Geum.ru

Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 утверждаю

Вид материалаРабочая программа

Содержание


Всего аудиторных занятий
Общая трудоемкость
Рабочая программа учебной дисциплины
Компьютерная геометрия и графика
Подобный материал:


Рабочая программа учебной дисциплины


Ф ТПУ 7.1-21/01







УТВЕРЖДАЮ:

Декан факультета АВТ


___________С.А. Гайворонский


"_____ “_____________2009 г.



КОМПЬЮТЕРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ГРАФИКА


Рабочая программа для специальности

230201 «Информационные системы и технологии»




Факультет автоматики и вычислительной техники (АВТФ)

Обеспечивающая кафедра вычислительной техники (ВТ)


Курс 3

Семестр 6

Кредитов 4

Учебный план набора 2006 года с изменениями ______ года


Распределение учебного времени


Лекции
25,5

часов (ауд.)

Лабораторные занятия
34

часа (ауд.)

Практические занятия



часов (ауд.)

Всего аудиторных занятий
59,5

часов

Самостоятельная (внеаудиторная) работа
68

часов

Общая трудоемкость
127,5

часов

Зачет в 6 семестре

















2009


Рабочая программа учебной дисциплины


Ф ТПУ 7.1-21/01



Предисловие


1 Рабочая программа составлена на основе ГОС ВПО по специальности

230201 «Информационные системы и технологии», утвержденного в 2000 г.


РАССМОТРЕНА и ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры вычислительной техники _____________ 2009 года протокол №______.


2 Разработчик

доцент каф. ВТ _________ О.С. Токарева


3 Зав. обеспечивающей кафедрой ВТ Н.Г. Марков


4 Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающими кафедрами специальности; СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.


Зав. выпускающей кафедрой ВТ Н.Г. Марков


Зав. выпускающей кафедрой АиКС Г.П. Цапко


АННОТАЦИЯ


КОМПЬЮТЕРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ГРАФИКА

230201(c)

Каф. ВТ, АВТФ

Доцент, к.т.н. Токарева Ольга Сергеевна

Тел. (3822)418912, e-mail: ostokareva@mail.ru

Цель: изучение основ компьютерной геометрии и графики, принципов создания прикладного программного обеспечения в области обработки графической информации.

Содержание: основные понятия компьютерной графики, растровые алгоритмы, двумерные геометрические преобразования, трехмерные геометрические преобразования и проекции, стандарты машинной графики, создание реалистичных сцен, аппаратные средства машинной графики.

Курс 3 (6 сем. – зачет).

Всего 128 ч, в т.ч. Лк.- 26 ч, Лб.- 34 ч.

1Цели и задачи учебной дисциплины

1.1Цели преподавания дисциплины


Цель учебной дисциплины «Компьютерная геометрия и графика» - изучение основ компьютерной геометрии и графики, принципов создания прикладного программного обеспечения в области обработки графической информации.

1.2Задачи изложения и изучения дисциплины


В результате изучения данной дисциплины студенты должны овладеть математическими основами компьютерной геометрии, алгоритмами визуализации, знать типы графических изображений и принципы работы с ними. Студент должен разбираться в аппаратных средствах компьютерной графики, знать архитектуру графических станций, уметь использовать современные пакеты обработки графики и судить о перспективах их развития.

После прохождения курса лабораторных работ студент должен получить навыки разработки прикладного программного обеспечения, использующего графику, изучить на практике методы проектирования графического интерфейса пользователя и способы визуализации результатов обработки графической информации и иных видов данных.

Для изучения данной дисциплины требуется усвоение студентами курса «Программирование на языке высокого уровня».

2Содержание теоретического раздела дисциплины (26 часов)

2.1 Основные понятия компьютерной графики (4 часа)

Основная терминология. Краткая историческая справка. Области применения компьютерной графики. Понятия растровой, векторной и фрактальной графики. Параметры растровых изображений. Классификация современного программного обеспечения обработки графики. Представление цвета в компьютере. Цветовые модели и пространства. Форматы графических файлов.

2.2 Двумерные геометрические преобразования (4 часа)

Основные понятия. Двумерные геометрические преобразования. Матричное представление двумерных преобразований. Однородные координаты. Сложные двумерные преобразования. Системы координат. Двумерный конвейер наблюдения. Алгоритмы отсечения.

