Компьютерная графика Представление дисциплины

2 Общие сведения по дисциплине Компьютерная графика Читается для специальностей Математическое обеспечение и администрирование информационных систем ; Важность изучения дисциплины Профессиональная деятельность современного специалиста в области информационных технологий связана с широким применением на практике различных методик компьютерной обработки графической информации. В соответствии с этим данная дисциплина предусматривает теоретическое изучение и практическое освоение основ компьютерной графики, изучение компьютерных технологий по обработке графической информации. Сфера профессионального использования Разработка программ для операционных систем Windows и Linux с использованием языка программирования C++ и библиотеки графических процедур OpenGL.

3 Краткое описание дисциплины Курс посвящен изучению различных методик компьютерной обработки графической информации, практическим основам компьютерной графики, разработке программ для операционных систем Windows и Linux с использованием языка программирования C++ и библиотеки графических процедур OpenGL.

4 Цели и задачи преподавания дисциплины Основной целью дисциплины является формирование у студентов теоретических знаний по методикам обработки графической информации, овладение практическими навыками использования компьютерных технологий при программировании графических приложений. Задачей преподавания дисциплины является приобретение студентами знаний аппаратной базы машинной графики, программных средств компьютерной графики, графических языковых средств, основных конструкций представления алгоритмов изображения, приобретение студентами умений использования стандартных графических библиотек, использования графических возможностей языков высокого уровня, графических редакторов.

5 Место дисциплины среди смежных дисциплин Данная дисциплина требует предварительного изучения курсов информатики и программирования. А также курса математики, а именно следующих разделов, таких как начала дифференциальной геометрии, матричная алгебра и векторный анализ.

6 Начальные знания Для успешного освоения курса требуется знание основ работы с компьютером в операционной системе Windows, курса программирования, начал дифференциальной геометрии, матричной алгебры и векторного анализа.

7 Итоговые знания, умения и навыки В результате изучения дисциплины студенты должны иметь ПРЕДСТАВЛЕНИЯ: О математическом аппарате компьютерной графики ; В результате изучения дисциплины студенты должны получить ЗНАНИЯ: Об аппаратной базе машинной графики; О программных средствах компьютерной графики; О графических языковых средствах; Об основных конструкциях представления алгоритмов изображения. В результате изучения дисциплины студенты должны приобрести УМЕНИЯ И НАВЫКИ: Использования стандартной графической библиотеки OpenGL; Использования графических возможностей языков высокого уровня; Использования графических редакторов.

8 Содержание лекционного курса Тема 1. Программная и аппаратная поддержка графики Тема 2. Математический аппарат компьютерной графики. Тема 3. Позиционные и метрические задачи. Тема 4. Фрактальная графика и теория Хаоса. Тема 5. Библиотека OpenGL для разработки графических приложений

9 Тема 1. Программная и аппаратная поддержка графики. В первой теме курса рассматриваются вопросы программной и аппаратной поддержки машинной графики, обеспечивающие операции ввода и вывода, ускорение отображения графики на экран компьютера и улучшение качества визуализации. Рассмотрены устройства ввода и вывода графических данных: сканеры, диджитайзеры, цифровые фото и видео камеры, принтеры, плоттеры, различные типы дисплеев и видеоадаптеров. Изучаются системные и вспомогательные программные средства для работы с растровой и векторной графикой. Ознакомление с популярными графическими редакторами и CAD системами автоматизированного проектирования.

10 Тема 2. Математические основы компьютерной графики. Вторая тема курса посвящена рассмотрению основных понятий математического аппарата компьютерной графики. Рассмотрены элементы аналитической геометрии, вопросы проецирования трехмерных объектов, преобразования, связанные с системой координат, двумерные матричные преобразования. Изучаются вопросы, касающиеся однородных координат и матричных представлений преобразований, в т.ч. трехмерные матричные преобразования. Часть темы посвящена вопросам ускорения вычислений в компьютерной графике, алгоритму Брезенхейма и алгоритмам удаления невидимых линий, ребер и граней.

11 Тема 3. Позиционные и метрические задачи Третья тема курса посвящена рассмотрению задач о принадлежности точки отрезку, лежащему на прямой; принадлежности точки треугольнику, выпуклому и произвольному многоугольнику; определению пересечения геометрических объектов на плоскости и в пространстве. Рассмотрены также метрические задачи: определение расстояний между геометрическими объектами на плоскости и в пространстве, вычисление длин, периметров, углов, площадей поверхностей и объемов различных геометрических фигур.

12 Тема 4. Фрактальная графика и теория хаоса В данной теме студенты знакомятся с понятием фрактала, рассматривается классификация фракталов и основы теории Хаоса. Приведены методы и алгоритмы компьютерного построения множеств Мандельброта и Жюлия, триадной кривой Коха, стохастических и алгебраических фракталов для имитации деревьев и рельефа местности. При изучении теории хаоса дается определение бифуркациям, рассматривается число Фейгенбаума и его универсальность, динамика Ферхюльста и диаграмма Фейгенбаума.

