Кафедра К3
Прикладная математика, информатика
и вычислительная техника
Компьютерная графика
Преподаватель: Степанов Игорь Михайлович
Направление подготовки: 654600 «Информатика и вычислительная техника»
Специальность: 230101 (220100) «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»
Семестр: 5, 6
Вид итогового контроля:
зачет — 5, 6 семестры
экзамен — 6 семестр
Содержание курса:
-
Вводные сведения
- Предмет компьютерной графики и области её применения. Разделы дисциплины: компьютерная графика, обработка изображений, распознавание образов, и связи между ними
-
Машинное представление сцены и изображения
- Методы машинного представления сцены и геометрических моделей: конструктивный и поверхностный, и их вариации: элементарные геометрические формы, вокселы, полигональные сетки, сплайны
- Аппроксимация кривых и поверхностей сплайнами
- Сплайн-функции одной переменной
- B-Сплайны
- Кривые Безье
- Рациональные В-сплайновые поверхности
- Метод представления изображений — растровые изображения. Схемы представления цвета: RGB, CMYK, HSV, YUV
-
Растровые примитивы
- Алгоритм построения прямоугольника
- Понятие 4-х и 8-ми связных линий
- Алгоритмы построения отрезков: DDA и Брезенхема
- Алгоритмы построения окружностей: DDA и Брезенхема
- Алгоритм построения треугольника методом построчного сканирования. Алгоритмы заливки с затравкой
-
Преобразования на плоскости и в пространстве
- Аффинные преобразования
- Матричное представление аффинных преобразований
- Однородные координаты
- Проецирование: параллельное, перспективное
- Мировая, модельная и экранная системы координат и способы переходов между ними
-
Геометрические операции
- Математическое и машинное представление геометрических элементов: прямая, плоскость, окружность, сфера, многоугольник, многогранник
- Геометрические операции: поиск пересечения, проверка многоугольника на выпуклость, положение точки относительно многоугольника и многогранника, построение выпуклой оболочки
- Отсечение отрезка выпуклым окном. Отсечение многоугольника
- Булевы операции над многоугольниками и многогранниками
-
Удаление невидимых линий и поверхностей
- Общие принципы построения и классификации алгоритмов удаления невидимых линий и поверхностей
- Удаление нелицевых граней
- Понятие пирамиды зрения
- Алгоритмы удаления невидимых линий и поверхностей: Робертса, Аппеля, Варнака, художника, плавающего горизонта, трассировки лучей, Z-буфера
- Методы построчного сканирования
- Метод потенциально видимых множеств и порталов
- Общая схема визуализации сцены
-
Построение реалистичных изображений
- Наложение текстур
- Понятие текстуры и способы её наложения
- Перспективно-корректное наложение текстур
- Освещение
- Расчёт отражённого и преломлённого лучей
- Модели освещения Ламберта, Фонга, Гуро
- Способы расчёта и интерполяции нормалей к поверхности
- Обратная трассировка лучей
- Метод излучательности
- Устранение лестничного эффекта
- Причины появления лестничного эффекта и принципы его устранения
- Полноэкранное устранение лестничного эффекта
- Устранение лестничного эффекта для отрезков и других линий
- Устранение лестничного эффекта для многоугольников
-
Обработка изображений и распознавание образов
- Дискретизация изображений
- Псевдотонирование изображений
- Палитры и оптимизация палитр
- Классы изображений и переходы между ними
- Построение контура и остова изображений
- Фильтры
- Проблема распознавания графических образов: геометрический и структурный подходы, самообучение
- Нейронные сети, перцептроны
-
Форматы графических файлов
- Общие принципы хранения графической информации
- Сжатие графической информации, требования к алгоритмам
- Алгоритмы сжатия RLE, LZW, JPEG, фрактальный
-
Графические архитектуры, стандарты и интерфейсы
- Архитектура графических систем
- Принципы построения «открытых» графических систем
- Обзор современных графических систем и стандартов
- Принципы построения графических интерфейсов
Современные графические пользовательские интерфейсы
-
Устройства ввода и вывода графической информации
- Мониторы
- Принтеры и графопостроители
- Сканеры, планшеты и указатели
- Графические акселераторы
- Конвейеры ввода и вывода графической информации
Рекомендуемая литература:
- Шикин Е. В., Боресков А. В. Компьютерная графика. Полигональные модели. — М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2001. — 464 с.
- Никулин Е. А. Компьютерная геометрия и алгоритмы машинной графики. — С. Пб: БХВ-Петербург, 2003. — 560 с.
Дополнительная литература:
- Препарата Ф., Шеймос М. Вычислительная геометрия: Введение.: Пер. с англ. — М.: Мир, 1989. — 478 с.
- Форсайт Д., Понс Ж. Компьютерное зрение. Современный подход.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. — 928 с.
Учебные и учебно-методические пособия:
Интернет-ресурсы:
Учебные материалы:
Задания на лабораторные работы, 5-ый семестр
Задания на лабораторные работы, 6-ой семестр
Примеры графических программ
Демонстрационная программа растеризации примитивов
Задание на расчётно-графическую работу
Вопросы к зачёту
Вопросы к экзамену
