲染方程
  • Course 30: 光线跟踪算法
  • Course 31: 光路追踪算法
  • Course 32: 光路追踪算法2
  • Course 33: 辐射度方法
  • Course 34: 实时渲染
  • Course 35: 变换基础
  • Course 36: 变换
  • Course 37: 投影
  • Course 38: 四元数
  • Course 39: 多视点几何（基于图像的建模）
  • Course 40: 三维建模
  • Course 41: 计算机辅助几何设计(CAGD)
  • Course 42: 课程总结
 
 

课程作业

Homeworks

  • C++课前热身练习, （务必一个一个独立练习，再与参考代码进行对比学习） ，提交日期：2020年2月16日星期日 
  • 作业1 (画图小程序MiniDraw), 提交日期：2020年2月23日星期日
  • 作业2 (图像变形Image Warping), 提交日期：2020年3月1日星期日
  • 作业3 (图像融合Poisson Image Editing), 提交日期：2020年3月8日星期日
  • 作业4 (极小曲面与曲面参数化), 提交日期：2020年3月15日星期日
  • 作业5 (ARAP曲面参数化), 提交日期：2020年3月22日星期日
  • 作业6 (质点-弹簧系统仿真), 提交日期：2020年3月29日星期日
  • 作业7 (使用Taichi框架做仿真), 提交日期：2020年4月5日星期日
  • 作业8 (着色器编程), 提交日期：2020年4月19日星期日
  • 作业9 (Path Tracing全局渲染方法), 提交日期：2020年5月2日星期日

Projects

  • Project (期末大作业), 提交日期：2020年5月17日星期日
 
 

参考资料
Online C++ and coding resources
OpenGL
 
 

其他资源
图形学进阶学习资源

其他参考资源
 

Copyright © 2020, Ligang Liu