2.3 Трехмерные геометрические преобразования и проекции (4 часа)

Основные понятия. Матричное представление трехмерных преобразований. Сложные трехмерные преобразования. Проекции. Математическое описание плоских геометрических проекций. Трехмерный конвейер наблюдения.

2.4 Создание реалистичных сцен (4 часа)

Представление пространственных форм. Алгоритмы удаления скрытых линий и поверхностей. Методы закраски полигональных сеток. Тени. Поверхности, пропускающие свет. Детализация поверхности.

    1. Стандарты машинной графики (4 часа)

Стандарты DirectX, OpenGL. Использование библиотеки OpenGL. Графические примитивы. Геометрические преобразования. Закраска и текстуры. Освещение и спецэффекты.

2.1Растровые алгоритмы (4 часа)


Алгоритмы растеризации. Методы устранения ступенчатости. Методы обработки изображений.

2.2Аппаратные средства машинной графики (2 часа)

Понятие графической системы. Ядро графической системы. Графические рабочие станции. Видеоконтроллеры и графические ускорители. Способы ввода и вывода изображений в память ЭВМ. Типы сканеров, принтеров, графических манипуляторов.

3Содержание практического раздела дисциплины

3.1Тематика лабораторных работ (34/30 часов)

3.1.1Основы работы с графическим редактором

Adobe Photoshop CX3 - 4/ 2часа.

3.1.2Основы работы с графическим редактором Corel Draw X3 - 4/2 часа.

3.1.3Базовые алгоритмы 2D-геометрии - 6/4 часа.

3.1.4Базовые алгоритмы 3D-геометрии - 6/4 часа.

3.1.5Основы работы с библиотекой OpenGL - 4/6 часов.

3.1.6Применение визуальных эффектов в OpenGL - 6/6 часов.


3.1.7 Растровые алгоритмы - 4/6 часов.


Для выполнения лабораторных работ студенты получают индивидуальные задания по теме работы. Защита выполненной работы проводится при предоставлении отчета о выполнении работы и демонстрации результатов на компьютере.

4Программа самостоятельной познавательной деятельности


4.1 Самостоятельная работа организуется в двух формах:
  • аудиторной (на лабораторных работах при решении поставленных задач);
  • внеаудиторной (проработка лекций, изучение рекомендованной литературы – 20 часов; выполнение индивидуального задания в форме реферата – 18 часов; подготовка к выполнению лабораторных занятий – 23 часа; оформление отчетов по лабораторным работам – 7 часов).

5Текущий и итоговый контроль результатов изучения дисциплины

    1. Текущий контроль изучения дисциплины состоит из следующих видов:
  • контроль за своевременным и правильным выполнением лабораторных работ и сдачей отчетов;
  • контроль за освоением теоретического материала – проведение тестов;
  • проверка реферата.

По результатам текущего контроля формируется допуск студента к итоговому контролю – зачету.

    1. Рейтинг-план дисциплины «Компьютерная геометрия и графика»
  1. Виды учебной нагрузки.
    1. Лекции (26 часов).
    2. Лабораторные работы (34 часа).



  1. Основные положения по рейтинговой системе дисциплины
    1. На дисциплину выделяется 100 баллов:

- текущий контроль в течение семестра – 90 баллов;

- итоговый контроль (зачет) – 10 баллов.

      1. Текущий контроль в семестре распределяется следующим образом:
  • контроль выполнения лабораторных работ и сдача отчетов – 70 баллов;
  • тесты – 4 балла;
  • защита реферата – 9,5 баллов
  • посещение лекций – 6,5 баллов;



      1. На зачет выделяется 10 баллов. Зачет считается сданным, если студент набрал на зачете не менее 5 баллов.

Студент допускается к зачету, если он набрал по результатам текущего контроля не менее 60 баллов при условии защиты реферата, выполнения всех лабораторных работ и тестов. Итоговый рейтинг определяется суммированием баллов по текущему и итоговому контролю.

6Учебно-методическое обеспечение дисциплины

6.1Перечень компьютерных программ

1. Среда разработки Borland C++ Builder 6.0.


2. Графический редактор Adobe Photoshop CS3.

3. Графичеcкий редактор Corel Draw X3.

