CITB504 Компютърна графика
Анотация:
Целта на курса е изучаването на основни принципи и методи на компютърната графика. Дават се необходимите сведения за някои основни класове алгоритми и видове модели. Подробно се разглеждат методите за описание на геометрични обекти, за геометрични трансформации, за трансформация на данните в процеса на визуализация, както и основните видове проекции. Обсъждат се особеностите при моделирането и визуализацията на тримерни геометрични обекти със съвременни програмни продукти.
Преподавател(и):
проф. Стоян Малешков д-р
Описание на курса:
Компетенции:
Успешно завършилите курса студенти:
1) знаят:
основните принципи на компютърната графика и методите за създаване на фотореалистични изображения с помощта на компютър.
2) могат:
да използват съвременните технологии на компютърната графика за създаване, редактиране и фотореалистична визуализация на сложни тримерни модели.
Предварителни изисквания:
• Познават базовите начините за описание на геометрични примитиви.
• Могат да използват технологиите за растерна и векторна графика за визуализация на геометрични обекти
Форми на провеждане:
Редовен
Учебни форми:
Лекция
Език, на който се води курса:
Български
Теми, които се разглеждат в курса:
• Компютърна графика - предмет, основни етапи на развитие, области на приложение. Изходни графични устройства - видове, принцип на действие, ограничения. Входни графични устройства - видове, принцип на действие, ограничения. Логически входни устройства. Обработка на потребителските въздействия - основни режими и алгоритми. (2 часа)
• Геометричен модел - описание и представяне в компютъра. Моделиране на геометрични обекти - създаване на обекти чрез преместване и завъртване на криви. Булеви операции върху твърдотелни обекти. Йерархично описание на сцени. Описание и визуализиране на йерархията от обекти. Реализация на операциите за редактиране и визуализация. (2 часа)
• Програмистки модел на интерактивна графична система. Основни функции на пакет за интерактивна компютърна графика, примитиви, атрибути. Естествена координатна система, прозорец и чертожно поле. Преобразуване на изгледа. (2 часа)
• Двумерни координатни трансформации - транслация, мащабиране, ротация; хомогенни координати, двумерни координатни трансформации в хомогенни координати, афинни и евклидови трансформации. Съставни двумерни координатни трансформации. Общ вид на трансформационната матрица, обратни трансформации, формули за двумерно визуално преобразуване. Координатни трансформации чрез смяна на координатната система. (3 часа)
• Тримерни координатни трансформации в хомогенни координати, дясно ориентирана координатна система, съставни и обратни трансформации, общ вид на трансформационната матрица. (2 часа)
• Проекции - видове. Паралелна и перспективна проекция- център на проекцията, проекционна равнина. Перспективна трансформация и перспективна проекция - описание в матрична форма. Отрязване - необходимост и възможни реализации. (2 часа)
• Тримерно визуално преобразуване - параметри на наблюдението, дефиниране на координатната система на наблюдателя, трансформационна матрица на тримерното визуално преобразуване. (2 часа)
• Тримерно верижно преобразуване на скелетен модел. Локални координати, текуща трансформационна матрица. Преминаване от описание в локални координати към описание в естествени координати. (2 часа)
• Алгоритми за определяне на видими линии и повърхнини - постановка на задачата и основни методи за решаване.Алгоритми за определяне на видими линии и повърхнини - алгоритъм за отстраняване на задните стени. Алгоритми за определяне на видими линии и повърхнини - алгоритъм на приоритетното запълване (алгоритъм на художника) и алгоритъм на Z-буфера. (2 часа)
• Модели на възприемане на цветовете - основни понятия, модели RGB, HSV, HLS, CIE. Начини за задаване на цвят в системите за реалистична компютърна графика. (2 часа)
• Осветеност на обектите. Постановка на задачата. Модели за осветеност на обектите. Модели за фоново, дифузно отражение (модел на Ламбърт) и огледално отражение (модел на Фонг). Алгоритми за оцветяване на многоъгълници - постановка на задачата, константно оцветяване, алгоритъм на Гъро, алгоритъм на Фонг. (2 часа)
• Създаване на фотореалистични изображения. Трасиране на лъч - основен принцип, право и инверсно трасиране. Трасиране на лъч - нерекурентен алгоритъм. Изчисляване на пресечната точка на лъча с обектите от сцената - случаи за сфера и многоъгълник. Трасиране на лъч - рекурентен алгоритъм , видове лъчи, изчисляване на посоката на отразените и пречупените лъчи, методи за оптимизиране на изчислителната процедура. (2 часа)
• Създаване на фотореалистични изображения. Метод на радиацията - постановка на задачата, енергиен баланс за повърхнините от сцената. Добавяне на детайли върху повърхнини на обекти от сцената - постановка на задачата, методи за текстуриране, процедурни методи, добавяне на неравности върху повърхнините. (2 часа)
• Параметрично и непараметрично описание на криви и повърхнини - предимства и недостатъци. Криви и повърхнини на Безие - описание, контролни точки и базови функции; свойства; свързване на криви на Безие, алгоритъм на Кастелжу за определяне на точка от кривата. В-сплайн криви и повърхнини – описание, видове, свойства. Рационални сплайн функции - свойства, използване на NURBS за описание на геометрични обекти. (3 часа)
Литература по темите:
1. Записки от лекциите и презентационни материали, предоставени в електронен формат в системата за електронно обучение „НБУ –Moodle”.
2. Малешков, С., В. Георгиев, Компютърна графика и фотореалистична визуализация, учебник, издателско на НБУ, ISBN: 978-954-535-808-7, 2014.
3. Hearn, D., M. Baker. Computer Graphics - C version, Second Edition, Prentice-Hall, 1997 – учебникът e предоставен е в електронен формат в системата за електронно обучение „НБУ –Moodle”.
4. Foley, J., A. van Dam, S. Feiner and J. Hughes. Computer Graphics - Principle and Practice, Second Edition, Addison Wesley, 1990.
Средства за оценяване:
Провеждане на текущия контрол: 2 писмени контролни работи с отворени въпроси – в средата и в края на семестъра (8 и 14 седмица). Студентите, които са изкарали успешно двете писмени контролни работи се освобождават по тяхно желание от изпит и им се оформя оценка. Студентите се явяват на изпит ако не са изкарали успешно някоя от двете писмени контролни работи или желаят да повишат успеха си.