Программа дисциплины опд. Ф. 02., Дн. Ф. 01. Компьютерная графика для студентов специальности 230102 Автоматизированные системы обработки информации и управления
| Вид материала | Программа дисциплины |
- Рабочая программа По дисциплине «Компьютерная графика» По специальности 230102., 250.33kb.
- Программа дисциплины опд. Ф. 10, Дн. Ф операционные системы для студентов специальности, 203.73kb.
- Программа дисциплины опд. В. 02., Сд. В логическое программирование для студентов специальности, 135.48kb.
- Программа дисциплины опд. Ф. 09. Организация ЭВМ и систем для студентов специальности, 243.54kb.
- Программа дисциплины опд. Ф. 13., Опд. Ф. 11 Методы и средства защиты компьютерной, 333.08kb.
- Рабочая программа по дисциплине «Основы разработки Internet-приложений» для специальности, 51.53kb.
- Рабочая программа по дисциплине: Методы и средства защиты компьютерной информации Для, 75.18kb.
- Рабочая программа по дисциплине " Метрология, стандартизация и сертификация " для специальности, 284.04kb.
- Программа дисциплины опд. Р , дн. В. 2 Теория информационных процессов для студентов, 161.55kb.
- Рабочая программа по курсу "Моделирование систем" для специальности 230102 "Автоматизированные, 99.53kb.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
ОБНИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИАТЭ)
| | УТВЕРЖДАЮ |
| | Проректор по учебной работе ___________________ C.В. Бурухин |
| | «______»___________ 200__ г. |
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ОПД.Ф.02., ДН.Ф.01. КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА
для студентов специальности
230102 – Автоматизированные системы обработки информации и управления
направления 230100 – Информатика и вычислительная техника
ОПД.Ф.13. КОМПЬЮТЕРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ГРАФИКА
для студентов специальности
230201 – Информационные системы и технологии
направления 230200 – Информационные системы
Форма обучения: очная, заочная
Объем дисциплины и виды учебной работы в соответствии с учебными планами
| Вид учебной работы | Всего часов 230100 (очное) | Семестры | Всего часов 230102 (очное) | Семестры | Всего часов 230201 (очное) | Семестры | Всего часов 230201 (заоч.) | Курс | Всего часов 230102 (заоч.) | Курс |
| 7 | 7 | 7 | 4 | 4 | ||||||
| Общая трудоемкость дисциплины | 140 | 140 | 140 | 140 | 85 | 85 | 85 | 85 | 140 | 140 |
| Аудиторные занятия | 72 | 72 | 68 | 68 | 68 | 68 | 14 | 14 | 16 | 16 |
| Лекции | 36 | 36 | 34 | 34 | 34 | 34 | 8 | 8 | 8 | 8 |
| Практические занятия и семинары | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| Лабораторные работы | 36 | 36 | 34 | 34 | 34 | 34 | 6 | 6 | 8 | 8 |
| Курсовой проект (работа) | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| Самостоятельная работа | 68 | 68 | 72 | 72 | 17 | 17 | 71 | 71 | 124 | 124 |
| Расчетно-графические работы | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| Вид итогового контроля (зачет, экзамен) | Экз. | Экз. | Экз. | Экз. | Экз. | Экз. | Экз. | Экз. | Экз. | Экз. |
Обнинск 2008
Программа составлена с соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлению подготовки
- дипломированного специалиста 654600 Информатика и вычислительная техника (№ 224 тех/дс от 27.03.2000),
- дипломированного специалиста 654700 Информационные системы (№ 276 тех/дс от 27.03.2000),
- бакалавров 552800 Информатика и вычислительная техника (№ 35 тех/бак от 13.03.2000).
Программу составил:
___________________ Н.Г. Типикин, доцент кафедры АСУ, к.т.н., доцент
Программа рассмотрена на заседании кафедры АСУ (протокол № 6-у от 25.01.2008 г.)
Заведующий кафедрой АСУ
___________________ А.Н. Анохин
«____»_____________ 200__ г.
