Рабочая программа По дисциплине «Компьютерная графика» По специальности 230102. 65 Автоматизированные системы обработки информации и управления

Загрузка...

скачать
М

ИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕЧАТИ»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

______________ Т.В. Маркелова

«_____» ___________2006 г.

^

рабочая программа

По дисциплине «Компьютерная графика»

По специальности 230102.65 – Автоматизированные системы обработки

информации и управления

Факультет Цифровых систем и технологий

Кафедра «Информационные технологии»

^ Форма обучения	курс	семестр	Трудоемкость дисциплины в часах								Форма итогового контроля
^ Форма обучения	курс	семестр	Всего часов	Аудиторных часов	Лекции	Семинарские (практически) занятия	Лабораторные занятия	Курсовая работа	Курсовой проект	Самостоятельная работа	Форма итогового контроля
Очная	3	5	140	68	34		34			72	экзамен
Очно-заочная	3	5	140	68	34	17	17			106	экзамен

Москва — 2006 г.

Составитель: В.Л.Тедеев, доц., к.т.н.

Рецензент: Коротаев А.И., к.т.н, доцент МГТУ им. Н.Э. Баумана

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Информационные технологии»

__________________, протокол № ________.

Зав. кафедрой ______________________/В.М.Гасов/

Одобрена ^ Советом факультета информационных систем и технологий

__________________, протокол № __________.

Председатель______________________О.А.Винокурова

1. Цели и задачи дисциплины, требования к знаниям и умениям

Цель и задачи изучения дисциплины.

Цель изучения дисциплины «Компьютерная графика» — формирование у студентов теоретических знаний и навыков в области освоения методов и алгоритмов создания плоских и трехмерных реалистических изображений в памяти компьютера и на экране дисплея.

^ Частные цели - обучение практическим навыкам применения современных систем компьютерной графики для последующего их использования в предметной области деятельности студента.

Основной задачей изучения дисциплины является овладение методами:

- визуального представления информации;
- инструментарием компьютерной графики и геометрического моделирования;
- квантования и дискретизации изображений;
- выбора основных типов и форматов файлов: текстовых файлов, растровой и векторной графики, звуковых файлов;
- кодирования цвета, алгоритмами растрирования и геометрического преобразования.

1.2. Требования к знаниям и умениям.

В результате изучения дисциплины студент должен

знать:

методы визуального представления информации;
математические основы компьютерной графики и геометрического моделирования;
особенности восприятия растровых изображений;
методы квантования и дискретизации изображений;
системы кодирования цвета, алгоритмы растрирования и геометрические преобразования.

владеть:
специальной терминологией;
методами геометрического моделирования;
моделями графических данных и технических средств компьютерной графики.

уметь:

применять на практике алгоритмы компьютерной графики,
создавать геометрические модели объектов.

1.3. Перечень дисциплин с указанием разделов (тем), усвоение которых студентами необходимо для изучения данной дисциплины.

Компьютерная графика основывается на знаниях:

информатики,
операционных систем.

^ 2. Содержание дисциплины

2.1. Наименование тем, их содержание, объем в часах.

№п/п	Наименование тем, разделов	Общая трудоемкость (часов)
№п/п	Наименование тем, разделов	Аудиторные занятия (всего часов)	Лекции	Практические занятия (семинары)	Лабораторные занятия
1	Введение. Тема 1.. Области применения компьютерной графики. Тенденции построения современных графических систем.	1	2
2	Тема 2. Графическое ядро, приложения, инструментарий для написания приложений. Стандарты в области разработки графических систем.	2	2		2
3	Тема 3.. Технические средства компьютерной графики: мониторы, графические адаптеры, плоттеры, принтеры, сканеры. Графические процессоры, аппаратная реализация графических функций.	4	5		4
4	Тема 4.. Понятия конвейеров ввода и вывода графической информации. Системы координат, типы преобразований графической информации. Принципы построения «открытых» графических систем.	10	5		4
5	Тема 5. 2D- и 3D-моделирование в рамках графических систем. Проблемы графического моделирования.	12	6		12
6	Тема 6 Виды геометрических моделей, их свойства, параметризация моделей. Геометрические операции над моделями.	10	6		4
7	Тема 7. Алгоритмы визуализации: отсечения, развертки, удаления невидимых линий и поверхностей, закраски. Способы создания фотореалистичных изображений.	12	4		8
8	Тема 8 Основные функциональные возможности современных графических систем. Организация диалога в графических системах. Классификация и обзор современных графических систем.	6	4		0
	итого	68	34		34

2.2.Содержание разделов дисциплины

Введение.

Тема 1..

Предмет компьютерной графики.

Области применения компьютерной графики. Тенденции. Роль компьютерной графики, сферы применения, назначение компьютерной графики построения современных графических систем.

Тема 2.

Графическое ядро, приложения, инструментарий для написания приложений.

