close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Министерство образования российской федерации пензенский...

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
УТВЕРЖДАЮ
Декан ФВТ
д.т.н., профессор
______________ Б.Д. Шашков
«____» _____________ 2003 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«Компьютерная графика»
для студентов специальности 35.15.00
«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И
АДМИНИСТРИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ»
Пенза, 2003 г.
Программу разработал
к.т.н., доцент каф. САПР
Л.С. Курилов
Программа одобрена на заседании кафедры «Системы автоматизации проектирования», протокол № ___ от "___" ___________ 2003 г.
Зав. каф. САПР
д.т.н, профессор
А.М. Бершадский
Согласовано
Председатель НМК ФВТ
д.т.н., профессор
П.П. Макарычев
Программа разработана в соответствии со следующими документами:
- государственным образовательным стандартом Минобразования
РФ по специальности 351500;
- рабочим учебным планом ПензГУ по специальности 351500.
2
1. Цель и задачи дисциплины.
Целью дисциплины является изучение теоретических основ интерактивной компьютерной графики и практическое освоение методов и средств
синтеза, анализа и обработки графических изображений с помощью вычислительной техники.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
- знать
- основные характеристики, устройство и принципы функционирования технических средств компьютерной графики;
- принципы проектирования алгоритмического, информационного и
программного обеспечения компьютерной графики;
- базовые алгоритмы представления и визуализации графических
объектов, обработки и анализа графических изображений;
- методы получения реалистических изображений;
- основные теоретические положения фрактальной геометрии и практическое применение фрактальной графики;
- архитектурные особенности построения графических систем;
- наиболее распространенные форматы хранения графической информации;
- уметь
- применять полученные знания при моделировании сложных технических объектов в рамках реализации графических систем;
- использовать возможности современных графических интерфейсов
для организации процессов визуализации и интерактивного взаимодействия с пользователем;
- иметь опыт
- разработки программ трехмерной интерактивной компьютерной
графики с элементами динамики на основе использования графических библиотек OpenGL/Direct3D;
- применения инструментальных графических средств автоматизированного проектирования, графических редакторов;
- иметь представление
- об основных способах формирования и преобразования двухмерных
и трехмерных изображений.
3
3. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы
Всего часов
Семестр
153
102
51
34
51
17
-
6
6
6
6
6
6
экзамен
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
4. Содержание дисциплины.
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий.
№
Объем в час.
Лекции Лаб.раб.
Раздел дисциплины
Введение в компьютерную графику
1. Вводная лекция
Технические средства компьютерной графики
2. Устройства ввода
3. Дисплеи
4. Печатающие устройства и графопостроители
5. Видеоадаптеры
Базовые модели, алгоритмы компьютерной графики
6. Геометрическое моделирование
7. Проецирование геометрических объектов
8. Системы координат и аффинные преобразования
9. Визуализация трехмерных объектов
10. Удаление невидимых линий и поверхностей
11. Двухмерн. алгоритмы развертки, отсечения, заливки
Синтез реалистических изображений
12. Модели освещения, закраски
13. Метод трассировки лучей
14. Метод излучательности
Фрактальная графика
15. Введение во фрактальную геометрию
16. Классификация фракталов
4
2
2
2
2
2
2
2
1
2
4
3
2
2
2
1
1
2
2
4
4
2
4
17. Множества Мандельброта, Жюлиа
18. Процессы в динамических системах
19. Кодирование изображений фрактальными методами
20. Применение фракталов в компьютерной графике
Графические системы
21. Введение в графические системы
22. Архитектура графических систем
23. Стандарты графических систем
24. Графические интерфейсы
25. Форматы графических файлов
26. Графический пользовательский интерфейс
Всего:
2
3
1
1
2
2
1
3
2
2
2
2
51
4
2
6
34
4.2. Содержание разделов дисциплины.
Введение в компьютерную графику.
1. Предмет компьютерной графики, цели и задачи компьютерной графики, виды компьютерной графики. История развития средств компьютерной графики. Области применения компьютерной графики.
Технические средства компьютерной графики.
2. Устройства ввода. Описание, принципы работы, основные технические характеристики. Клавиатура, мышь, трекбол, джойстик, световое перо,
сенсорная панель. Дигитайзер, сканер. Устройства ввода в системах виртуальной реальности.
3. Устройства вывода. Дисплеи. Описание, принципы работы, основные технические характеристики. Классификация - векторные, растровые
дисплеи. Основные типы дисплеев - на основе ЭЛТ, жидкокристаллические,
плазменные. Регенерация изображения, прогрессивная и чересстрочная развертки. Цветные кинескопы.
4. Печатающие устройства и графопостроители. Принтеры. Классификация. Матричные, струйные, лазерные принтеры. Системы команд принтеров - Epson, PostScript, PCL. Плоттеры. Назначение, классификация. Язык
HPGL.