6.2Перечень рекомендуемой литературы

6.2.1Основная литература

  1. Роджерс Д., Адамс Дж. Математические основы машинной графики: Пер. с англ. – М.: Мир, 2001. – 604 с.
  2. Фоли Дж., вэн Дэм А. Основы интерактивной машинной графики: В 2-х книгах. Кн. 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1985. — 368 с., ил.
  3. Фоли Дж., вэн Дэм А. Основы интерактивной машинной графики: В 2-х книгах. Кн. 2. Пер. с англ. — М.: Мир, 1985. — 368 с., ил.
  4. Тихомиров Ю.В. OpenGL. Программирование трехмерной графики – СПб: БХВ – Санкт-Петербург, 2002. – 304 с.
  5. Тихомиров Ю.В. Программирование трехмерной графики – СПб: БХВ – Санкт-Петербург, 1998. – 256 с.
  6. Демин А.Ю., Кудинов А.В. Компьютерная графика. Учебное пособие. - Томск: Изд-во ТПУ, 2005. - 164 с.

6.2.2Дополнительная литература

  1. Яншин В.В., Калинин Г.А. Обработка изображений на языке Си для IBM PC: Алгоритмы и программы. — М.: Мир, 1994. — 240 с., ил.
  2. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. — М.: Физматгиз, 1963. — 872 с., ил.
  3. Борн Г. Форматы данных: Пер. с нем. — К.: BHV, 1995 — 472 c.: ил.
  4. Мураховский В.И. Компьютерная графика. - М: «АСТПРЕСС СКД», 2002. - 640 с.
  5. Краснов М. В. OpenGL. Графика в проектах Delphi. — СПб.: БХВ-Петербург, 2001. — 352 с.
  6. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. – 512 с.

Приложение
Текущий и итоговый контроль результатов изучения дисциплины


Вопросы для проведения итогового контроля

  1. Компьютерная геометрия и графика: основные определения, области применения.
  2. Растровый способ представления изображений. Достоинства и недостатки. Основные параметры растрового изображения.
  3. Векторный способ представления изображений. Графические примитивы. Достоинства и недостатки векторного способа.
  4. Классификация программного обеспечения компьютерной графики. Растровые и векторные редакторы.
  5. Представление цвета в компьютере. Цветовые модели и пространства.
  6. Классификация графических файловых форматов.
  7. Краткая характеристика основных графических файловых форматов.
  8. Растровые алгоритмы. Понятие связности.
  9. Простейшие пошаговые алгоритмы растрового изображения отрезков.
  10. Алгоритм Брезенхейма для построения отрезков прямой.
  11. Простые способы растровой развертки окружности.
  12. Алгоритм Брезенхейма для генерации окружности.
  13. Закраска области, заданной цветом границы.
  14. Заполнение многоугольников. Алгоритм отсечения Сазерленда-Хогманда.
  15. Заполнение многоугольников. Алгоритм построчного сканирования.
  16. Компьютерная геометрия. Двумерные преобразования (перенос, изменение масштаба, отображение относительно осей и начала координат) с использованием матриц размером 2х2.
  17. Двумерные преобразования. Поворот относительно начала координат.
  18. Двумерные преобразования. Однородные координаты. Нормализация. Геометрическое представление однородных координат.
  19. Матрица двумерных преобразований общего вида для работы с однородными координатами. Значение каждой из компонент матрицы.
  20. Композиция двумерных преобразований. Поворот вокруг произвольной точки.
  21. Трехмерные преобразования. Левосторонняя и правосторонняя системы координат. Направление положительного поворота вокруг каждой из осей.
  22. Обобщенная матрица преобразования для трехмерных однородных координат. Значение каждой из подматриц обобщенной матрицы.
  23. Матрицы преобразования размером 4х4 для выполнения трехмерного переноса, изменения масштаба, сдвига (скоса).
  24. Общее изменение масштаба за счет 4-го диагонального элемента матрицы размером 4х4.
  25. Матрицы преобразования размером 4х4 для выполнения поворота вокруг каждой из осей.
  26. Матрицы преобразования размером 4х4 для выполнения отображения относительно: оси z, плоскости х=0, начала координат.
  27. Проекции. Классификация плоских геометрических проекций.
  28. Ортографические проекции. Матрицы ортографических проекций (вид сбоку, спереди, сверху).
  29. Аксонометрические проекции. Общий вид матрицы аксонометрических проекций.
  30. Косоугольные проекции. Матрицы косоугольных проекций.
  31. Центральные проекции. Матрицы центральных проекций. Нормализация координат.
  32. Изображение трехмерных объектов. Понятие картинной плоскости, видимого объема. Схема вывода трехмерной графической информации.
  33. Представление пространственных форм. Полигональные сетки, параметрические бикубические куски.
  34. Полигональная сетка. Способы описания полигональных сеток.
  35. Удаление невидимых линий и поверхностей. Общая характеристика алгоритмов удаления невидимых линий и поверхностей.
  36. Удаление невидимых линий и поверхностей. Алгоритм плавающего горизонта.
  37. Удаление невидимых линий и поверхностей. Алгоритм Робертса.
  38. Удаление невидимых линий и поверхностей. Алгоритм z-буфера.
  39. Удаление невидимых линий и поверхностей. Метод трассировки лучей.
  40. Удаление невидимых линий и поверхностей. Алгоритм Варнока.
  41. Удаление невидимых линий и поверхностей. Алгоритм Вейлера-Азертона.
  42. Удаление невидимых линий и поверхностей. Алгоритм, использующий список приоритетов (художника).
  43. Диффузное отражение. Модель освещения с учетом диффузного отражения и рассеянного света.
  44. Зеркальное отражение. Модель освещения с учетом зеркального отражения света.
  45. Простая модель освещения. Описание интенсивности для цветного изображения.
  46. Построение нормалей к граням.
  47. Способы закраски полигональной сетки. Однотонная закраска. Эффект полос Маха.
  48. Способы закраски полигональной сетки. Метод Гуро.
  49. Способы закраски полигональной сетки. Метод Фонга.
  50. Сравнительный анализ методов закраски Гуро и Фонга.
  51. Поверхности, пропускающие свет. Закон Снеллиуса.
  52. Детализация поверхностей цветом и фактурой. Два способа нанесения фактуры на поверхность.
  53. Понятие о ядре графической системы.
  54. Основные компоненты графической системы. Пользователи графических систем.
  55. Системы координат. Формулы перехода от мировой системы координат к экранной.
  56. Библиотека OpenGL.
  57. Библиотека OpenGL: синтаксис команд, задание графических примитивов.
  58. Аппаратные средства машинной графики. Сканеры и их основные характеристики.
  59. Аппаратные средства машинной графики. Дигитайзеры и их основные характеристики.
  60. Аппаратные средства машинной графики. Цифровые фотокамеры и их основные характеристики.