СОГЛАСОВАНО
| Начальник учебно-методического управления ___________________ Ю.Д. Соколова | Декан факультета кибернетики ___________________ А.В. Антонов «____»_____________ 200__ г. |
| | Декан факультета заочного отделения ___________________ А.А. Росляков «____»_____________ 200__ г. |
1. Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплин «Компьютерная графика» и «Компьютерная геометрия и графика» является изучение и практическое освоение методов и алгоритмов создания плоских и трехмерных реалистических изображений в памяти компьютера и на экране дисплея. Рассматриваются теоретические и прикладные вопросы применения современных систем компьютерной графики.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен
знать: принципы организации, структуры технических и программных средств систем компьютерной графики, основные методы и алгоритмы формирования и преобразования изображений, методы графического диалога, способы проектирования графических структур данных, иметь представление о проблемах и направлениях развития современной компьютерной графики, технологии программирования, об основных методах и средствах проектирования графического программного обеспечения;
уметь: использовать инструментальные средства компьютерной графики и графического диалога; приемы и методы построения графических программ и алгоритмов;
иметь навыки: разработки, составления, отладки, тестирования и документирования графических программ различного назначения на языках высокого уровня.
Входные дисциплины: Алгебра и геометрия, Физика, Дискретная математика, Программирование на языке высокого уровня, Информатика, Информационные технологии, Организация ЭВМ (для студентов специальности 230102 – АСОИУ), Архитектура ЭВМ и систем (для студентов специальности 230201 – ИСТ).
Выходные дисциплины по специальности 230102 – АСОИУ: учебно-исследовательская работа, дипломное проектирование.
Выходные дисциплины по специальности 230201 – ИСТ: Мультимедиа технология, Проектирование ИС, учебно-исследовательская работа, дипломное проектирование.
3. Содержание дисциплины
| Дидактические единицы (темы) для направления 230100 «Информатика и вычислительная техника» | Раздел программы |
| Области применения компьютерной графики | 3.1, тема 1 |
| Тенденции построения современных графических систем: графическое ядро, приложения, инструментарий для написания приложений | 3.1, тема 1,2 |
| Стандарты в области разработки графических систем | 3.1, тема 5 |
| Технические средства компьютерной графики: мониторы, графические адаптеры, плоттеры, принтеры, сканеры | 3.1, тема 6 |
| Графические процессоры, аппаратная реализация графических функций | 3.1, тема 6 |
| Понятие конвейеров ввода и вывода графической информации | 3.1, тема 2,4,5 |
| Системы координат, типы преобразований графической информации | 3.1, тема 3,4 |
| Форматы хранения графической информации | 3.1, тема 1,5,8 |
| Принципы построения “открытых” графических систем | 3.1, тема 5 |
| 2D и 3D моделирование в рамках графических систем | 3.1, тема 8 |
| Проблемы геометрического моделирования | 3.1, тема 8 |
| Виды геометрических моделей их свойства, параметризация моделей | 3.1, тема 8 |
| Геометрические операции над моделями | 3.1, тема 3,4 |
| Алгоритмы визуализации: отсечения, развертки, удаления невидимых линий и поверхностей, закраски; способы создания фотореалистических изображений | 3.1, тема 9, 10, 11, 12 |
| Основные функциональные возможности современных графических систем | 3.1, тема 6 |
| Организация диалога в графических системах | 3.1, тема 2,5 |
| Классификация и обзор современных графических систем | 3.1, тема 1, 5, 6 |
| Дидактические единицы (темы) для направления 230200 «Информационные системы» | Раздел программы |
| Компьютерная графика, геометрическое моделирование и решаемые ими задачи | 3.1, тема 3,4 |
| Графические объекты, примитивы и их атрибуты | 3.1, тема 8, 12 |
| Представление видеоинформации и ее машинная генерация | 3.1, тема 1, 8 |
| Графические языки | 3.1, тема 1, 2, 5, 8 |
| Метафайлы | 3.1, тема 2 |
| Архитектура графических терминалов и графических рабочих станций | 3.1, тема 1,5 |
| Реализация аппаратно-программных модулей графической системы | 3.1, тема 6 |
| Базовая графика | 3.1, тема 2,3 |
| Современные стандарты компьютерной графики | 3.1, тема 5 |
| Графические диалоговые системы | 3.1, тема 1, 5 |
| Применение интерактивной графики в информационных системах | 3.1, тема 1, 5, 8 |
3.1. Лекции
| Номер темы | Тема | Число часов (очное) | Число часов 230100 (очное) | Число часов (заочн.) |
| 1 | Введение | 2 | 2 | 2 |
| 2 | Простой графический пакет | 2 | 2 | - |
| 3 | Геометрические преобразования | 2 | 4 | 2 |
| 4 | Изображение трехмерных объектов | 4 | 4 | 2 |
| 5 | Стандарты компьютерной графики | 4 | 4 | - |
| 6 | Растровые графические системы | 2 | 2 | - |
| 7 | Основные растровые алгоритмы | 4 | 4 | - |
| 8 | Описание трехмерных объектов | 4 | 4 | - |
| 9 | Алгоритмы удаления скрытых линий на изображении | 2 | 2 | - |
| 10 | Цветовые модели компьютерной графики | 1 | 1 | 1 |
| 11 | Методы закраски | 1 | 1 | 1 |
| 12 | Основы метода обратной трассировки лучей | 4 | 4 | - |
| 13 | Компьютерные шрифты | 2 | 2 | - |
1. Введение Предмет курса «Компьютерная графика». Краткая история компьютерной графики. Области применения компьютерной графики. Технические средства компьютерной графики. Векторные и растровые графические системы. Дисплеи, принтеры, графопостроители. Программистская модель компьютерной графики. Особенности графического программирования. Модели компьютерной графики. Понятия и определения. Мировые координаты. Окно. Поле вывода. Видовая операция. Понятие сегмента изображения.
2. Простой графический пакет. Основные функции простого графического пакета. Структура простого графического пакета. Процессор видовой операции. Отсечение точек, отрезков, текстовых строк. Генерация программы дисплейного процессора. Независимость пакета от графических устройств. Метафайлы.
3. Геометрические преобразования. Двухмерные перенос, масштабирование и поворот. Однородные координаты на плоскости. Матрицы преобразований. Композиция двухмерных преобразований. Трехмерные преобразования. Композиция трехмерных преобразований. Свойства матриц преобразований.
4. Изображение трехмерных объектов. Понятие плоской геометрической проекции. Классификация проекций. Параллельные и центральные проекции. Математическое описание плоских геометрических проекций. Произвольные проекции трехмерных объектов. Задание системы координат картинной плоскости, видимого объема. Канонические объемы. Приведение видимого объема к каноническому виду для параллельной и центральной проекции. Отсечение примитивов вывода по каноническому объему. Перспективное преобразование. Конвейер графического вывода.
5. Стандарты компьютерной графики. Вывод графической информации в MS Windows. GUI. OpenGL. Команды OpenGL. Конвейер вывода изображения в OpenGL. Команды OpenGL. Рисование линий и многоугольников, закраска, геометрические преобразования, проекции. DirectX. Архитектура DirectX. DirectDraw. Интерфейсы DirectX. Direct3D. Использование Direct3D. Интерфейсы Direct3D.
6. Растровые графические системы. Цветная электронно-лучевая трубка. Растр. Развертка. Видеосигнал. Пиксель. Видеопамять. Способы организации видеопамяти в цветных растровых дисплеях. Архитектура видеоадаптера. Палитра. Другие типы дисплеев. Матричные, лазерные и струйные принтеры. Графические ускорители и процессоры, аппаратная поддержка графики.
7. Основные растровые алгоритмы. Особенности растровых изображений. Метод Брезенхейма построения линии. Метод Брезенхейма рисования окружности. Задача заполнения области. Типы областей. Понятие о связности. Алгоритмы заполнения области с затравкой. Алгоритм отсечения многоугольников Сазерленда-Ходгмана. Алгоритм заполнения области, заданной списком вершин.
8. Описание трехмерных объектов. Классификация способов описания трехмерных объектов. Полигональные сетки. Способы описания полигональной сетки. Уравнение плоскости. Параметрические кубические кривые. Параметрические бикубические поверхности. Вычисление точки на бикубической поверхности. Изображение бикубической поверхности.