5. Видеоадаптеры (видеоконтроллеры). Назначение и функции видеоадаптеров. Устройство видеоадаптеров и режимы работы. Видеоадаптеры
компьютеров класса IBM PC: CGA, EGA, VGA, SVGA. Управление видеорежимами. Программирование регистров видеоадаптеров. Организация видеопамяти. Адресация в текстовом и графическом видеорежимах. Работа с палитрой. Графические ускорители (акселераторы). Аппаратная реализация
графических функций.
5
Базовые модели и алгоритмы компьютерной графики.
6. Геометрическое моделирование. Задачи геометрического моделирования. Понятие геометрической модели. Классификация геометрических моделей. Виды и свойства геометрических моделей. Параметризация моделей.
Операции над геометрическими моделями. Представление геометрических
моделей.
7. Отображение геометрического объекта на плоскости, аппарат проецирования: точка, прямая, плоскость, линия, поверхность, их пересечения,
развертки, проекторы. Способ замены плоскостей проекций, метрические задачи, позиционные задачи. Виды проекций: центральные (перспективные) и
параллельные проекции. Ортогональные и аксонометрические проекции.
8. Системы координат. Аффинные преобразования в двухмерном и
трехмерном пространстве.
9. Визуализация трехмерных объектов. Видовое, перспективное, экранное преобразование. Получение стереоскопических изображений.
10. Удаление невидимых линий и поверхностей. Алгоритмы плавающего горизонта, Уоткинса, Ньюэлла, Варнока, Робертса. Метод z-буфера.
11. Двухмерные алгоритмы. Растровая развертка отрезков (цифровой
дифференциальный анализатор, алгоритм Брезенхема), генерация окружностей. Алгоритмы отсечения и заливки областей.
Синтез реалистических изображений.
12. Модели освещения. Типы источников света. Модели закраски (однородная, методом Гуро, методом Фонга). Тени. Фактура поверхностей. Наложение текстур. Цветовые модели.
13. Построение изображений методом трассировки лучей. Прямое и
обратное слежение за лучом. Зеркальное отражение. Диффузное отражение.
Преломление и поглощение лучей, прозрачность. Эффект алиайзинга. Методы антиалиайзинга. Распределенная трассировка. Методы оптимизации вычислений.
14. Построение реалистических изображений методом излучательности. Баланс энергетического равновесия в замкнутой системе. Вычисление
форм-факторов, интегрирование по площади конечных элементов. Достоинства и недостатки метода излучательности.
Фрактальная графика.
15. Основные понятия фракталов: обратная связь и итерация, рекуррентные соотношения, принцип обратной связи, основные типы процессов
обратной связи, эффект малых возмущений, устойчивость вычислений. Самоподобие как основное свойство фракталов.
16. Классификация фракталов: детерминированные, стохастические,
геометрические, алгебраические. Классические геометрические фракталы:
фракталы Серпинского, кривая Коха, фрактал Гильберта, дракон ХартераХейтвея. Множество Кантора ("пыль" Кантора). Фракталы и проблемы раз6
мерности: дробные размерности, размерность по Хаусдорфу, кривые, заполняющие плоскость.
17. Множества Мандельброта, Жюлиа в фазовом пространстве комплексных чисел. Компьютерное построение множеств Мандельброта, Жюлиа
с помощью рекурсии.
18. Процессы в динамических системах. Теория катастроф, хаос и
фракталы. Аттракторы. Бифуркации. Случайные флуктуации в точке бифуркации. Динамики Ферхюльста, логистическая функция. Диаграмма Фейгенбаума. Число Фейгенбаума и его универсальность.
19. Кодирование и декодирование изображений с помощью простых
аффинных преобразований. Системы итерируемых функций (IFS-фракталы).
20. Практическое применение фрактальной геометрии в компьютерной
графике - создание качественных текстур поверхностей, моделирование естественных природных ландшафтов, фрактальное сжатие.
Графические системы.
21. Современные графические системы. Классификация и обзор, функциональные возможности, тенденции развития. Графические инструментальные средства. Интерактивная машинная графика как подсистема систем автоматического проектирования
22. Принципы построения графических систем. Интерфейс, ядро, драйверы графических устройств. Базовые средства графических систем: графические объекты, примитивы и их атрибуты. Лингвистическое обеспечение
графических систем. Классификация графических языков. Графические языки высокого уровня. Алгоритмические языки и языки описания графических
объектов.
23. Стандарты в области графических систем. GKS, PHIGS, CGI, IGES,
STEP. Сетевые графические протоколы - NGP, XWindow: система клиент/сервер в среде UNIX.
24. Интерфейсы BGI и GDI. Графические библиотеки OpenGL, Direct3D как инструмент создания трехмерных графических приложений.
25. Форматы хранения графической информации в графических системах: BMP, PCX, GIF, TIFF, JPG, DXF, метафайлы. Методы сжатия растровых
изображений.