Темы индивидуальных заданий

  1. Векторный редактор Corel Draw.

  2. Растровый редактор Adobe PhotoShop.

  3. Создание анимированных сцен в Macromedia Flash MX.

  4. Разработка трехмерных сцен в 3D Studio Max.

  5. Настольные издательские системы.

  6. Векторизаторы. Алгоритмы векторизации.

  7. BMP формат изображения.

  8. GIF формат изображения.

  9. TIF формат изображения.

  10. JPG формат изображения.

  11. Цветовые модели и пространства.

  12. Двумерные преобразования. Однородные координаты и матричное представление двумерных преобразований.

  13. Проекции. Получение проекций с использованием матриц. Матричное представление трехмерных преобразований.

  14. Полигональные модели.

  15. Параметрические кубические кривые и поверхности. Вычисление точек на бикубической поверхности.

  16. Алгоритм плавающего горизонта.

  17. Алгоритм Робертса.

  18. Алгоритм Варнока.

  19. Алгоритм Вейлера-Айзертона.

  20. Алгоритм Z-буфера.

  21. Алгоритм построчного сканирования.

  22. Алгоритм трассировки лучей.

  23. Метод закраски Гуро. Закраска полигональной сетки.

  24. Метод закраски Фонга. Закраска полигональной сетки.

  25. Тени, поверхности пропускающие цвет, детализация поверхности.

  26. Фракталы.

  27. Закраска области заданной цветом границы.

  28. Отсечение многоугольников.

  29. Заполнение многоугольников.

  30. Алгоритмы построения отрезков прямой.

  31. Алгоритмы построения окружностей.

  32. Стандарт DirectX.

  33. Графическая библиотека OpenGL.

  34. Дисплеи их основные характеристики. Архитектура графических станций.

  35. Видеоконтроллеры и графические ускорители. Типы видеопамяти.

  36. Типы сканеров. Цифровые фотокамеры.

  37. Графические манипуляторы. Плоттеры. Типы принтеров.

  38. Аппаратное и программное обеспечение для нелинейного видеомонтажа.

  39. Дополнительные модули, подключаемые к Adobe PhotoShop. Разработка Plugin.

  40. Виртуальная реальность. Построение реалистичных трехмерных сцен.