Rok akademicki: 2017/2018 Kod: JFM s Punkty ECTS: 7. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Grafika komputerowa 1 Rok akademicki: 2017/2018 Kod: JFM s Punkty ECTS: 7 Wydział: Fizyki i Informatyki Stosowanej Kierunek: Fizyka Medyczna Specjalność: Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 5 Strona www: Osoba odpowiedzialna: Alda Witold (alda@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: dr inż. Kawecka-Magiera Barbara (Barbara.Kawecka@fis.agh.edu.pl) Alda Witold (alda@agh.edu.pl) Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń) Wiedza M_W001 M_W002 Student zna i rozumie podstawowe (przekazane na wykładzie) pojęcia grafiki komputerowej 3D obejmujące transformacje geometryczne, reprezentację obiektów 3D i podstawy ich modelowania, teorię barwy i modele oświetlenia, materiały i tekstury. Student dysponuje aktualną wiedzą na temat wybranych programów modelowania 3D i bibliotek graficznych. Umiejętności M_U001 M_U002 Student potrafi stworzyć od podstaw scenę obiektów 3D, dobrać materiały i tekstury, ustalić oświetlenie, operować kamerą i ostatecznie wyrenderować całość w formie animacji. Student potrafi właściwie i sprawnie wykorzystać różne programy modelowania 3D, porównać je z sobą i racjonalnie wybrać najlepsze narzędzie. Kompetencje społeczne 1 / 5

2 M_K001 M_K002 Potrafi samodzielnie zdobyć odpowiednią wiedzę i umiejętności, niezbędne do realizacji ćwiczeń i projektów. Student umie przedstawić wykonany projekt w sposób komunikatywny i potrafi określić perspektywy jego zastosowania. Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład audytoryjne laboratoryjne projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 M_W002 Umiejętności M_U001 M_U002 Student zna i rozumie podstawowe (przekazane na wykładzie) pojęcia grafiki komputerowej 3D obejmujące transformacje geometryczne, reprezentację obiektów 3D i podstawy ich modelowania, teorię barwy i modele oświetlenia, materiały i tekstury. Student dysponuje aktualną wiedzą na temat wybranych programów modelowania 3D i bibliotek graficznych. Student potrafi stworzyć od podstaw scenę obiektów 3D, dobrać materiały i tekstury, ustalić oświetlenie, operować kamerą i ostatecznie wyrenderować całość w formie animacji. Student potrafi właściwie i sprawnie wykorzystać różne programy modelowania 3D, porównać je z sobą i racjonalnie wybrać najlepsze narzędzie. Kompetencje społeczne M_K001 Potrafi samodzielnie zdobyć odpowiednią wiedzę i umiejętności, niezbędne do realizacji ćwiczeń i projektów. 2 / 5

