自考01122数字图形图像基础考试大纲
Ⅰ 课程性质与课程目标
一、课程性质和特点
《数字图形图像基础》课程简要介绍图形图像知识的基础概念和体系，图形图像的数字化表达方法，图形变换原理、组合变换、摄像机变换、视窗变换等基本理论；介绍了曲线曲面建模的基本数学理论，介绍了色彩计算的几种基础算法，介绍了几种常见的动画算法， 包括骨骼动画算法、布料动画算法、粒子动画算法、水面动画算法等本课程对考生的专业技能的培养具有重要作用。该课程的任务和目的是让学生理解图形图像的数字构成，理解主流设计工具，掌握数字媒体开发中常用的图形图像算法，了解当前图形图像领域的技术发展，具备基础的、有实用价值的图形图像知识，在学习使用数字媒体设计工具时，容易理解各种功能的作用和制约。
二、课程目标
课程设置的目标是使得考生能够理解并掌握数字媒体设计的基本概念；让学生具备基础的、有使用价值的图形图像知识，在进行应用开发编程时，能够设计技术路线，对技术步骤有较准确的把握。培养学生具有新时代、新思想、新实践，唯物辩证法的根本观点，培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。
三、与相关课程的联系与区别数字媒体领域既包括设计，也包括技术工作，是一个复合学科，包括多个细分领域， 如算法、设备、交互、传输、软件设计等。在应用方面，以计算机动画、动漫、数字电影、电子游戏、虚拟现实为代表的数字媒体也作为一个细分领域。其特点一般是基于某种应用软件或应用平台进行应用的设计开发。
四、课程的重点和难点本书第
1 章、第 3 章、第 8 章、第 9 章为重点章节；第 2 章、第 4 章、第 5 章为一般重点章节，第 6 章、第 7 章、第 10 章为次重点章节。
Ⅱ 考核目标
本大纲在考核目标中，按照识记、领会、简单应用和综合应用四个层次规定其应达到的能力层次要求。四个能力层次是递进关系，各能力层次的含义是：识记：要求考生能够对大纲各章中知识点，如数字图形图像基础研究内容、数字图形图像学发展和应用、数字影视动漫领域应用等等概念定义的记忆和理解，各章对有关计算公式，原理、方法等有清晰、准确地认识，并能做出正确的判断。例如图形图像的数字构成的识记等。
领会：能对数字图形图像基础概念、图形图像的数字构成、动画模型、骨骼模型及数据结构、布料动画模型、粒子动画等进行正确理解，并清楚这些知识点之间的联系和区别，并能做出正确的表述与解释，是较高层次要求。
简单应用：掌握计算机图形图像的基本原理，包括图形建模、图形变换、能对骨骼动画模型、图形裁剪、消隐和光栅化、光照计算和纹理映射等进行简单的应用。例如掌握水的运动形态，进行水面模拟，水面模拟的方法大体上可以分为几何模拟方法和物理模拟方法。
综合应用：在对一些重要概念、基本原理和方法熟悉和深入理解的基础上，综合相关的知识点，计算、分析和解决比较复杂的问题。例如应用几何元素描述各种形状复杂、变化不定的自然物体，如山脉、岩石、花草、树木、烟火、云彩、雨雪、流水；应用建模技术，包括骨骼模型、水面模型、布料模型等，掌握骨骼动画技术以减少模型形状调节的工作量等。
Ⅲ 课程内容与考核
要求第 1 章绪论通过本章的学习，掌握数字图形图像学研究内容、数字图形图像学发展及应用、标准化图形库 OpenGL 简介、以及数字影视动漫领域应用。
1.1 计算机图形学研究内容
1.2 计算机图形学发展及应用
1.3 标准化图形库
OpenGL 简介
1.4 数字影视动漫领域应用
1.1 计算机图形学研究内容
识记：图形的概念，计算机图形学中的图形概念，构成图形的要素领会：计算机图形学研究的内容
1.2 计算机图形学发展及
应用识记：计算机图形学的发展趋势领会：计算机图形学的发展历程
1.3 标准化图形库
OpenGL 简介识记：标准化图形库 OpenGL 的概念、标准化图形库 OpenGL 基础部分包括的内容简单应用：标准化图形库 OpenGL 的主要功能
1.4 数字影视动漫领域
应用领会：数字影视动漫领域的发展趋势简单应用：数字影视动漫领域的应用场景类别图形的概念，计算机图形学中的图形概念，构成图形的要素，计算机图形学的发展趋势。
第 2 章向量和矩阵数学基础
通过本章的学习，掌握笛卡尔坐标系基础概念，向量的概念，矩阵运算规则。
2.1 笛卡尔坐标系
2.2 向量
2.2.1 向量的概念
2.2.2 向量加法
2.2.3 向量乘法
2.3 矩阵
231 相关概念
2.32 矩阵运算规则
2.1 笛卡尔坐标系
识记：向量和矩阵是图形图像运算中最基础的数学方法，点的基本属性领会：不同的图形系统，坐标系规则并不一致
2.2 向量
