历史沿革
清华大学计算机科学与技术系成立于一九五八年，在我国计算机发展史上取得过一系列具有阶段标志性的成果，为我国计算机事业的发展做出过重要贡献。经过四十多年来的不懈努力，现已发展成为我国计算机学科领域内教学、科研综合实力强，影响大的计算机系。为了拓宽专业面，培养适应性更强的毕业生，计算机科学与技术系只设置”计算机科学与技术”一个本科专业，它包含计算机系统结构、计算机软件及理论、计算机应用技术三个二级学科的课程设置。
清华大学计算机科学与技术系在对学生进行培养的全过程中注重计算机硬件与软件以及计算机应用的全面训练，强调科学理论与实际应用的相互结合，努力造就适应研究、设计和应用开发的”复合型”人才。要求学生掌握坚实的自然科学、人文社科、工程技术基础理论，具备现代计算机专业知识和较强的实践能力。
清华大学自 80 年代起，开设计算机图形学课程，经过唐泽圣、孙家广等老一辈教师的努力，计算机图形学的教学已在清华大学发展成为包含本科生、研究生、非计算机专业研究生、工程硕士在内的系列课程。
本门课程负责人胡事民教授从事《计算机图形学》系列课程的教学工作已有十年，带领教学团队其他成员，深入研究国内外计算机图形学课程的教学体系，积极进行教学实践，积累了大量的第一手教学资料，并学习和借鉴其他国内外兄弟院校的宝贵经验。同时积极将课题组的最新研究成果与教学实践相结合，在注重基础的同时加强学生对该学科最新发展方向的认识，取得了非常好的效果。该课程是清华大学和北京市的精品课程。在建设这门课程的过程中取得了以下成效：
教学与科研结合，提高学生科研动手能力：
本门课程注重教学与科研相结合。负责人带领的课题组平均每年在图形学著名刊物和会议上发表5到10篇高水平论文，包括计算机图形学国际顶级会议ACM SIGGRAPH和两个最重要的刊物ACM Transactions on Graphics 和 IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics上的论文。凭借科研上的研究优势，本课程在讲述基本理论的同时，也会穿插着介绍最新的图形学研究成果。本课程每年都会根据学生的学习情况和兴趣，安排一些学生对最新成果或论文进行编程实现，并给予适当的指导。这种教学方式对巩固学生的基础知识，增强他们对图形学前沿的认识，有着非常好的效果。此外，还安排一些学有余力的学生进入课题组参与科研，一些参加课题组的本科生也在国际顶级杂志、会议上发表了多篇论文。
编写高水平教材，促进教学工作：
课程负责人胡事民教授与孙家广院士合著的《计算机图形学基础教程》，2005年出版，并已10次印刷，被国内高校广为采用。该教材为《计算机图形学基础》的教学工作起了较好的促进作用，也产生了较好的影响。第二版已于2009年8月出版，将前沿研究成果和近几年出现的新技术对原书进行了充实。为及时更新、掌握国际上图形学前沿动态，课题组还组织翻译了国际上有着巨大影响的热门图形学教材《Computer Graphics using OpenGL》第三版，F.Shill, S.Kelley著。该书翻译工作组织恰当，翻译用词严谨、准确，该书至2009年出版已来，在各大网上书店中获得好评，在国内为推动计算机图形学知识普及和图形学基础教学工作发挥了一定的作用。
结合学生特点和国际化需求，实行双语教学：
为了让学生能够更加方便及时地了解学科发展动态，同时响应教育部关于双语教学示范课程建设项目的通知，考虑到清华学生良好的英文素质，本门课程采用了双语教学（其中2007和2008年全英文教学）。双语教学不仅仅是使用中英文来教学，而是更深一步在专业用语、核心概念上中西结合，通过英文语言在描述方式上与中文的差异，让学生更加准确的了解图形学精髓内容（典型的，有些内容不用英文去理解则很难掌握其要领），模糊母语在教学过程中的限定，做到教学过程中客观、准确的知识表达。教学团队全体教师均有着丰富的英文交流经验，清华大学客座教授Ralph Martin以授课方式参与了每年的教学工作。
开放性、交互式的教学方法，提高人才培养质量：
