Компьютерная графика

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА Для подготовки бакалавров по направлению 552800 - “Информатика и вычислительная техника”

Санкт-Петербург 2002

2

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” “УТВЕРЖДАЮ” Проректор по учебной работе проф. ___________ Ушаков В.Н. “_____”_______________2002 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА Для подготовки бакалавров по направлению 552800 - “Информатика и вычислительная техника” Факультет Компьютерных технологий и информатики Кафедра Вычислительной техники Курс 4 Семестр 8 Лекции

36 ч.

Экзамен

семестр 8

Лабораторные занятия

24 ч.

Зачет

семестр 8

Аудиторные занятия Самостоятельные занятия Всего часов

60 ч. 70 ч. 130 ч. 2002

3

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.

4

Цель и задачи дисциплины Целью дисциплины является изучение математических и алгоритмических основ компьютерной графики, а также освоение средств разработки программного обеспечения для визуализации реалистичных изображений сложных трехмерных сцен. Требования к уровню освоения дисциплины 1. 2. 3. 4. 5.

В результате изучения дисциплины студенты должны: Знать математические и алгоритмические основы компьютерной графики, возможности аппаратных и программных средств. Иметь навыки программирования двухмерной графики на персональном компьютере. Уметь использовать изученные алгоритмы для решения конкретных задач визуализации трехмерных сцен. Иметь навыки разработки приложений для визуализации реалистичных изображений сложных трехмерных сцен с использованием MS DirectX. 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. Области использования. Способы описания и представления графических сцен и их объектов. Тема 2. Разработка графических приложений – OpenGL и MS DirectX. Архитектура MS DirectX 8, основные понятия и базовые интерфейсы разработки. РАЗДЕЛ 1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 2DГРАФИКИ. Тема 3. Представление цифровых изображений, растровая и векторная графика. Алгоритмы растровой графики для формирования прямых линий (отсечение, интерполяция). Растровая развертка многоугольников (отсечение, интерполяция). Разработка приложений 2D-графики с использованием библиотеки MS DirectX 8.

5

Тема 4. Геометрические 2D-преобразования. Двухмерные преобразования. Однородные координаты и матричное представление преобразований. Композиция преобразований. РАЗДЕЛ 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 3DГРАФИКИ. Тема 5. Геометрические 3D-преобразования. Трехмерные преобразования. Однородные координаты и матричное представление преобразований. Композиция преобразований. Центральное проецирование. Параллельное проецирование. Отсечение относительно видимого объема. Реализация конвейера геометрических преобразований и отсечение по пирамиде видимости в MS DX8. Тема 6. Алгоритмы удаления скрытых линий и поверхностей. Трассировка лучей и проективный метод. Метод экранов для формирования контурных изображений. Сравнение по глубине при удалении скрытых поверхностей. Алгоритмы, использующий буфер глубины. Использование буфера глубин в приложениях MS DirectX 8. Тема 7. Освещение трехмерной сцены. Модели освещения. Источники освещения и их свойства. Материалы поверхностей и их свойства. Алгоритмы закраски (объекты с гладкими формами и плоскими гранями, интерполяции методом Гуро и Фонга). Освещение и закраска графических примитивов в приложениях MS DirectX 8. Тема 8. Методы создания реалистических трехмерных изображений с помощью нанесения текстур (основы текстурирования). Расчет координат текстур (циклические, динамические и проективные текстуры). Улучшение качества текстурирования (билинейная интерполяция, пирамидальное фильтрование, трилинейная интерполяция). Текстурирование графических примитивов в приложениях MS DirectX 8. РАЗДЕЛ 3. ВИЗУАЛИЗАЦИЯ СЛОЖНЫХ ТРЕХМЕРНЫХ СЦЕН.

РЕАЛИСТИЧНЫХ

ИЗОБРАЖЕНИЙ

Тема 9. Имитация сложных поверхностей с помощью рельефных текстур. Способы наложения рельефных текстур. Реализация имитации сложных поверхностей с помощью рельефных текстур в приложениях MS DirectX 8.

6

Тема 10. Технологии смешивания цветов для визуализации реалистичных изображений. Прозрачность поверхностей и альфа-блендинг. Алгоритм визуализации трехмерных сцен с полупрозрачными объектами. Моделирование погодных условий (туман). Реализация одно- и многопроходного мультитекстурирования и тумана в приложениях MS DirectX 8. Тема 11. Алгоритмы учета теней (метод теневого объёма и алгоритм с использованием дополнительного буфера шаблонов). Возможные реализации алгоритмов учета теней в приложениях MS DirectX 8. Заключение. Тема 12. Перспективы развития графических систем. Достижения области компьютерной графики.

в

Перечень лабораторных работ № Наименование работы 1 Алгоритмы растровой графики (линии, многоугольники). 2 Разработка приложения MS DirectX 8 для визуализации простого трехмерного графического объекта . 3 Разработка приложения MS DirectX 8 для визуализации простого трехмерного графического объекта c использованием освещения от источников различного типа. 4 Разработка приложения MS DirectX 8 для визуализации простого трехмерного графического объекта c текстурированными поверхностями c использованием освещения. 5 Разработка приложения MS DirectX 8 для визуализации простого трехмерного графического объекта c использованием рельефного текстурирования . 6 Разработка приложения MS DirectX 8 для визуализации сложной трехмерной сцены с использованием механизмов смешивания цветов (альфа-блендинг): полупрозрачные объекты, туман. 7 Разработка приложения MS DirectX 8 визуализации реалистической трехмерной сцены (на основе комплексного объединения ранее проделанной работы в единую программу с интерактивным управлением местоположения наблюдателя (камеры)) (к темам 5-10) .

Номер темы 3 5-7 7 8 9 9,10 5-10

7

Расчет учебных часов по видам занятий № темы 1

2

3 4

5 6 7 8

9 10

11

Название разделов и тем Введение Задачи, решаемые в компьютерной графике. Области использования. Способы описания и представления графических сцен и их объектов. Архитектура библиотеки MS DirectX 8, основные понятия и базовые интерфейсы разработки. Раздел 1. Математические и алгоритмические основы 2D-графики. Алгоритмы растровой графики. Геометрические 2Dпреобразования. Раздел 2. Математические и алгоритмические основы 3D-графики. Геометрические 3Dпреобразования. Алгоритмы удаления скрытых линий и поверхностей. Освещение трехмерной сцены. Алгоритмы закраски. Основы текстурирования. Раздел 3. Визуализация реалистичных изображений сложных трехмерных сцен. Имитация сложных поверхностей с помощью рельефных текстур. Технологии смешивания цветов для визуализации реалистичных изображений. Алгоритмы учета теней. Заключение. Перспективы развития графических систем. ИТОГО:

Лекции

Лаборат. занятия

Объем учебных часов Практич. Аудитор. Самост. занятия занятия работа

Всего

Семестр

2

0

2

1

3

8

3

0

3

3

6

8

4

5

9

4

13

8

1

1

2

4

6

8

2

3

5

8

13

8

4

3

7

8

15

8

4

3

7

8

15

8

2

3

5

8

13

8

4

3

7

8

15

8

4

3

7

8

15

8

4

4

8

12

2

0 0 0

2

2

4

8 8 8

36

24

60

70

130

8 ЛИТЕРАТУРА Основная

№

Название, библиографическое описание

1

Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики. М.: Мир, 1989 Фоли Дж., вэн Дэм А. Основы интерактивной машинной графики. В 2-х т. - М.: Мир 1985.- 736 с. Шикин Е.В., Боресков А.В. Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения. - М.: ДиалогМИФИ, 1995. Аммерал Л. Машинная графика на языке С. В 4-х книгах. – “Сол Систем”, 1992. – 137 c. Пореев В.Н. Компьютерная графика. Учебное пособие. СПб. BHV-Санкт-Петербург, 2002. – 432.

2 3 4 5

Л

Лр

К-во экз. в библ. (на каф.)

8

8

Уч.32

8

8

Т.1-89 Т.2-91

8

8

Уч.14

8

8

0

8

8

0

Гриф

Дополнительная

№ 1

Название, библиографическое описание

К-во экз. в библ. (на кафедре) 0

Майкл Ласло, Вычислительная геометрия и компьютерная графика на С++. - М.: БИНОМ, 1997. – 304 с. 2 Гилой В. Интерактивная машинная графика. - М.: Мир 1981.- 384 с. 13 3 Котов И.И. Алгоритмы машинной графики. - М.: Машиностроение, 0 1977.- 231 с. 4 Ньюмен У., Спрулл Р. Основы интерактивной машинной графики. 0 М.: Мир, 1976.- 573 с. 5 Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки 0 изображений. - М.: Радиосвязь, 1986.- 398 с. 6 Роджерс Д., Адамс А. Математические основы машинной графики. 0 М.: Мир, 2001.- 604 с. 7 Баяковский Ю.М., Галактионов В.А., Михайлова Т.Н. Графор. 0 Графическое расширение фортрана. - М.: Наука, 1985.- 288 с. Чз.1-1 8 Иванов В.П., Батраков А.С. Трехмерная компьютерная графика. - М.: «Радио и связь», 1995. 0 9 Д. Гончаров, Т. Салихов. DirectX 7.0 для программистов. Учебный к "ПИТЕР", 2001.- 528 с. 10 Энджел Э. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на 0 OpenGL. М.: Диалектика, 2001.- 592 с.

9

Автор: к.т.н., доц.

Тимофеев А.В.

Рецензент к.т.н., доц. кафедры МО ЭВМ

Первицкий А.Ю.

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

Киселева Т.В.

Председатель методической комиссии факультета Компьютерных технологий и информатики к.т.н., доц.

Чугунов Л.А.

Руководитель методического отдела, к.т.н., доц.

Марасина Л.А.