26. Организация диалога в графических системах. Графический пользовательский интерфейс (GUI). Основные элементы. Оконные системы
Win32, Motif. Объектно-ориентированный графический интерфейс пользователя.
7
5. Лабораторный практикум.
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
№
Наименование лабораторных работ
разд.
8,24 Векторное представление графических объектов.
Аффинные преобразования.
25 Растровое представление графических объектов.
Спрайтовая анимация.
17,18 Синтез двухмерных фрактальных изображений.
21,25 Обработка и анализ двухмерных изображений.
9
Построение экранного отображения каркасной модели
трехмерного объекта.
10 Удаление невидимых линий и поверхностей трехмерного
объекта.
21,6 Работа с объемными графическими объектами в среде
AutoCAD.
12,13 Создание реалистического изображения трехмерной
сцены методом трассировки лучей.
Кол.
час
4
4
4
4
4
4
4
6
6. Курсовое проектирование.
6.1. Цель курсового проектирования.
Целью курсового проектирования является самостоятельное изучение
студентом возможностей базовых библиотек объемной графики и получение
навыков по проектированию композитных трехмерных объектов/сцен и разработке приложений интерактивной компьютерной графики.
6.2. Типовое задание на курсовое проектирование.
Разработать интерактивную программу на языке С++, реализующую
процесс построения и визуализации трехмерного объекта/сцены с элементами динамики на основе использования графических библиотек стандарта
OpenGL/Direct3D.
6.3. Этапы выполнения курсового проекта.
1. Анализ объекта/сцены.
2. Декомпозиция на графические примитивы, аппроксимация гранями.
3. Описание взаимного расположения частей объекта/сцены средствами графической библиотеки в локальной, мировой системе координат.
4. Визуализация объекта/сцены с заданными эффектами (текстурирование, туман, и т.д.).
5. Проектирование графического пользовательского интерфейса (GUI).
8
6. Реализация динамики посредством задания траектории и скорости
движения при управлении объектом либо при управлении камерой, как в автоматическом (демонстрационном) режиме, так и с помощью непосредственного взаимодействия с пользователем.
7. Дополнительно реализация локального движения подвижных частей
объекта, перемещения источников освещения и др. спецэффектов.
6.4. Состав курсового проекта.
1. Задание на курсовое проектирование.
2. Пояснительная записка объемом 10-15 стр.
3. Листинг программы (машинная распечатка).
4. Графическая часть - распечатка полученных изображений (результатов работы программы) с различными положениями точки наблюдения,
структурная схема программы, блок-схема алгоритма работы программы.
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
7.1. Рекомендуемая литература.
а) основная литература
1. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики: Пер. с
англ. - М: Мир, 1989. - 512 с.
2. Фоли Дж., вэн Дэм А. Основы интерактивной машинной графики: В
2-х книгах. Пер. с англ. М.: Мир, 1985.
3. Аммерал Л. Машинная графика на языке Си. В 4-х кн.: Пер. с англ. М: Сол Систем, 1992.
4. Вельтмандер П.В. Машинная графика: учебное пособие. Новосибирск, НГТУ, 1997.
5. Шикин Е.В., Боресков А.В. Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения - М.: "Диалог-МИФИ", 1995. - 288 с.
6. Иванов В.П., Батраков А.С. Трехмерная компьютерная графика. М.:
Радио и связь, 1995.
7. Пайтаген Х.-О., Рихтер П.Х. Красота фракталов. Образы комплексных динамических систем. М., Мир. 1993.
8. Кроновер Р. Фракталы и хаос в динамических системах. - М: "Постмаркет", 2001 г, 390 с.
б) дополнительная литература
1. Тихомиров Ю. Программирование трехмерной графики. Система
"OpenGL" создания реалистических изображений. - Спб: БХВ, 1998.
2. Томпсон Н. Секреты программирования трехмерной графики для
Windows 95. Пер с англ. СПб.: Питер, 1997. - 352 с.
3. Кречко Ю.А., Полищук В.В. Автокад. Курс практической работы.
М.: "Диалог-МИФИ", 1994. 256 с.
9
4. Карпов Е.В. Алгоритмы решения задач машинной графики: Методические указания к лабораторным и индивидуальным работам. - Пенза: ПГТУ,
1994. - 29 с.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
Лабораторные занятия проводятся в классе персональных ЭВМ IBM PC
с применением программного обеспечения Visual C++ 6.0, OpenGL/DirectX,
AutoCAD 15.0.
9. Переутверждение программы на очередной учебный год.
Учебн.
год
Учебн.
группа
Решение кафедры Решение выпус- Лектор,
№
№ протокола
кающей кафедры разработчик изме№ протокола,
программы нения
дата, подпись зав.
кафедрой
Примечание: Тексты изменений в рабочей программе прилагаются
Разработчик программы:
к.т.н., доцент каф. САПР
Курилов Л.С.
10
Документ
Категория
Физико-математические науки
Просмотров
37
Размер файла
205 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа