microbik.ru
1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет имени И.Н.Ульянова»
Факультет дизайна и компьютерных технологий


«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе
______________ А.Ю. Александров
«______»______________ 20__ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА»

Направление подготовки

231000 Программная инженерия


Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр
Форма обучения

очная

Чебоксары

2010

Рабочая программа основана на требованиях Федерального государственного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки 231000 – Программная инженерия, утвержденного Приказом Минобрнауки 9.11.2009 № 542
Составитель: доцент Егорова Ольга Геннадьевна
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании обеспечивающей кафедры – кафедры компьютерных технологий (протокол № _____ от ___________2010 г.).
Зав. кафедрой: профессор Желтов Валериан Павлович
Рабочая программа согласована с Методической комиссией выпускающего факультета Дизайна и компьютерных технологий.
Председатель комиссии, декан: профессор Желтов Валериан Павлович____________


СОГЛАСОВАНО:

Зам. начальника УМУ: доцент М.Ю. Харитонов ____________

1. Цели освоения дисциплины

Формирование у студентов знаний об основных понятиях и методах компьютерной графики, построении графического интерфейса, OpenGL.
Задачи:

- ознакомление студентов с теоретическими основами компьютерной графики, технологическими приемами подготовки изображений, возможностями современного программного обеспечения в области векторной, растровой, трехмерной компьютерной графики;

- усвоение тенденций построения современных графических систем, инструментария для написания приложений, стандартов в области разработки графических систем, технических средств компьютерной графики;

- изучение систем координат, типов преобразований графической информации, принципов построения "открытых" графических систем, 2D и 3D моделирование в рамках графических систем, геометрических операций над моделями, алгоритмов визуализации.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина входит в вариативную часть профессионального цикла образовательной программы бакалавра. Студент должен иметь начальные сведения о графических программах, программировании в объеме школьного курса и уметь использовать основные законы естественно-научных дисциплин для понимания преподаваемой дисциплины, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией. Для изучения курса "Компьютерная графика" необходимо усвоение следующих дисциплин: "Высшая математика", "Дискретная математика", "Алгоритмизация и программирование", “Системное программное обеспечение”.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующей компетенции:

способность использовать основные положения и методы социальных, гуманитарных и экономических наук при решении социальных и профессиональных задач, способность анализировать социально-значимые проблемы и процессы (ОК-9).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

  • Знать:

    - структуру и общую схему функционирования графических средств, реализующих графику;

    - принципы формирования, хранения, преобразования цифровой информации в памяти ЭВМ;

    - базовые приемы реализации алгоритмов компьютерной графики на персональных компьютерах;

    - взаимодействие освещения и материалов, методы тонирования освещенных поверхностей.

  • Уметь:

    - строить графический интерфейс;

    - выбрать графическое средство на основе знания их основных параметров для создания конкурентноспособного продукта;

    - применять средства компьютерной графики в профессиональной деятельности;

  • Владеть:

    - практическими навыками в использовании основных программных графических пакетов.

4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.






п/п


Раздел

дисциплины

Семестр

Неделя семестра

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)

Форма промежуточной аттестации (по семестрам)

Лекции

Практ. зан.

Лабор. зан.

КСР *

СРС **

Всего

Из ауд. зан. в интер. форме

1

(Дидактическая единица)

5




36




16

2

54

108

54

зачет


* Контроль самостоятельной работы: аудиторные занятия для проверки самостоятельной работы студентов, приема зачета, проведения текущих консультаций.

** Самостоятельная работа студента, включая курсовой проект, курсовую работу, расчетно-графические работы.
4.2. Содержание лекционных занятий

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКЕ.

Предмет дисциплины, ее объем, содержание и связь с другими дисциплинами учебного плана. Понятие о компьютерной графике. История. Области применения. Направления. Классификация компьютерной графики. Основные понятия, связанные с отображением графической информации.(2 часа)
2. ВИДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ.

Векторная графика. Растровая графика. Фрактальная графика. Трехмерная графика.

(2 часа)

3. ФОРМАТЫ ГРАФИЧЕСКИХ ФАЙЛОВ.

Понятие о формате файла. Категории форматов графических файлов. Форматы растровых графических файлов. Форматы векторных графических файлов. Преобразование форматов файлов. (2 часа)
4. КОМПЬЮТЕРНЫЕ ЦВЕТОВЫЕ МОДЕЛИ.

Разновидности цветов. Цвет в компьютерной графике. Аддитивные и субтрактивные цвета в компьютерной графике. Системы цветов HSB, HSL, RGB, CMYK. Индексированные цвета. Область их применения. (2 часа)
5. ГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ.
     Эволюция видеоподсистем компьютера. Назначение, структура, основные характеристики видеоплат. Основные характеристики мониторов. Печать графических изображений. Графические рабочие станции. Средства воспроизведения и ввода графики: мониторы и видеокарты, принтеры, плоттеры и сканеры. Манипуляторы. (2 часа)
6.  СИСТЕМЫ КООРДИНАТ, ТИПЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.
     Системы координат в компьютерной графике. Аффинные преобразования. Двумерные геометрические преобразования в компьютерной графике. Трехмерные геометрические преобразования в компьютерной графике. Масштабирование изображений. Выборка изображений. (2 часа)

7. АЛГОРИТМЫ РАСТРОВОЙ ГРАФИКИ. Растровое представление отрезка. Алгоритм Брезенхейма. Растровая развертка окружности, эллипса. Заполнение цветом. (2 часа)

8. ОСНОВНЫЕ АЛГОРИТМЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ. Отсечение отрезка. Алгоритм Сазерленда-Кохена. Классификация точки относительно отрезка. Расстояние от точки до прямой. Нахождение пересечения двух отрезков. Построение фигур. (2 часа)

9. АЛГОРИТМЫ УДАЛЕНИЯ НЕВИДИМЫХ РЕБЕР И ПОВЕРХНОСТЕЙ. Классификация. Алгоритм с использованием z-буфера. Метод сортировки по глубине. Метод удаления невидимых граней выпуклых тел. Методы оптимизации. Алгоритм Робертса. Алгоритм Аппеля. Алгоритм Варнака, Алгоритм Вейлера-Эйзетрона. (2 часа)

10.. МОДЕЛИ РАСЧЕТА ОСВЕЩЕННОСТИ ГРАНЕЙ ТРЕХМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ. Цветовой куб RGB. Эмпирическая модель расчета освещенности. Метод Гуро. Метод Фонга. (2 часа)

11. ОСОБЕННОСТИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ «ПОД WINDOWS».

Структура Windows-приложений. Типы данных в Windows. Основные понятия и принципы объектно-ориентированного программирования. Принципы создания окон и обработки сообщений. (2 часа)

12. ВЫВОД ГРАФИКИ В ОС WINDOWS ПОСРЕДСТВОМ GDI, GDI+.

Основы графического вывода в ОС Windows при помощи библиотеки GDI, GDI+. Принципы создания анимированных изображений. (2 часа)

13. ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ. ФИЛЬТРЫ.

Основные свойства аналоговых и цифровых сигналов применительно к графическим изображениям. Способы хранения и обработки сигналов в ЭВМ. Принципы реализации фильтров растровых изображений. (2 часа)

14. ГРАФИЧЕСКОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.

Основы программирования компьютерной графики при помощи OpenGL.Библиотека OpenGL. Структура графического конвейера OpenGL. Основные команды для рисования графических примитивов и установки матриц преобразований. Задание моделей закрашивания. Освещение. Вывод битовых изображений. Наложение текстуры. (8 часов)

15. ЭЛЕМЕНТЫ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ. Wolfenstein 3-D. Ray Casting. Текстурирование. DOOM. Descent. Пирамидальное фильтрование. Освещение. (2 часа)
4.3. Содержание практических занятий:

отсутствуют
4.4. Содержание лабораторных занятий:

Лабораторный практикум включает

- процедуру построения графика функции, заданной в полярных координатах;

- процедуру построения графика функции, заданной параметрически;

- построение палитры;

- процедуру построения по заданному набору чисел диаграммы соотношения в виде прямоугольников различной высоты;

- для предложенной оконной системы реализовать основные управляющие элементы (CheekBox, ScrollBar, TextEdit, ListBox и т.д.);

- реализовать окна с прозрачными (полупрозрачными) фрагментами;

- написание программы, реализующей растровую развертку эллипса;

- написание программы построения дуги эллипса;

- модификацию алгоритма Брезенхейма для построения линий заданной толщины с заданным шаблоном;

- написание функции, которая проверяет, является ли данный многоугольник выпуклым;

- реализацию различных алгоритмов;

- написание процедуры закраски различными методами;

- написание программы, строящую различные примитивы с правильным освещением;

- написание процедуры текстурирования произвольной выпуклой грани, используя один из интерполяционных методов.

Всего 16 часов
5. Образовательные технологии

    По направлению подготовки предусматривается использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий (компьютерных симуляций, разбор конкретных ситуаций) в сочетании с внеаудиторной работой с целью формирования и развития профессиональных навыков обучающихся.


6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
6.1. Перечень заданий для самостоятельной работы и проведения текущего контроля.

Изучение тем:

Графические системы:

- дисплеи: ЭЛТ с регенерацией, дисплеи растрового сканирования, дисплеи с выборочным сканированием, цветные мониторы с ЭЛТ, дисплеи с плоским экраном, приборы с трехмерным изображением;

- системы растрового сканирования: видеоконтроллер, процессор дисплея с растровым сканированием;

- графические рабочие станции и системы создания изображений;

- устройства ввода: клавиатура, мышь, трекболы и пространственные манипуляторы, джойстик, информационные перчатки, цифровой преобразователь, сканеры, сенсорная панель, световое перо, голосовые системы;

- устройства выдачи документальных копий;

- графические сети.