识记：向量是表达某种信息的一组参数领会：向量的概念简单应用：向量加法、向量乘法
2.3 矩阵
识记：矩阵的概念
综合应用：矩阵运算规则笛卡尔坐标系，向量的概念，矩阵的概念，矩阵运算规则。
第 3 章图形图像的数字构成
通过本章的学习，理解实体模型的构成，掌握三角形网络模型的数据构成及一些几何算法，理解图像的构成。
3.1 图形的几何模型
3.2 三角图元及三角形网格
3.3 点阵图像的构成
3.1 图形的几何模型
识记：基本几何元素几何造型的方法领会、简单应用：线框模型、表面模型、实体模型、体素构造法、扫描建模法
3.2 三角图元及三角形网格
识记：构成网络模型最基本的面元就是三角形领会：储存网格数据的数据结构只需要顶点表和面表
3.3 点阵图像的构成
识记：点阵图的概念，像素的概念领会：常见的颜色表示方法简单应用：位深度的概念，在程序中处理一个图像的步骤流程基本几何元素几何造型的方法；构成网络模型最基本的面元就是三角形；点阵图的概念，像素的概念，常见的颜色表示方法。
第 4 章三维空间坐标变换
通过本章的学习，理解和掌握基本几何变换，投影变换，Unity3d 中的坐标系和摄像机，几何变换工具，摄像机变换工具。
4.1 变换分类和矩阵变换原理
4.2 基本几何变换
4.2.1 平移变换
4.2.2 旋转变换
4.2.3 缩放变换
4.3 组合变换和层级运动
4.3.1 组合变换
4.3.2 层级变换
4.4 投影变换
4.4.1 平行投影变换矩阵
4.4.2 透视投影变换矩阵
4.5 视窗变换
4.6 坐标系变换和摄像机坐标系
4.7 空间转动的四元数表示法
4.8Unity3d 中的坐标系和摄像机
4.8.1 坐标系
4.8.2 摄像机和视口
4.8.3 变换流程
4.8.4 几何变换工具
Transform
4.8.5 摄像机变换工具
Camera
4.1 变换分类和矩阵变换原理
识记：需要对图形上各点的坐标进行计算的情况分类简单应用：二维空间的变换方法和三位空间相同
4.2 基本几何变换
识记：基本几何变换有平移变换、旋转变换、缩放变换领会：基本几何变换的基础概念
4.3 组合变换和层级运动
识记：组合变换基础概念领会：运动的基础概念
4.4 投影变换
识记：投影变换的概念简单应用：投影变换矩阵
4.5 视窗变换
识记：视窗变换的概念简单应用：视窗变换
4.5 视窗变换
识记：视窗变换的概念简单应用：视窗变换
4.6 坐标系变换和摄像机坐标系
识记：坐标系变换的概念简单应用：坐标系变换
4.7 空间转动的四元数表示法
识记：四种在计算机图形学中绕任意轴旋转表述的方法领会：四元数表示旋转的优点
4.8 Unity3d 中的坐标系和摄像机识记：四种 Unity3d 与图形图像变换相关的坐标系，视口的定义，视景体的定义在摄像机中的参数领会：摄像机变换工具综合应用：变换流程，几何变换工具基本几何变换的基础概念；运动的基础概念；四种 Unity3d 与图形图像变换相关的坐标系，视口的定义，视景体的定义在摄像机中的参数。摄像机变换工具。
第 5 章图形裁剪、消隐和光栅化
通过本章的学习，达到理解和掌握相关概念，理解算法的原理和计算步骤的目的。
5.1 图形的窗口裁剪
5.1.1 点的裁剪
5.1.2 线段的裁剪
： Cohen-Sutherland 区域编码算法
5.1.3 多边形裁剪
：Sutherland-Hodgeman 逐边裁剪算法
5.2 图形光栅化
5.2.1 点的光栅化
5.2.2 线段的光栅化
：DDA 算法
5.2.3 线段的光栅化
：Bresenham 算法
5.2.4 圆的光栅化
：Bresenham 算法
5.2.5 多边形的光栅化
：扫描线填充算法
5.2.6 多边形的光栅化
：种子填充算法
5.3 图形消隐
5.3.1 凸多面体消隐
5.3.2 画家消隐算法
5.3.3Z 缓存算法
5.3.4 光线投射算法
5.1 图形的窗口裁剪
识记：窗口的概念，逐边剪裁算法的基本思想。
领会：考察线段和窗口的关系，区域编码的优点。
5.2 图形光栅化
识记：光栅的概念，光栅的特点。
简单应用：扫描线填充的基本思路。
5.3 图形消隐
识记：消隐算法的基础概念，画家消隐概念综合应用：光线投射算法，常用的音频文件格式窗口的概念；光栅化概念；消隐算法的基础概念；画家消隐概念。
第 6 章曲线曲面建模技术
通过本章的学习，掌握曲线曲面相关概念，理解曲线曲面的构成方式，理解曲线曲面方程，了解曲线曲面的性质和特点，了解创建一个曲线曲面所需条件，能运用适当的软件接口实现曲面造型。
6.1 曲线曲面的数学方法
6.1.1 参数方程
6.
1.2 插值和逼近
6.1.3 曲线曲面的构造
6.
1.4 连续性的定义
6.2 Bezier 曲线和曲面
6.2. 1 Bernstein 多项式
6.2.2 Bezier 曲线
6.2.3 Casteljau 算法
6.2.4 Bezier 曲面
6. 3 从 B 样条到 NURBS
6.3.1 B 样条基兩数
6.3.2 B 样条曲线
6.3.3 均匀
B 样条曲线
6.3.4 准均匀和非均匀
B 样条曲线
6.35 NURBS 曲面
6.1 曲线曲面的数学方法
识记：参数方程的优点，张量积面曲线的优点领会：连续性的定义
6.2 Bezier 曲线和曲面识记：Bezier 曲线的概念和特点简单应用：Bezier 曲线的概念和特点
6.3 从
B 样条到 NURBS识记：Bezier 曲线的缺点，B 样条曲线的特点领会、简单应用：NURBS 曲面的优点 Bezier 曲线的概念和特点，Bezier 曲线的缺点，B 样条曲线的特点，NURBS 曲面的优点。
第 7 章光照计算和纹理映射
本章介绍一些基本算法，涉及光照和纹理映射两方面。算法很基础但实际上被普遍运用，例如，Phong 光照模型和 Ground 平滑算法被用于 0penCL、Unity3D，也是另外一些 3D 软件如 3ds Max 等的主要光学算法，而著名的渲染器 VRay 是以辐射度算法为基础。
7.1 光源和材质
7.2 基本光照模型
7.2.1 环境光漫反射模型
7.2.2 点光源漫反射模型
7.2.3 点光源镜面反射模型
7.2.4 直接光照模型
7.3 平滑处理算法
7.31 Gouraud 明暗处理
7.3.2 Phong 明暗处理
7.4 全局光照模型和光线跟踪算法原理
7.4.1 折射模型
7.4 2 Whitted 光照模型
7.4.3 光线跟踪算法原理
7.5 基于光能传递的光照算法简介
7.5.1 算法基本思想
7.5.2 辐射方程
7.6 纹理映射
7.6.1 纹理空间和纹理模式
7.6.2 纹理映射函数
7.6.3 生成纹理坐标
7.6.4 多重纹理技术
7.1 光源和材质
识记：颜色的本质，光源的定义，点光源、平行光源、分布光源、环境光的定义领会：镜面反射光线、漫反射、折射的基础概念
7.2 基本光照模型
识记：光源的分类
7.3 平滑处理算法
识记：平滑处理的两种方法简单应用：平滑处理算法
7.4 全局光照模型和光线跟踪算法原理
识记：根据光线跟踪算法进行全局光照计算的优点简单应用：全局光照模型和光线跟踪算法
7.5 基于光能传递的光照算法简介
领会：算法的基本思想
7.6 纹理映射
识记：纹理的基本概念和优点特点领会、简单应用：纹理坐标的四种生成方式颜色的本质，光源的定义，点光源、平行光源、分布光源、环境光的定义，光源的分类， 纹理的基本概念和优点特点。
第 8 章图像变换算法原理
通过本章的学习，了解掌握图像的几何变换和颜色变换的基本方法。
8.1 图像处理基本方法
8. 1. 1 直方图分析
8.1.2 模板处理
8.2 图像几何变换
8.2.1 平移变换
8.2.2 缩放变换
8.2.3 旋转变换
8.2.4 镜像变换
8.2.5 梯形变换
8.2.6 四角自由变形
8.2.7 图像几何变换总结
8.3 图像颜色变换
8.3.1 反相
8.3.2 老照片效果
8.3.3 色调分离
8.3.4 马赛克
8.3.5 锐化
8.3.6 浮雕
8.3.7 正片叠底
8.3.8 颜色加深
8.3.9 直方图均衡化
8.3.10 高斯模糊算法
8.3.11 素描效果算法
8.1 直方图分析
识记：直方图的概念和调色目标
8.2 图像几何变换
识记：图像几何变换的概念简单应用：图像几何变换的六种方式
8.3 图像颜色变换
识记：图像加工中常见的方式领会、简单应用：反相、老照片效果、色调分离、马赛克、锐化、浮雕、正片叠底、颜色加深、高斯模糊算法、素描效果、算法直方图均衡化的概念图像加工中常见的方式。
第 9 章动画模型
通过本章的学习，理解掌握几种常见的模型，包括骨骼模型、布料模型。
9.1.1 骨骼模型及其数据结构
9.1.2 骨骼变换矩阵
9.1.3 后续骨骼变换
9.1.4 反向动力学算法（IK）
9.1.5 骨骼蒙皮动画
9.1.6 Unity3d 中的骨骼蒙皮动画
9.2 布料动画模型
9.2.1 风力计算
9.2.2 重力计算
9.2.3 弹簧力计算
9.2.4 加速度、速度、位移计算
9.2.5 约束和碰撞检测
9. 3 粒子动画
9.3.1 粒子运动方程
9.3.2 粒子空间和粒子发射器
9.3.3 粒子管理
9.3.4 粒子纹理
9.4 水面模拟
9.4.1 正弦波
9.4.2 Gerstner 波
9.5 动画插值技术
9.5.1 基本插值方法
9.5.2 向量球面插值及四元数旋转
9.5.3 插值中的速度控制
–缓动技术
9.5.4 Unity3d 中的插值识记：骨骼动画模型的概念和优点领会：Unity3d 中的骨骼蒙皮动画的主要组成部分简单应用：后续骨骼变换
9.2 布料动画模型
识记：布料动画模型的发展和特点，质点弹簧模型的思想领会：风力计算，约束和碰撞检测的概念
9.3 粒子动画
识记：粒子的属性
简单应用：粒子原画
9.4 水面模拟
识记：水的模拟算法分类及各个分类的特点，Gerstner 波的特点简单应用：水面模拟
9.5 动画插值技术
领会：Unity3d 中的插值简单应用：Unity3d 中的插值骨骼动画模型的概念和优点，Unity3d 中的骨骼蒙皮动画的主要组成部分，布料动画模型的发展和特点。
第 10 章基于
GPU 的渲染技术本章中将介绍与 CPU 相关的知识，通过学习本章内容，了解渲染流水线的组成、GPU 技术概況，以及它们在 Unity3d 中的实现方法，能够理解 Shader 的构成机制，掌握初步的 Shader 编写技术。
10.1 渲染流水线
10.1.1 渲染流水线基本过程
10.1.2 应用阶段
10.1.3 几何阶段
10.1.4 光栅化阶段
10.2 图形运算器 GPU
10.2.1GPU 的特点
10.2.2GPU 的发展
10.2.3 GPU 架构
10.3 Unity3d Shader 技术
10.3. 1 Unity3d Shader 运行环境
10.3.2 创建一个
Shader
10. 3.3 Shade 示例
10. 3. 4 ShaderLab 语法规则
10.3.5 着色器语义
10.3.6 #pragma
10.3.7 内置变量
10.3.8 UniiyCG. cginc 中的顶点变换函数
10.3.9 实例
：纹理化着色器
10.1 渲染流水线
识记：渲染过程的定义，图像渲染流水线简单应用：渲染流水线应用阶段需要注意的情况
10.2 图形运算器
GPU识记：GPU 的特点，GPU 的发展。
领会：CPU 的架构
10.3 Unity3d Shader 技术领会：创建一个 Shader 的步骤简单应用：创建一个 Shader 渲染过程的定义，图像渲染流水线，应用阶段需要注意的情况，GPU 的特点，GPU 的发展，创建一个 Shader 的步骤。
Ⅳ 关于大纲的说明与考核实施要求
一、
自学考试大纲的目的和作用课程自学考试大纲是根据专业自学考试计划的要求，结合自学考试的特点而确定。其目的是对个人自学、社会助学和课程考试命题进行指导和规定。
课程自学考试大纲明确了课程学习的内容以及深广度，规定了课程自学考试的范围和标准。因此，它是编写自学考试教材和辅导书的依据，是社会助学组织进行自学辅导的依据，是自学者学习教材、掌握课程内容知识范围和程度的依据，也是进行自学考试命题的依据。
二、课程
自学考试大纲与教材的关系课程自学考试大纲是进行学习和考核的依据，教材是学习掌握课程知识的基本内容与范围，教材的内容是大纲所规定的课程知识和内容的扩展与发挥。课程内容在教材中可以体现一定的深度或难度，但在大纲中对考核的要求一定要适当。
大纲与教材所体现的课程内容应基本一致；大纲里面的课程内容和考核知识点，教材里一般也要有。反过来教材里有的内容，大纲里就不一定体现。
三、关于自学教材
《数字媒体设计图形图像理论基础》，王建
一、吕德生编著，中国铁道出版社，
2021 年第 1 版。
四、关于
自学要求和自学方法的指导自学要求：本大纲的课程基本要求是依据专业考试计划和专业培养目标而确定的。课程基本要求还明确了课程的基本内容，以及对基本内容掌握的程度。基本要求中的知识点构成了课程内容的主体部分。因此，课程基本内容掌握程度、课程考核知识点是高等教育自学考试考核的主要内容。为有效地指导个人自学和社会助学，本大纲已指明了课程的重点和难点，在章节的基本要求中一般也指明了章节内容的重点和难点。
自学方法指导：在全面系统学习的基础上，掌握《数字媒体设计图形图像理论基础》的概念、定理、法则。本课程内容覆盖较广，各章节之间相互独立又相互联系，因此自学应考者必须全面系统地学习各章内容，记忆应当识记的基本概念，深入理解定义；其次弄清楚各章节之间的内在联系和逻辑关系，注重融会贯通；注重理论联系实际，应在掌握基础知识与基本理论的同时熟悉基本实验方法，并会正确运用这些方法去分析和解决有关问题。
五、对社会助学的
要求社会助学者应根据本大纲规定的考试内容和考核目标，明确本课程的特点与学习要求， 对自学应考者进行切实有效的辅导，引导他们防止自学中的各种偏向；在助学活动中应针对重点章、次重点章的要求分配学时,要注意正确引导、把握好助学方向，正确处理学习知识和提高能力的关系。
六、对考核内容的说明
1. 本课程要求考生学习和掌握的知识点内容都作为考核的内容。课程中各章的内容均由若干知识点组成，在自学考试中成为考核知识点。因此，课程自学考试大纲中所规定的考试内容是以分解为考核知识点的方式给出的。由于各知识点在课程中的地位、作用以及知识自身的特点不同，自学考试将对各知识点分别按四个认知（或叫能力）层次确定其考核要求。
2. 在考试之日起 6 个月前，由全国人民代表大会和国务院颁布或修订的法律、法规都将列入相应课程的考试范围。凡大纲、教材内容与现行法律、法规不符的，应以现行法律法规为准。命题时也会对我国经济建设和科技文化发展的重大方针政策的变化予以体现。
七、关于考试命题的若干规定
1、本课程考试为闭卷笔试，考试时间 150 分钟，按百分制记分,60 分为及格。
2、本大纲各章所规定的基本要求、知识点及知识点下的知识细目，都属于考核的内容。
考试命题既要覆盖到章，又要避免面面俱到。要注意突出课程的重点、章节重点，加大重点内容的覆盖度。
3、命题不应有超出大纲中考核知识点范围的题，考核目标不得高于大纲中所规定的相应的最高能力层次要求。命题应着重考核自学者对基本概念、基本知识和基本理论是否了解或掌握，对基本方法是否会用或熟练。不应出与基本要求不符的偏题或怪题。
4、本课程在试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为：识记占 20%，领会占30%，简单应用占 30%，综合应用占 20%。
5、要合理安排试题的难易程度，试题的难度可分为：易、较易、较难和难四个等级。每份试卷中不同难度试题的分数比例一般为：2:3:3:2。
6.各种题型的具体样式参见本大纲附录。
附录题型举例
一、单项选择题
1、构成图形的要素包括几何要素和色彩要素，其中色彩要素包括？（ ）
A.点 B.线 C.体 D.颜色
2、现代动画技术的早起基础是 Catmull 在（）年提出的骨骼驱动刚性蒙皮变形方法是图形学领域最早提出的骨骼动画技术。
A.1970 B.1971 C.192 D.1975
二、多项选择题
图形图像学的应用场景包括（ ） A.虚拟现实 B.影视动漫 C.游戏娱乐 D.统计图表 E.工业设计与建筑可视化
三、名词解释题
投影变换
四、简答题
图像加工中常见的方式
五、论述题
结合实例，论述创建一个 Shader 的步骤