本课程结合图形学的最新发展动态，每年调整部分教学内容并安排国际著名的专家在课内讲座。注重引发同学们自己的思考，激发同学们的创造性。在教学过程中的课堂环节强调师生互动，提倡交互式教学方法，根据学生的个人能力特长，布置高水平的课外选题，激发学生的创造性。
该课程为清华大学《计算机图形学》系列课程之一，该课程系列经过多年的建设已经形成了完善、先进的教学体系。 2008年《计算机图形学基础》课程入选清华大学及北京市精品课建设。
教学内容
课程内容
计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理和显示的一门重要的计算机学科分支，它是计算机科学中最活跃的分支之一。
办学定位
《计算机图形学基础》是面向清华大学计算机科学与技术系本科生的专业基础课。作为图形学系列课程之一，该课程是研究生图形学课程的基础。
人才培养目标和生源情况
清华大学计算机系本科生在校人数689名 （含留学生），每年进入本系的各省市高考状元约占全国的三分之一。本科教育执行“通识教育基础上的宽口径专业教育”，努力造就适应研究、设计和应用开发的”复合型”人才。要求掌握坚实的自然科学、人文社科、工程技术基础理论，具备现代计算机专业知识和较强的实践能力。
课程目标
本课程旨在介绍计算机图形学的基本概念、理论、方法和系统，重视基本方法和经典理论的学习，确保学生能对计算机图形学这门学科有一个全面的了解。针对计算机图形学发展快，实践性强，学科交叉内容多的特点，以及本科生培养中“厚基础，宽口径”的要求，在讲解图形学的核心内容的同时，也注意培养学生的实际动手能力，并介绍图形学近年来的最新进展。同时借助课题组有着深厚学术背景这一优势，以及清华生源质量高的特点，结合学科的最新发展动态和课题组的科研实践，向学生介绍该领域的最新成果，让有能力的学生积极参与到最新的研究中来，实行研究型教学。
知识模块顺序与对应的学时
计算机图形学是一门很新，但发展非常快的学科，早期的图形学教学比较侧重与光栅图形学。目前，一般认为计算机图形学的教学内容上可以包含光栅图形学、几何造型技术和真实感图形学三个主要方面。但由于学时的限制，国内外大学都从中选取部分内容进行讲授。比如一些大学因为光栅图形学比较陈旧，不再讲授。基于本课程的定位，我们安排光栅图形学内容作为学生课外阅读内容，写读书报告。课堂主要讲授真实感图形学和几何造型，并安排前沿内容的讲座。
课堂讲授的主要的知识点：
第一章 图形学简介 (2学时)
1.1 计算机图形学的研究内容
1.2 发展的历史回顾
1.3 应用及研究前沿
1.4 图形设备
第二章 颜色模型、图像基本知识、Phong光照模型 (2学时)
2.1 颜色模型
2.1.1 颜色模型的视觉基础
2.1.2 RGB颜色模型
2.1.3 HSV颜色模型
2.1.4 其它颜色模型
2.2 图像基本知识
2.3 Phong光照模型
第三章 视图模型变换 (2学时)
3.1 视图模型变换和视点的意义
3.2 视图变换
3.3 齐次坐标
3.4 视点变换
第四章 材质反射属性模型BRDF (2学时)
4.1 BRDF基础知识
4.2 BRDF的定义和性质
4.3 BRDF模型
4.4 BRDF度量
第五章 光线跟踪 (4学时)
5.1 光线跟踪简介
5.2 光线求交
5.3 阴影
5.4 透明和镜面反射
5.5 纹理
第六章 Bezier曲线曲面 (4学时)
6.1 参数曲线和曲面的基本概念
6.2 Bezier曲线：概念与性质
6.3 Bezier曲面：矩形的和三角形的
6.4 矩形和三角形Bezier曲面的转换
第七章 B样条曲线曲面 (2学时)
7.1 样条曲线简介
7.2 B样条曲线及其性质
7.3 B样条曲面
7.4 NURBS曲线和曲面
第八章 网格 (4学时)
8.1 网格基本知识
8.2 网格简化
8.3 细分
8.4 参数化
第九章 光线跟踪加速 (4学时)
9.1 包围盒技术
9.2 均匀格点法
9.3 四叉树，八叉树
9.4 空间二分树
第十章 纹理 (2学时)
10.1 纹理简介
10.2 纹理合成
10.3 纹理映射
10.4 纹理前沿技术
第十一章 阴影生成 (2学时)
11.1 阴影概述
11.2 硬阴影和软阴影
11.3 平面阴影
11.4 曲面阴影
11.5 阴影图
