Математические методы компьютерной графики

2021/2022

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

10

Кредиты

Кто читает:

Департамент программной инженерии

Статус:

Курс по выбору

Когда читается:

4-й курс, 1-3 модуль

Преподаватель

Лебедев Сергей Аркадьевич

Программа дисциплины

Аннотация

Компьютерная графика – часть Сomputer Science, которая занимается созданием новых и обработкой существующих изображений. В курсе «Компьютерная графика» изучается генерация изображений на компьютере, а именно (1) математические и алгоритмические основы компьютерной графики, без которых сложно понять и использовать графические библиотеки низкого уровня для разработчиков. (a). Алгоритмы растровой графики (b). 2D и 3D моделирование, полигональные модели (c). Освещение, закраска и проч. (2) Технологии использования графической библиотеки OpenGL для генерации 2D и 3D изображений, использование вспомогательных библиотек. (3) Совсем немного – обработка изображений. При изучении дисциплины надо будет выполнять довольно сложные задания на языке С++. В первой части курса – реализовывать некоторые алгоритмы графики, во второй части курса – осваивать технологии использования OpenGL. После изучения дисциплины студенты смогут освоить любые графические инструменты, продолжить изучение и использование графических библиотек.

Цель освоения дисциплины

• формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием математических и алгоритмических основ компьютерной графики, технологий формирования и обработки графических изображений
• развитие умений, основанных на полученных теоретических знаниях, позволяющих на творческом и репродуктивном уровне создавать и применять эффективные алгоритмы и приложения для решения задач компьютерной графики;
• получение студентами навыков самостоятельной исследовательской работы, предполагающей изучение специфических алгоритмов, инструментов и средств, необходимых для решения задач компьютерной графики
• получение практических навыков использования алгоритмов компьютерной графики и графических библиотек при разработке приложений

Планируемые результаты обучения

• Знать базовые алгоритмы растровой графики
• Знать виды источников света, модели освещения, модели закраски сплошных объектов в компьютерной графике
• Знать виды моделей 2D и 3D графики, методы получения изображений и анимации векторных 3D моделей
• Знать историю развития OpenGL, состав OpenGL, необходимые сторонние библиотеки, формат команд OpenGL
• Знать историю развития компьютерной графики, историю развития технологий компьютерной графики, задачи компьютерной графики
• Знать основы обработки изображений фильтрами
• Иметь навык разработки архитектуры программ с использованием OpenGL
• Приобрести опыт самостоятельной разработки алгоритмов и программ для реализации задач 2D графики на языках высокого уровня
• Приобрести опыт самостоятельной разработки алгоритмов и программ для реализации задач 3D графики на языках высокого уровня
• Уметь разрабатывать программы с использованием OpenGL
• Уметь реализовывать алгоритмы растровой графики на языках высокого уровня
• Уметь реализовывать генерацию, анимацию и получение проекций 3D объектов на языках высокого уровня
• Уметь реализовывать модель закраски 3D объекта с источником освещения на языках высокого уровня
• Уметь самостоятельно решать задачи компьютерной графики с использованием OpenGL
• Уметь формировать каркасные и solid 3D модели, в том числе с удалением невидимых ребер и граней

Содержание учебной дисциплины

• Тема 1. Введение
• Тема 2. Алгоритмы растровой графики
• Тема 3. Математические основы 2D и 3D графики
• Тема 4. Построение реалистичных изображений
• Тема 5. Графическая библиотека низкого уровня OpenGL
• Тема 6. Обработка изображений

Элементы контроля

• Самостоятельная работа - выполнение и защита проектов по темам практических занятий
• Контрольное домашнее задание 1
• Контрольное домашнее задание 2
  КДЗ2 выполняется по разделу "Технологии работы с OpenGL"
• Устный экзамен
  На подготовку к ответу выделяется от 40 до 60 минут, ответ на вопрос билета надо написать на выданном бланке. Экзамен проводится в zoom. Студенты записываются на определенное время в таблицу, каждому выделено отдельное время. Студенты отвечают на вопросы билета и защищают проекты или КДЗ. Часть студентов получат автоматы. Технические требования: web-камера, микрофон, наушники / колонки, Zoom.

Промежуточная аттестация

• 2021/2022 учебный год 3 модуль
  0.175 * Контрольное домашнее задание 1 + 0.35 * Самостоятельная работа - выполнение и защита проектов по темам практических занятий + 0.3 * Устный экзамен + 0.175 * Контрольное домашнее задание 2

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• David Wolff. (2018). OpenGL 4 Shading Language Cookbook : Build High-quality, Real-time 3D Graphics with OpenGL 4.6, GLSL 4.6 and C++17, 3rd Edition. Birmingham: Packt Publishing. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=1905991
• Hussain, F. (2018). Learn OpenGL : Beginner’s Guide to 3D Rendering and Game Development with OpenGL and C++. Birmingham, UK: Packt Publishing. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=1883883
• Marschner, S., & Shirley, P. (2016). Fundamentals of Computer Graphics (Vol. Fourth edition). Boca Raton [Florida]: A K Peters/CRC Press. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=1366978
• Wolff, D. (2013). OpenGL 4 Shading Language Cookbook (Vol. 2nd ed). Birmingham: Packt Publishing. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=679988
• Алгоритмы : построение и анализ, пер. с англ., 3-е изд., 1323 с., Кормен, Т., Лейзерсон, Ч., Ривест, Р., Штайн, К., 2018
• Алгоритмы: построение и анализ : пер.с англ., Кормен, Т., 2013
• Компьютерная графика : учебник и практикум для приклад. бакалавриата, Боресков, А. В., 2016

Рекомендуемая дополнительная литература

• Kothari, D. P. (2019). Mathematics for Computer Graphics and Game Programming : A Self-Teaching Introduction. Dulles, Virginia: Mercury Learning & Information. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=1994166
• Lengyel, E. (2012). Mathematics for 3D Game Programming and Computer Graphics (Vol. 3rd ed). Boston: Course PTR. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=365853
• Movania, M. M. (2013). Open GL Development Cookbook. [S.l.]: Packt Publishing. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=604074
• Vince, J. (2006). Mathematics for Computer Graphics (Vol. 2nd ed). London: Springer. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=150552