13 Тема 5. Библиотека OpenGL для разработки графических приложений В данной теме даны основы программирования машинной графики на языках высокого уровня С++ и Delphi: приведены основные конструкции. Подробно изучается библиотека OpenGL, её структура и назначение, процедуры и функции. Даются примеры использования команд OpenGL для создания реалистичных сцен и отображения трехмерной графики при разработке научных и мультимедийных приложений.

14 Лабораторный практикум Лабораторная работа 1. Графические средства GDI при использовании стандартной библиотеки VCL Borland Delphi и С++Builder Лабораторная работа 2. Создание редактора растровых изображений с помощью компонент VCL Лабораторная работа 3. Работа с компонентами, предназначенными для ускорения растровой графики. Сравнение быстродействия компонентов Image и Image32. Лабораторная работа 4. Изучение базовых примитивов библиотеки OpenGL. Лабораторная работа 5 Изучение вспомогательных библиотек GLU, GLUT и GLAUX.

15 Лабораторный практикум Лабораторная работа 6. Изучение процедур отображения объектов библиотеки GLU OpenGL Лабораторная работа 7. Изучение функции ортогонального преобразования с помощью OpenGL Лабораторная работа 8. Сплайны и сглаживание поверхностей Лабораторная работа 9. Изучение процедур вывода объектов библиотеки GLUT OpenGL Лабораторная работа 10. Изучение текстурирования объектов с передачей глубины командой «наложения тумана» и вывода текста Лабораторная работа 11. Визуализация фракталы и фрактальных поверхностей средствами библиотеки OpenGL

16 Контрольные мероприятия Промежуточный контроль Рубежный тест Текущий контроль Выполнение и написание отчетов по лабораторным работам Итоговый контроль Экзамен

17 Глоссарий Глоссарий – обеспечивает толкование и определение основных понятий, необходимых для адекватного осмысления материала. Например: 1. Векторная графика - способ описания изображения, при котором все объекты сцены задаются в виде координат их опорных точек ; 2. Примитив - основная единица, из которой строятся сложные объекты. Примитивом может служить: точка, линия, треугольник, полилиния, полигон, полиэдр; 3. OpenGL - стандарт на графическую библиотеку, утвержденный в 1992 году различными компаниями. Описывает, какие функции и механизмы должны присутствовать в любой версии библиотеки. Стандартная библиотека для всех операционных систем, в том числе и для операционной системы Windows.

18 Список литературы Основная Аммерал Л. Машинная графика на языке С в 4-х томах, М: Изд-во «Сол. Систем», 1992 Хилл Ф. Программирование компьютерной графики. М.: Ласло М. Вычислительная геометрия и компьютерная графика на С++, М.: Изд-во Бином, Тарасенко В. Фрактальная логика. М., 2002 Краснов М.В. OpenGL графика в проектах Delphi. СПб: БХВ, 2002,. 352с. Тихомиров Ю. Программирование трёхмерной графики. СПб: БХВ, 1998, 256с. OpenGL: Руководство по программированию; М.Ву, Т. Девис, Дж. Нейдер, Д. Шрайнер; Пер. с англ.: Е. Васильева, Е. Эрмана. - 4-е изд.. - СПб.: Питер, с.: ил. Гмурман

19 Список литературы Дополнительная Ласло М. Вычислительная геометрия и компьютерная графика на С++. Пер с англ. –М.: Изд-во БИНОМ, – 304с Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики: Пер. с англ.- М. Мир, 1989, 512с. Кузнецов С.П. Динамический хаос. Курс лекций М.: Издательство Физико-математической литературы, с. Пореев В.Н. Компьютерная графика СПб: БХВ- Петербург, 2004, 432 стр. Иванов В.П., Батраков А.С. Трехмерная компьютерная графика./ Под. ред. К.М. Полищука. - М.: Радио и связь, Казанцев А.В. Основы компьютерной графики. Математический аппарат компьютерной графики. Казань, с. Ла Мот А., Ратклифф Д. и др. Секреты программирования игр/ Перев с англ. – СПб: Питер, – 720 с. Никулин Е.А. Компьютерная геометрия и алгоритмы машинной графики.- СПб.: БХВ-Петербург, 2003

20 Internet-ресурсы 1. официальный сайт организации OpenGL 2. Примеры и упражнения по использованию библиотеки OpenGL для языка C Теория и примеры фракталов

21 Сведения об авторе ФИО: Васильев Павел Владимирович Место работы: БелГУ, НИЛ геоинформационных технологий, факультет КНиТ Ученая степень: кандидат технических наук Ученое звание: доцент Должность: Директор НИЛ геоинформационных технологий БелГУ, доцент Кафедра: математического и программного обеспечения информационных систем Контактная информация: Адрес: г. Белгород, ул. Победы, 85. БелГУ, факультет КНиТ Рабочий телефон: ,

22