Стандарты в области разработки графических систем.

Тема 3..

Технические средства компьютерной графики: мониторы, графические адаптеры, плоттеры, принтеры, сканеры. Графические процессоры, аппаратная реализация графических функций.

Типы графических устройств. Растровые графические дисплеи с регенерацией изображения. Буфер кадра, создание черно-белых и цветных изображений. Системы с телевизионным растром. Основные принципы управления видеомонитором. Графические процессоры, аппаратная реализация графических функций. Понятие конвейера ввода и вывода графической информации. Диалоговые устройства (логические), применяемые в графике: локатор, валюатор, селектор, кнопка. Системы координат, применяемые в машинной графике. Модели геометрических объектов, применяемые в машинной графике. Способы задания геометрических объектов.

Тема 4..

Понятия конвейеров ввода и вывода графической информации.

Системы координат, типы преобразований графической информации.

Принципы построения «открытых» графических систем.

Базовая графика. Основные функции базовой графики. Точки, линии, полигоны. Методы заполнения площади. Видовые операции. Геометрические преобразования графических обьектов.

Тема 5.

2D- и 3D-моделирование в рамках графических систем. Прикладное использование трехмерной машинной графики и реалистических изображений: автоматизированное проектирование, распознавание образов, восстановление форм скрытых объектов в медицине, тренажеры, реклама, мультипликация.

Проблемы графического моделирования. Графические диалоговые системы. Общая постановка задачи синтеза сложного трехмерного изображения. Этапы синтеза изображения, их основное содержание и решаемые задачи.Виды геометрических моделей и их свойства. Параметризация моделей. Геометрические операции над моделями. Понятие структуры диалога. Интерактивные устройства. Базовые методы диалога. Методы создания и редактирования изображений. Обьектно-ориентированный диалог. Способы реализации интерактивных графических систем. Применение интерактивных графических систем. Алгоритмические основы растровой графики. Растровая развертка сплошных областей. Заполнение многоу гольников. Простой алгоритм с упорядоченным списком ребер. Алгоритмы заполнение по ребрам, с перегородкой, со списком ребер и флагом, с затравкой, построчный алгоритм заполнения с затравкой. Основы методов устранения ступенчатости. Устранение лестничного эффекта (алгоритм Брезенхема, фильтрация, отсечение, аппроксимация полутонами). Форматы хранения графической информации.

Тема 6

Виды геометрических моделей, их свойства, параметризация моделей. Геометрические операции над моделями. Алгоритмы вычерчивания отрезков. Простой пошаговый алгоритм разложения отрезка в растр. Разложение в растр по методу цифрового дифференциального анализатора. Алгоритмы Брезенхема вычерчивания отрезков. Вычерчивание кривых. Алгоритм Брезенхема для генерации окружностей. Способы генерации растровых изображений (формирование буфера кадра). Растровая развертка в реальном времени. Групповое кодирование, клеточное кодирование. Изображение отрезков. Изображение литер.

Тема 7.

Алгоритмы визуализации: отсечения, развертки, удаления невидимых линий и поверхностей, закраски.

Способы создания фотореалистичных изображений. Алгоритмы отсечения Двумерное отсечение. Простой алгоритм определения видимости и двумерное отсечение. Алгоритм Сазерленда-Коэна, основанный на разбиении отрезка. Алгоритм разбиения средней точкой. Обобщение алгоритма двумерного отсечения выпуклым окном произвольного положения. Алгоритм Кируса-Бека. Внутреннее и внешнее отсечение (стирание). Отсечение невыпуклым окном. Трехмерное отсечение. Алгоритм отсечения средней точкой. Трехмерный алгоритм Кируса-Бека. Отсечение многоугольников. Последовательное отсечение многоугольника (алгоритм Сазерленда-Ходжмена). Отсечение невыпуклыми областями (алгоритм Вейлера-Азертона). Алгоритмы удаления невидимых линий и поверхностей. Преобразования в трехмерном пространстве. Задача удаления невидимых линий и поверхностей. Ее место и роль в машинной графике. Классификация алгоритмов по способу выбора системы координат (объектное пространство, пространство изображений). Трехмерное представление функций. Алгоритм плавающего горизонта. Приближение и воспроизведение поверхностей. Методы аппроксимации поверхностей. Использование поверхностей Кунса, Безье, поверхностей, построенных с помощью сплайнов. Задача удаления невидимых линий в объектном пространстве. Алгоритм Робертса. Удаление невидимых линий в пространстве изображений. Алгоритм Варнока (разбиение окнами). Удаление невидимых поверхностей. Алгоритм Вейлера-Азертона (для объектного пространства). Алгоритм, использующий Z-буфер. Алгоритм, использующий список приоритетов. Алгоритмы построчного сканирования. Алгоритмы построчного сканирования для криволинейных поверхностей. Алгоритмы определения видимых поверхностей путем трассировки лучей. Построение реалистических изображений. Физические и психологические факторы, учитываемые при создании реалистичных изображений. Простая модель освещения. Метод Гуро закраски поверхностей (получение сглаженного изображения). Закраска Фонга (улучшение аппроксимации кривизны поверхности). Модель освещения со специальными эффектами: учет направления и концентрации света, ограничение области, освещаемой источником света. Модель освещения, учитывающая отражение. Учет прозрачности и преломления. Алгоритмы создания теней и учета фактуры поверхности. Глобальная модель освещения с трассировкой лучей.

