Geum.ru

Компьютерная графика

Вид материалаЛекции

Содержание


Рабочая программа
Цель и задачи дисциплины
Раздел 1. Математические и алгоритмические основы синтеза изображений.
Тема 3. Геометрические преобразования
Тема 4. Алгоритмы удаления скрытых линий и поверхностей
Тема 5. Методы создания реалистических трехмерных изображений методом нанесения текстур
Тема 6. Законы отражения света (диффузное, зеркальное отражение и рассеянный свет) и алгоритмы закраски
Алгоритмы учета теней
Тема 15. Геометрические преобразования изображений
Расчет учебных часов по видам занятий
Программа согласована
Подобный материал:

Министерство образования Российской Федерации


Санкт-Петербургский государственный электротехнический

университет “ЛЭТИ”


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА




дисциплины



КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА


Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 - “Информатика и вычислительная техника” по специальности 220100 - “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети ”.





Санкт-Петербург


2002

Санкт-Петербургский государственный электротехнический

университет “ЛЭТИ”


“УТВЕРЖДАЮ”


Проректор по учебной работе

проф. ___________ Ушаков В.Н.

“_____”_______________2002 г.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА


дисциплины



КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА



Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 - “Информатика и вычислительная техника” по специальности 220100 - “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети ”.

Факультет Компьютерных технологий и информатики

Кафедра Вычислительной техники




Курс 4

Семестр 7


Лекции
64 ч.



Экзамен

семестр













9
















Лабораторные занятия
32 ч.



Зачет
семестр













9




Аудиторные занятия
96 ч.






Самостоятельные занятия
94 ч.



Всего часов
190 ч.







2002

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Вычислительной техники “____”_______________2002г., протокол №______.


Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин:

1) Программирование;

2) Информатика;

3) Базы данных;

4) Технология программирования.


Рабочая программа одобрена методической комиссией факультета Компьютерных технологий и информатики “____”_____________2002г.


Цель и задачи дисциплины


Целью дисциплины является изучение математических и алгоритмических основ компьютерной графики, ориентированое на решение задач по синтезу и обработке цифровых изображений.

Требования к уровню освоения дисциплины



В результате изучения дисциплины студенты должны:

1.Знать математические и алгоритмические основы компьютерной графики, возможности аппаратных и программных средств.

2.Уметь использовать изученные алгоритмы для решения конкретных задач по синтезу и обработке изображений.

3.Иметь опыт работы в программировании графики на персональном компьютере.

4.Иметь представление о способах решения и перспективах развития аппаратного и программного обеспечения для решения задач компьютерной графики.

Содержание рабочей программы



Введение.


Тема 1. Предмет дисциплины, ее объем, содержание и связь с другими дисциплинами учебного плана. Задачи, решаемые в компьютерной графике. Синтез двухмерных и трехмерных статических и динамических графических объектов. Задачи обработки цифровых изображений. Области использования. Проблемы проектирования специализированных графических систем.


Раздел 1. Математические и алгоритмические основы синтеза изображений.


Тема 2. Представление цифровых изображений, растры. Алгоритмы растровой графики для формирования прямых линий (отсечение, интерполяция) и окружностей. Заполнение областей. Растровая развертка многоугольников (отсечение, интерполяция).


Тема 3. Геометрические преобразования. Двухмерные и трехмерные преобразования. Однородные координаты и матричное представление преобразований. Композиция преобразований. Центральное проецирование. Параллельное проецирование. Отсечение относительно видимого объема.


Тема 4. Алгоритмы удаления скрытых линий и поверхностей. Трассировка лучей и проективный метод. Метод экранов для формирования контурных изображений. Сравнение по глубине при удалении скрытых поверхностей. Алгоритм, использующий буфер глубины (Z, W - буфер).


Тема 5. Методы создания реалистических трехмерных изображений методом нанесения текстур (текстуры с разной степенью детализации, циклические, динамические, прозрачные и полупрозрачные текстуры, рельефные и проективные текстуры).


Тема 6. Законы отражения света (диффузное, зеркальное отражение и рассеянный свет) и алгоритмы закраски (объекты с гладкими формами и плоскими гранями, интерполяции методом Гуро и Фонга).


Тема 7 . Алгоритмы учета теней (метод теневого объёма и алгоритм с использованием дополнительного буфера глубины).


Тема 8. Методы создания спец-эффектов для моделирования погодных условий (туман, осадки).


Тема 9. Представление пространственных форм с помощью параметрических кубических кривых и поверхностей.


Тема 10. Представление пространственных форм на триангулированных (регулярных и нерегулярных) сетках. Триангуляция Делоне. Рельефы и объекты. Алгоритмы упрощения представлений рельефов и объектов при синтезе изображений в зависимости от положения наблюдателя (камеры).


Тема 11. Методы наблюдения и способы формирования стереоизображений.


Тема 12. Цвет в компьютерной графике. Особенности цветового восприятия. Аксиомы Грассмана. Цветовой график и его свойства.


Раздел 2. Математические и алгоритмические основы обработки изображений.


Тема 13. Амплитудные преобразования изображений, их классификация (пространственно независимые и зависимые, поточечные и с обработкой по окрестности). Обработка на основе преобразования гистограмм. Медианный фильтр. Фильтрация импульсных помех.


Тема 14. Использование операции свёртки при обработке изображений, фильтрация изображений с использованием преобразования Фурье и их взаимосвязь. Частотный спектр изображения. Быстрый алгоритм преобразования Фурье. Теоретико - числовое преобразование для быстрого вычисления свёртки. Сравнительная оценка эффективности амплитудной обработки изображений в пространстве сигнала и с использованием преобразований.


Тема 15. Геометрические преобразования изображений, их классификация (амплиудно независимые и зависимые, линейные и нелинейные). Схемы прямого и обратного пересчета при геометрических преобразованиях. Методы интерполяции. Способы представления геометрических искажений (карты смещений, деформаций и операции на них). Типовая задача коррекции геометрических искажений путем построения карты смещений с использованием полиномиальной аппроксимации искажений по методу наименьших квадратов.


Тема 16. Классификация алгоритмов сжатия и восстановления изображений (по времени, по степени сжатия, по качеству восстаноления, по методам). Основные форматы представления изображений (простые и со сжатием, с использованием преобразований (JPEG)). Сжатие видеоданных (MPEG).


Заключение.

Тема 17. Перспективы развития графических систем. Достижения в

области компьютерной графики и обработки изображений.


Перечень лабораторных работ.



Типовой перечень:


№
Наименование работы
Номер темы

1
Алгоритмы растровой графики (линии, многоугольники) - 6 ч.
2

2
Геометрические преобразования (получение контурного изображения) - 2 ч.
3

3
Синтез простого трехмерного графического объекта (один из методов удаления невидимых элементов) - 8 ч.
4

4
Нанесение текстур (один из способов) - 4 ч.
5

5
Методы закраски (один из методов) - 4 ч.

6

6
Создание реалистической трехмерной сцены (на основе комплексного объединения ранее проделанной работы в единую программу с интерактивным управлением местоположения наблюдателя (камеры)) (к темам 2-8) – 8 ч.
2-8


По желанию студента и с согласия преподавателя возможна замена работ из типового перечня на работы из дополнительного.


Дополнительный перечень:


№
Наименование работы
Номер темы

1
Учет теней - 6 ч.
7

2
Создание спец-эффекта – 2-6 ч
2-8

3
Параметрические кубические кривые или поверхности - 4-6 ч
9

4
Упрощение представлений рельефов или объектов - 8 - 16 ч
10

5
Формирование стереоизображения – 2-4 ч
11

6
Амплитудные преобразования изображений (один из методов) – 2-6 ч.
13-14

7
Геометрические преобразования изображений (один из методов) – 2-8 ч.
15

8
Сжатие и восстановление изображений (один из методов) – 4 - 16 ч.
16



Расчет учебных часов по видам занятий


№

темы
Название разделов и тем
Объем учебных часов

Лекции
Лаборат.

занятия
Практич.

занятия
Аудитор.

занятия
Самост.

работа
Всего
Семестр

1
Введение

1









1



8




Раздел 1. Математические и алгоритмические основы синтеза изображений.






















2
Алгоритмы растровой

графики.
5
6






4



8

3
Геометрические преобразования.
2
4






6



8

4
Алгоритмы удаления скрытых линий и поверхностей.
4
8






6



8

5
Нанесения текстур.
4
4






6



8

6
Алгоритмы закраски.
4
4






6






7
Алгоритмы учета теней.
4
4






6



8

8
Создание спецэффектов.