Графика в сети Интернет.

Свет. Цветовосприятие.

Распространение света. Освещенность. Отражение. Преломление.
6.2. Перечень примерных тем курсовых работ.

Программой не предусмотрено
6.3. Перечень вопросов к промежуточной аттестации.

Зачетные вопросы:


  1. Основные растровые графические устройства.

  2. Основные векторные графические устройства.

  3. Виды моделей по количеству проекций.

  4. Виды трехмерных моделей и их получение (кроме объемной).

  5. Объемная трехмерная модель и ее получение.

  6. Понятие о компьютерной графике. История. Области применения.

  7. Классификация компьютерной графики.

  8. Достоинства и недостатки различных видов графики.

  9. Форматы растровых графических файлов.

  10. Форматы векторных графических файлов.

  11. Аддитивные и субтрактивные цвета в компьютерной графике.

  12. Системы цветов HSB, HSL, RGB, CMYK.

  13. Эволюция видеоподсистем компьютера. Назначение, структура, основные характеристики.

  14. Средства воспроизведения и ввода графики.

  15. Системы координат в компьютерной графике.

  16. Аффинные преобразования.

  17. Двумерные геометрические преобразования в компьютерной графике.

  18. Трехмерные геометрические преобразования в компьютерной графике.

  19. Алгоритмы растровой графики.

  20. Основные алгоритмы вычислительной геометрии.

  21. Алгоритмы удаления невидимых ребер и поверхностей.

  22. Модели расчета освещенности граней трехмерных объектов.

  23. Основы программирования компьютерной графики при помощи OpenGL.

  24. Библиотека OpenGL. Структура графического конвейера OpenGL.

  25. Основные команды для рисования графических примитивов и установки матриц преобразований.

  26. Графические системы.


7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

а) основная литература:

  1. Бондарев И.Н., Ишков С.А., Романенко В.А., Стенгач М.С. Компьютерная графика и Web-дизайн. Методические указания. – Самара: СГАУ, 2006. – 136 с.

  2. Казанцев А.В. Основы компьютерной графики для программистов. – Казань, 2005, - 94 с.

  3. Миронов Д.Ф. Компьютерная графика в дизайне. – СПб: Питер, 2004. – 224 с.

  4. Миронов П.С., Миронова Р.И., Качевский Д.Н. Основы компьютерной графики: Конспект лекций / Чебоксары: Изд-во Чуваш. гос. ун-та им. И.Н. Ульянова, 1998. – 32 с.

  5. Мураховский В.И. Компьютерная графика. – М.: Аст-Пресс СКД, 2002. – 640 с.

  6. Пореев В. Компьютерная графика. – СПб: БХВ_Петербург, 2002.

  7. Херн Д., Бейкер П. Компьютерная графика и стандарт OpenGL, 3 –е изд.: Пер. с англ. – М.: Вильямс, 2005. – 1168 с.

  8. Шикин Е.В., Боресков А.В. Компьютерная графика. – М.: Диалог-МИФИ, 2001. – 464 с.

  9. Эйнджел Э. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL, 2 ИЗД.: Пер. с англ. – М.: Вильямс, 2001 – 592 с.


б) дополнительная литература:

  1. Боресков А.В., Шикин Е.В., Шикина Г.Е. Компьютерная графика-первое знакомство. М. ФиС. 1996.

  2. Гордан М., Люка М. Машинная графика и автоматизация конструирования - М.: Мир, 1987.

  3. Дж. Фоли, ван Дэмм. Интерактивная машинная графика М.Мир 1985.

  4. Иванов В.П., Батраков А.С.Трехмерная компьютерная графика. М. РиС. 1995.

  5. Котов И.И., Полозов В.С., Широкова Л.В. Алгоритмы машинной графики - М.: Машиностроение, 1977.

  6. Ньюмен У., Спрулл Р. Основы интерактивной машинной графики - М.: Мир, 1976.

  7. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики - М.: Мир, 1980

  8. Шикин Е.В. Компьютерная графика. Полигональные модели. М. Диалог-МИФИ. 1996

  9. Шикин Е.В. Кривые и поверхности на экране компьютера М. Диалог-МИФИ. 1996

  10. Шикин Е.В., Боресков А.В. Компьютерная графика: динамика, реалистичные изображения. - М. Диалог-МИФИ. 1995.


8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Лабораторные работы необходимо проводить в специализированных компьютерных классах, с установленным программным обеспечением. Если количество студентов в группе более 15 человек, группу необходимо разбить на две подгруппы.