Тема 8

Основные функциональные возможности современных графических систем. Организация диалога в графических системах. Классификация и обзор современных графических систем.

2.3. Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах

.

№ п/п	Темы	Наименование лабораторных работ	Количество часов
	2	Изучение способов создания геометрических объектов в пакете векторной графики Adobe Illustrator CS Реализация и исследование алгоритмов построения окружностей. Реализация и исследование алгоритмов заполнения сплошных областей. Отсечение отрезков. Отсечение многоугольников	2
	3	Решение комплексных геометрических задач с использованием пакета Adobe Illustrator CS	4
	4	Изучение способов получения и создания изображений в пакете растровой графики Adobe Photoshop CS	4
	5	Изучение способов создания геометрических объектов в пакете векторной графики Macromedia FreeHand. Реализация и исследование алгоритмов построения окружностей. Реализация и исследование алгоритмов заполнения сплошных областей. Отсечение отрезков. Отсечение многоугольников. Построение криволинейных поверхностей	12
	6	Решение комплексных геометрических задач с использованием пакета Macromedia FreeHand	4
6	7	Изучение способов создания геометрических объектов в пакете векторной графики CorelDraw. Реализация и исследование алгоритмов построения окружностей. Реализация и исследование алгоритмов заполнения сплошных областей. Отсечение отрезков. Отсечение многоугольников Построение криволинейных поверхностей.	4
7	7	Решение комплексных геометрических задач с использованием пакета CorelDraw	4
Итого			34

2.4. Курсовой проект (работа), его характеристика

Не предусматривается.

2.5. Организация самостоятельной работы

^ Наименование тем, разделов	Виды и формы самостоятельной работы * (распределение по часов по формам обучения)
	Подготовка к практическому (семинару, лаб. работе)			Подготовка рефератов (докладов, сообщений и информационных материалов т.п.)			Выполнение домашних контрольных и иных заданий)			Подготовка к промежуточной аттестационной работе (в т.ч. коллоквиум, тестированием и пр.)			Подготовка к зачету (экзамену)
	Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная
Введение Тема 1.	1	1		0,5	1		2	2		0,5	1		0,5	1
Тема 2.	3	3		0,5	1		4	5		0,5	1		1	2
Тема 3.	3	4		0,5	1		4	6		2	3		2	3
Тема 4.	3	4		0,5	1		4	6		2	3		2	3
Тема 5.	3	4		0,5	1		4	6		2	3		3	4
Тема 6.	3	4		0,5	1		4	6		2	3		3	4
Тема 7.	2	4		0,5	1		4	6		1	3		3	4
ИТОГО	18	24		3,5	7		26	37		10	17		14,5	21

^ 3. Учебно-методические материалы по дисциплине

а) Основная литература.

Гасов В.М., Цыганенко А.М. Векторная графика: Учебное пособие.— М.: Изд-во МГУП, 2005.

Гасов В.М., Цыганенко А.М. Растровая графика: Учебное пособие.— М.: Изд-во МГУП, 2005.

б) Дополнительная литература:

Джамбруно Марк. Трехмерная графика и анимация, М., «Вильямс», 2002 г.

3.2. Перечень наглядных и других пособий, методических указаний по проведению конкретных видов учебных занятий, а также методических материалов к используемым в учебном процессе техническим средствам.

Презентационный комплекс (электронный вид формат *.ppt, *.avi), печатный раздаточный материал. Банк тестовых заданий в объеме 205 тестовых заданий в соответствии со спецификацией. Комплекс технических средств, позволяющих проецировать изображение из программ подготовки презентаций (экран, медиапроектор, Notebook). Возможности доступа в Internet.

Протокол

согласования рабочей программы с другими дисциплинами специальности на 2006/07 учебный год

Наименование дисциплин, изучение которых опирается на данную дисциплину	Кафедра	Предложения об изменениях в пропорциях материала, порядка изложения и т.д.	Принятое решение (протокол N°. дата) кафедрой, разработавшей программу
1	2	3	4

^ Дополнения и изменения в рабочей программе

на 200___учебный год

В рабочую программу вносятся следующие изменения:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры

« »____________________200__ г.

Заведующий кафедрой «Информационные технологии»

____________________/ В.М.Гасов/

Внесенные изменения утверждаю