Космический факультет

Кафедра К3
«Прикладная математика, информатика
и вычислительная техника»

Телефон: 8 (498) 687-43-52
ГУК, ауд. 447
E-mail: caf-pm@mgul.ac.ru, caf-vt@mgul.ac.ru


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:

  1. Вводные сведения
    • Предмет компьютерной графики и области её применения. Разделы дисциплины: компьютерная графика, обработка изображений, распознавание образов, и связи между ними
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. Форматы графических файлов
    • Общие принципы хранения графической информации
    • Сжатие графической информации, требования к алгоритмам
    • Алгоритмы сжатия RLE, LZW, JPEG, фрактальный
  10. 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
  11. Устройства ввода и вывода графической информации
    • Мониторы
    • Принтеры и графопостроители
    • Сканеры, планшеты и указатели
    • Графические акселераторы
    • Конвейеры ввода и вывода графической информации

Рекомендуемая литература:

  1. Шикин Е. В., Боресков А. В. Компьютерная графика. Полигональные модели. — М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2001. — 464 с.
  2. Никулин Е. А. Компьютерная геометрия и алгоритмы машинной графики. — С. Пб: БХВ-Петербург, 2003. — 560 с.

Дополнительная литература:

  1. Препарата Ф., Шеймос М. Вычислительная геометрия: Введение.: Пер. с англ. — М.: Мир, 1989. — 478 с.
  2. Форсайт Д., Понс Ж. Компьютерное зрение. Современный подход.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. — 928 с.

Учебные и учебно-методические пособия:

  1. Польский С. В. Компьютерная графика: учебн.-методич. пособие. — М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. — 38 с.

Интернет-ресурсы:

  1. www.compression.ru/dv

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

Административный раздел