11.6 高级技术
第十二章 图形学前沿讲座
学生课外选读，并完成读书报告的知识点:
1. 直线与圆弧的扫描转化
2. 多边形的扫描转化与填充
3. 裁减
4. 消隐
5. 反走样
课程讲授共 48 个学时，其中课堂讲授共 32 个学时，课外阅读、上机实践 16 学时。
教学条件
教材使用与建设：
1. 孙家广院士与课程负责人胡事民教授合著的《计算机图形学基础教程》， 2005 年出版，并已 10 次印刷，被国内高校广为采用。
2. 胡事民教授主持翻译的国外计算机图形学著名教材《计算机图形学（OpenGL版）》已经于2009年出版。
3. 选取国际高水平教材辅助教学。如
3D Computer Graphics: A Mathematical Introduction with OpenGL, by Samuel R. Buss, June 2003 。
Computer Graphics (C version), Donald Hearn, M ， Pauline Baker, 清华大学出版社， Prentice Hall 出版社， 1998 。
4. 充分利用多媒体设备的效果，自行编写高水平计算机图形学英文电子教案。
促进学生主动学习的扩充性资料使用情况：
本课题组的研究成果丰硕，在 ACM SIGGRAPH, EUROGRAPH, IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, ACM Transaction on Graphics, International Journal of Computer Vision 等国际顶级会议、杂志上发表论文多篇。这些论文为学生提供了很好了课外阅读材料。据了解，学生大多对课题组的研究成果很感兴趣，很多学生阅读了论文后还参与了课题组的研究。
自行开发的教学模拟软件：
1. 几何模型处理算法教学软件
2. B 样条曲线性质
3. Bezier 曲线性质和算法教学软件
4. Phong 光照模型教学软件
5. 光线跟踪算法的教学软件
实践性教学环境:
清华大学可视媒体研究中心目前承担了国家重大基础研究（973）计划项目“可视媒体智能处理的理论与方法”，以及多项国家自然科学基金、国家863高科技项目和教育部博士点基金项目，开发的几何处理系统和真实感图形绘制系统可以提供多种输入输出接口和相关图形学算法接口，可以为学生提供图形学课程算法的实践教学环境，支持从易到难的曲线曲面算法和真实感绘制算法等多种实验。
利用课题组的科研平台和科研背景，开展了三维人脸扫描和半透明绘制等试验环节，供学有余力的同学选作。在三维人脸扫描实验中，学生可通过三维便携式非接触扫描仪扫描自己头部的三维点云数据。然后进行注册、三角化、网格简化、拓扑修复等操作得到三维模型。通过对自己头部三维数据的获取和处理，让学生亲自体验三维模型和获取的基本流程，增强学习兴趣。半透明物体绘制实验结合课题组在这方面的一些研究成果和实验平台，为学生了解和参与国际前沿课题研究提供了方便。
网络教学环境:
本课程在清华大学的网络学堂有专门空间供学生与教师讨论交流，以及进行课程作业和成绩的管理，学生与教师沟通及时紧密。网址：http://learn.tsinghua.edu.cn。
开发专门的课程配套网站，发布课件、辅助材料、往届学生实验作品等，便于学生及时了解课程概况、研究动态、教学进度、选读材料。网址：http://cg.cs.tsinghua.edu.cn/course.htm。
同时本课题组建立并定期维护课题组主页：http://cg.cs.tsinghua.edu.cn，可供学生了解课题组的最新研究情况和国际图形学的最新动态。
教学方法
多种教学方法和现代教育技术的灵活运用:
- 为了让学生能够更加方便及时地了解学科发展动态，同时考虑到清华学生良好的英文素质，该课程实行双语教学。英文课件，部分内容用英文讲授（其中2007和2008年全英文教学）。课程组全体教师都有着丰富的英文交流经验。
- 本课程充分利用现代信息学技术并发挥图形学自身的特点，制作的多媒体教学课件生动精彩、内容丰富，生动的表现数学原理及算法公式。本课程的电子资源除了PPT之外，还有课题组制作的演示程序和效果图，使学生对抽象的图形学算法有一个直观的了解。
- 充分利用网络资源，课件、学习资料等及时上网，方便学生随时查看，并通过网络学堂，与学生充分及时的讨论交流。
- 建立和定期维护课题组和课程教学主页，使学生及时了解课程教学动态和课题组的最新研究情况、以及国际图形学的最新发展动态。
- 启发学生独立思考、积极创新。在学习基本课程完成基本任务之余，根据学生的学习情况和兴趣，安排一些学生对已发表的论文进行编程实现，并给予适当的指导。这对巩固学生的基础知识，增强他们对图形学前沿的认识，有着非常好的效果。此外，还会安排一些学有余力的学生进入课题组参与科研，一些参加课题组的本科生也在国际顶级杂志、会议上发表了论文。
教学改革:
- 本着以培养学生能力，基础与前沿结合的原则，在对课程进行认真筹备的同时，也针对计算机图形学发展的最新动态，对图形学课程的授课内容进行改革和调整。新的课程体系更加接近国际前沿的研究内容，更加注重学生的参与性与实践性。
- 在课程的实践性方面，本课程从传统的以课堂为中心，兼顾实验，逐渐改版为以课程实践为导向，强调理论方法的课堂教学和动手实践相结合，学以致用。根据不同学生的特点布置大作业，调动学生的兴趣，启迪学生思考，让学生从实践中学，促进学生实际动手能力的提高与科研能力的培养。
- 针对图形学这门学科发展速度快的特点，本课程从基本知识学习为主逐渐改革为讲授经典知识和最新进展相结合，指导学有余力的学生进行自主学习，研究性学习，已取得很好的教学效果，许多本科生也在国际会议和期刊上发表了高水平的论文。
- 在和国际化接轨方面，本课程实行双语授课，指导学生阅读外文资料和论文，培养了学生阅读外文文献的能力，为他们今后的进一步学习打下坚实的基础，并邀请国外著名学者进行讲课，扩展了同学的眼界。
- 积极开展考核改革，全面考核学生的学习情况。考核由课外阅读，书面作业和上机实践三个部分组成，侧重学生动手实践能力和科研能力的培养。该措施取得了较好的成效，很多学生编写的图形学作业可以作为课程的算法演示，并且有一些突出的本科生已经参与课题组的研究，甚至在著名国际期刊和会议ACM SIGGRAPH ASIA, ACM Transactions on Graphics, Computer Aided Geometric Design (Elsevier), The Visual Computer (Springer)上发表论文。
课程特色
一流的教师队伍和认真活跃的教师梯队：
主讲教师胡事民教授和Ralph Martin教授均在国际上有较大影响，是多个知名国际图形学杂志的编委，具有很高的学术水平和丰富的科研背景成果。胡事民教授已承担了十年的计算机图形学教学，具有丰富的教学经验，曾获得2008年清华大学教学成果特等奖，北京市教育教学成果（高等教育）一等奖。
胡事民教授领导的教学团队中的年轻教师也都在科研和教学中表现卓越，而且有丰富的教辅经验。师资队伍中青年教师刘永进博士在清华大学的教学过程中，连续3年课堂教学评估进入全校前20％，其中2009年综合评估成绩96.79?0.52分，进入全校5％，计算机系排名第一，开发的图易三维造型软件获得2008年清华大学优秀教学软件一等奖。在本科生管理上，获得2008、2009年度清华大学计算机系优秀班主任称号，2009年获得清华大学计算机系教学优秀奖。
开放性、交互式的教学方法，前沿化的教学内容：
本课程结合图形学的最新发展动态，每年动态调整部分教学内容并安排国际著名的专家在课内讲座。注重引发同学们自己的思考，激发同学们的创造性。在教学过程中本课程强调师生互动，提倡交互式教学方法，根据学生的个人能力特长，布置高水平的课外选题，激发学生的创造性。
同时使课程内容反映学科的国际最新研究进展，使同学们不仅学到课本上的、经典的图形学方法，也能够了解这一学科的前沿，为学生将来的研究打下坚实的基础。
双语教学：
为了让学生能够更加方便及时地了解学科发展动态，同时考虑到清华学生良好的英文素质，本课程实行双语教学，英文课件加部分课程的英文讲授（其中2007和2008年全英文教学），使学生很快融入图形学研究的国际环境中。