2
2






4



8

9
Параметрические кубические кривые и поверхности.
4









8



8

10
Алгоритмы упрощения представлений рельефов и объектов.
6









12



8

11
Формирование стереоизображений.
2









2



8

12
Цвет в компьютерной графике.

2









4



8




Раздел 2. Математические и алгоритмические основы обработки изображений.





















13
Амплитудные преобразования изображений.
8









6



8

14
Фильтрация изображений.
8









10



8

15
Геометрические преобразования изображений.
4









6



8

16
Алгоритмы сжатия и восстановления изображений.
2









6



8

17
Заключение.

2









1



8

ИТОГО:
64
32



96
94
190




ЛИТЕРАТУРА


Основная

№
Название, библиографическое описание
Л
Лр
К-во экз. в библ. (на каф.)
Гриф
1
Шикин Е.В., Боресков А.В. Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения. - М.: Диалог-МИФИ, 1995.
9
9
Ф/Б
2
Виктор Порев: «Компьютерная графика.» учебное пособие Спб 2002г. (Дюссельдорф – Киев – Москва –Спб.)
9
0
3
Майкл Ласло, Вычислительная геометрия и компьютерная графика на С++. - М.: БИНОМ, 1997. – 304 с.
9
9
0
4
Аммерал Л. Машинная графика на языке С. В 4-х книгах. - Сол Систем, 1992.
9
9
0
5
Фоли Дж., вэн Дэм А. Основы интерактивной машинной графики. В 2-х т. - М.: Мир 1985.- 736 с.
9
т.1 89

т.2 91
6
Прэтт У. Цифровая обработка изображений. В 2-х т. -М. : Мир, 1982.
9
9
т.1 10

т.2 9
7
Рабинер Л., Гоулд В. Теория и применение цифровой обработки сигналов М., Мир, 1978.
9
0
8
Ярославский Л. П. Введение в цифровую обработку изображений. М., "Наука", 1979.
9
26
9
Фролов А.В., Фролов Г.В. Программирование видеоадаптеров CGA, EGA и VGA.- М.: "Диалог- МИФИ", 1992.- 288 с.- (Библиотека системного программиста; Т 3.)
9
9
Ф/б



Дополнительная
№
Название, библиографическое описание
К-во экз. в библ. (на кафедре)
1
Гилой В. Интерактивная машинная графика. - М.: Мир 1981.- 384 с.
13
2
Котов И.И. Алгоритмы машинной графики. - М.: Машиностроение, 1977.- 231 с.
0
3
Ньюмен У., Спрулл Р. Основы интерактивной машинной графики. - М.: Мир, 1976.- 573 с.
0
4
Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений. - М.: Радиосвязь, 1986.- 398 с.
0
5
Роджерс Д., Адамс А. Математические основы машинной графики. - М.: Машиностроение, 1980.- 240 с.
0
6
Уокер Б. Интерактивная машинная графика. - М.: Машиностроение, 1980.- 171 с.
16
7
Энджел И. Практическое введение в машинную графику. - М.: Радио и связь, 1984.- 135 с.
33
8
Баяковский Ю.М., Галактионов В.А., Михайлова Т.Н. Графор. Графическое расширение фортрана. - М.: Наука, 1985.- 288 с.
0
9
Иванов В.П., Батраков А.С. Трехмерная компьютерная графика. - М.:

«Радио и связь», 1995.
Ф/Б
10
Ахмед Н., Рао К. Р. Ортоганальные преобразования при обработке цифровых сигналов. Пер. с англ. под ред. И. Б. Фоменко. М., Связь, 1980.
0




Автор:



к.т.н., доц.

Шах В.В.







Рецензент



д.т.н., проф

Куприянов М.С.







Зав. кафедрой Вычислительной техники



д.т.н., проф

Пузанков Д.В.







Декан факультета



Компьютерных технологий и информатики



д.т.н., проф.

Герасимов И.В.







Программа согласована:









Зав. кафедрой Вычислительной техники



д.т.н., проф.

Пузанков Д.В.







Зав. отделом учебной литературы
Смирнова О.Н.







Председатель методической комиссии




факультета




Компьютерных технологий и информатики



к.т.н., доц.

Чугунов Л.А.







Руководитель методического отдела,



к.т.н., доцент
Марасина Л.А.