9. Алгоритмы удаления скрытых линий на изображении. Постановка задачи. Удаление невидимых линий в пространстве объекта и пространстве изображения. Упрощение сравнений по глубине, оболочки. Перспективное преобразование. Метод Робертса. Метод сортировки по глубине. Плавающий горизонт. Метод z-буфера. Метод построчного сканирования. Метод разбиения области. Сравнение производительности методов удаления невидимых линий.
10. Цветовые модели компьютерной графики. Ахроматический цвет, интенсивность, формирование уровней серого. Хроматический цвет, цветовой тон, насыщенность, светлота. Модели RGB, CMY, YIQ, HLS. Выбор цветов.
11. Методы закраски. Источники света. Диффузное отражение. Рассеянный свет. Зеркальное отражение. Однотонная закраска. Полосы Маха. Закраска полигональных сеток методами Гуро и Фонга. Прозрачные объекты. Идеальное и диффузное преломление. Модели источников света. Фактура поверхности. Фрактальные поверхности. Текстурирование.
12. Основы метода обратной трассировки лучей. Суть метода обратной трассировки лучей. Общие положения. Координатные системы. Переход между координатными системами. Модель приемника света. Модель объекта. Примитивы. Комбинации примитивов. Взаимное положение точки и примитива. Определение видимых точек. Пересечение луча и примитива. Определение затененных точек. Пересечение луча с основными типами примитивов: плоский примитив, выпуклый многогранник, квадратическая поверхность. Изображение прозрачных и зеркальных объектов. Управление процессом синтеза изображения. Использование оболочек объектов и примитивов.
13. Компьютерные шрифты. Понятие о шрифте. Основные термины: гарнитура, начертание, кегль. Характеристики шрифтов: насыщенность, контраст, пропорциональность. Параметры шрифтов: базовая линия, высота прописных и строчных букв, выступающие и свисающие элементы, кернинг, трекинг. Оптические эффекты в шрифтах. Способы генерации шрифтов. Растровые, векторные, контурные и алгоритмические шрифты. Понятие о шрифтовом формате и шрифтовой машине.
3.2. Практические и семинарские занятия – не предусмотрены.
3.3. Лабораторный практикум
| Раздел(ы) | Название лабораторной работы | Число часов (очное) | Число часов 230102 (заочн.) | Число часов 230201 (заочн.) |
| 3 | Разработка программ построения двумерных изображений | 6 | 2 | 2 |
| 8 | Разработка программ построения трехмерных изображений | 6 (8) | 2 | 2 |
| 9 | Разработка программ удаления невидимых линий на изображении | 6 | - | 2 |
| 11 | Разработка программ закраски изображений | 8 | - | - |
| 5 | Построение изображений с использованием OpenGL | 8 | 2 | 2 |
3.4. Курсовые проекты (работы) – не предусмотрены.
3.5. Формы текущего контроля.
для очной формы обучения
| Раздел(ы) | Форма контроля | Неделя |
| 1 – 3 | Контрольная работа. | 4 |
| 5 – 7 | Контрольная работа. | 9 |
| 8 – 13 | Контрольная работа. | 16 |
для заочной формы обучения
| Раздел(ы) | Форма контроля | Курс |
| 1 – 7 | Контрольная работа. | 4 |
| 8 – 13 | Контрольная работа. | 4 |
3.6. Самостоятельная работа
Студентами самостоятельно изучаются приемы работы с графическими примитивами в используемых языках программирования, средства, предоставляемые библиотекой OpenGL, а также дополнительные разделы аналитической геометрии, теории сплайнов, если это необходимо для выполнения лабораторных работ. Контроль усвоения изученного материала производится в ходе приема лабораторных работ.
| Содержание самостоятельной работы | Литература | Объем, час. 230102 (00)/230201 | Форма контроля |
| Графические примитивы в языках программирования | 6, справочные системы языков | 10/5 | Собеседование перед сдачей соответствующей лабораторной работы |
| Основы аналитической геометрии, проектирование геометрических преобразований. | 2,3,4 | 10/5 | |
| Изучение приемов и методов использования средств выбранного языка программирования для реализации графических задач. | Справочные системы языков программирования | 20 (16)/7 | |
| Изучение команд OpenGL, Direct Draw | 5 | 8/- | |
| Разработка пользовательского диалога | 3 | 8/- | |
| Тестирование и отладка программ | Не требуется | 16/- |
Студентами заочной формы обучения самостоятельно изучается тот же материал, что и студентами очной формы, а также теоретические темы Простой графический пакет, Стандарты компьютерной графики, Растровые графические системы, Основные растровые алгоритмы, Описание трехмерных объектов, Алгоритмы удаления скрытых линий, Обратная трассировка лучей. полностью и остальные темы более углубленно.
| Содержание самостоятельной работы | Литература | Объем, час. 230102/230201 | Форма контроля |
| Графические примитивы в языках программирования | 6, справочные системы языков | 10/- | Собеседование перед сдачей соответствующей лабораторной работы |
| Основы аналитической геометрии, проектирование геометрических преобразований. | 2,3,4 | 10/- | |
| Изучение приемов и методов использования средств выбранного языка программирования для реализации графических задач. | Справочные системы языков программирования | 20/- | |
| Изучение команд OpenGL, Direct Draw | 5 | 8/5 | |
| Разработка пользовательского диалога | 3 | 8/5 | |
| Тестирование и отладка программ | Не требуется | 16/7 | |
| Введение | [1] | 2 | Контролируется при сдаче экзамена |
| Простой графический пакет | [1,2] | 4 | |
| Геометрические преобразования | [1-3] | 6 | Контрольная работа |
| Изображение трехмерных объектов | [2,3] | 6 | Контрольная работа |
| Стандарты компьютерной графики | [2] | 6 | Контролируется при сдаче экзамена |
| Растровые графические системы | [1] | 4 | |
| Основные растровые алгоритмы | [3] | 4 | |
| Описание трехмерных объектов | [1] | 6 | |
| Алгоритмы удаления скрытых линий на изображении | [1] | 4 | |
| Цветовые модели компьютерной графики | [1] | 4 | |
| Методы закраски | [1] | 4 | |
| Основы метода обратной трассировки лучей | [4] | 6 | |
| Компьютерные шрифты | [7] | 2 |
4.1. Рекомендуемая литература
4.1.1. Основная литература
1. Фоли Дж., Вэн Дэм А., Основы интерактивной машинной графики. Кн. 1,2. Пер. с англ. – М.: Мир, 1985.
2. Шикин Е.В. , Боресков А.В. Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения. – М.: Диалог-МИФИ, 1994.
3. Шикин Е.В. , Боресков А.В. Компьютерная графика. Полигональные модели. – М.: Диалог-МИФИ, 1999.
4.1.2. Дополнительная литература
4. Иванов В.П., Батраков А.С. Трехмерная компьютерная графика. – М.: Радио и связь, 1995.
5. Краснов М. В. OpenGL графика в проектах Delphi. Киев: БХВ, 2000.
6. Уилтон Р. Видеосистемы персональных компьютеров IBM PC и PS/2. Руководство по программированию. Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1994.
7. Ярмола Ю.А. Компьютерные шрифты. – СПб.: БХВ-Санкт Петербург, 1994.
4.2. Средства обеспечения освоения дисциплины
Студент может выбирать систему программирования для реализации лабораторных работ самостоятельно. Рекомендуемое программное обеспечение – Borland Delphi, Borland C++ Builder, графическая библиотека OpenGL, так как предлагаемые студенту вспомогательные библиотечные модули для описания геометрических преобразований, проекций и т.д.. разработаны для использования в указанных системах программирования.
В процессе подготовки к лабораторным работам, при самостоятельном изучении разделов курса, а также в процессе подготовки к экзамену студенту предлагается использовать электронные учебные пособия, размещенные на одном из общедоступных дисков в дисплейном классе.
5. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Для лабораторных занятий используются классы персональных ЭВМ. При выполнении лабораторной работы номер 5 используются графические платы с аппаратной поддержкой графики OpenGL. Такими платами оборудованы компьютеры установленные в дисплейных класса 2-415, 2-414.