3 M_K002 Student umie przedstawić wykonany projekt w sposób komunikatywny i potrafi określić perspektywy jego zastosowania. Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład 1. Wprowadzenie do grafiki komputerowej. Podstawowe pojęcia (4godz.) Klasyfikacja grafiki komputerowej. Scharakteryzowanie grafiki rastrowej i wektorowej, grafiki 2D i 3D. Analiza podstawowej postaci potoku graficznego nieprogramowanego i programowanego. Krótka charakterystyka sprzętu komputerowego. Przegląd zastosowania grafiki komputerowej w różnych dyscyplinach nauki i techniki. 2. Tworzenie obiektów geometrycznych w grafice wektorowej 3D (4 godz.) Reprezentacja powierzchni obiektów za pomocą siatki wielokątów. Uwaga na temat matematycznej reprezentacji powierzchni za pomocą funkcji parametrycznych i uwikłanych. Omówienie podstawowych obiektów. Operacje CSG i metody edycji siatek na przykładzie programu Art of Illusion. 3. Transformacje geometryczne (2 godz.). Transformacje 3D. Omówienie przekształceń afinicznych. Reprezentacja przekształceń przez macierz transformacji. Używanie funkcji transformacji i bezpośrednie operowanie na macierzach. Składanie transformacji. Interpretacja transformacji w lokalnym i globalnym układzie współrzędnych. Ruch obiektów, a ruch kamery. Rzutowanie: rodzaje, parametry i macierze rzutowania 4. Postrzeganie barwne. Modele oświetlenia (2 godz.). Krótkie omówienie teorii barwy i podstawowych modeli barwnych. Percepcja obrazu. Ogólne dywagacje na temat złożoności i efektywności modelu oświetlenia. Omówienie podstawowego modelu lokalnego ADS. Wprowadzenie normalnych do obliczania oświetlenia. Omówienie modeli Phonga, Blinna i interpolacji oświetlenia według Gourauda. 5. Globalne modele oświetlenia: śledzenie promienia i metoda energetyczna (2 godz.) Omówienie podstaw metody śledzenia promieni, wariantów jej realizacji oraz technik przyspieszenia jej działania. Przedstawienie podstaw metody energetycznej, porównanie obu modeli, ich wad i zalet. Zastosowanie w renderowaniu w programie Art of Illusion. 6. Tekstury i ich mapowanie (4 godz.). Podstawowe pojęcia dotyczące tekstur i ich parametrów. Wczytywanie tekstury z pliku. Tekstury proceduralne. Przedstawienie możliwości edytora tekstur na przykładzie programu Art. of Illusion. 7. Podstawy animacji (2 godz.) Omówienie podstaw tworzenia animacji klasycznej i komputerowej. Animacja poklatkowa. Interpolacja ruchu. Przyład tworzenia animacji w Art of Illusion. 8. Podstawy języka opisu sceny w programie POV-Ray (4 godz.) Omówienie elementów obiektowego języka opisu sceny programu POV-Ray. Zwrócenie uwagi na jego mocne strony: modelowanie i renderowanie powierzchni uwikłanych, użycie pętli do generowania powtarzalnych elementów sceny, użycie instrukcji warunkowych do programowania animacji. 9. Wprowadzenie do programu Blender (4 godz.) Omówienie podstaw Blendera profesjonalnego programu typu open source. Dokonanie krótkiego porównania między nim, a programem Art of Illusion. Zwrócenie 3 / 5

4 uwagi na mocne strony Blendera. Przykłady realizacji w Blenderze modelowania zjawisk naturalnych przepływu wody, fal morskich, dymu, itp. 10. Perspektywy grafiki komputerowej (2 godz.). Wykład końcowy. Przedstawienie perspektyw sprzętowych i programowych dla grafiki komputerowej. Omówienie nowych narzędzi komunikacji człowieka z komputerem. Łączenie grafiki komputerowej z innymi dyscyplinami laboratoryjne 1. Wprowadzenie do programu Art of Illusion. - student potrafi zbudować prostą scenę, posługując się podstawowymi obiektami geometrycznymi, - student potrafi zorganizować obiekty w hierarchiczne drzewa. 2. Edycja obiektów na przykładzie programu Art of Illusion - student potrafi wykorzystać narzędzia programu tworzenia brył obrotowych i wykonania różnych wariantów operacji typu extrude, - student potrafi wykonać operacje edycji siatki wielokątów. 3. Barwa, oświetlenie i tekstury w programie Art of Illusion - student potrafi przypisać barwę i parametry materiałowe obiektom, - student potrafi ustawić źródła światła, określić ich parametry i wykonać renderowanie oświetlonej sceny, - student umie posługiwać się edytorem tekstur i potrafi wygenerować złożone tekstury proceduralne 4. Animacja w programie Art of Illusion - student potrafi wykonać prostą animację sceny, w której obiekty poruszają się wzdłuż wyznaczonych ścieżek, -student potrafi wykonać automatyczną interpolację kształtu, orientacji w przestrzeni i innych parametrów w animowanych obiektach. 5. Złożenie kompletnego projektu w programie Art. of Illusion - student potrafi zaprojektować i zrealizować animację sceny, uwzględniając różne rodzaje oświetlenia, parametry materiałowe i nakładane tekstury. 6. Tworzenie i renderowanie scen w programie POV-Ray - student potrafi zbudować i wyrenderować scenę w programie POV-Ray, - student umie wykorzystać instrukcję pętli do automatycznego zapełniania sceny obiektami. 7. Przygotowanie i wykonanie animacji zjawisk naturalnych w programie Blender - student potrafi poprawnie wybrać narzędzie, wbudowane do programu Blender, do zamodelowania animacji, - student potrafi zrealizować i wyrenderować prostą animację: przepływu wody,fal morskich, tkaniny, obiektów elastycznych lub dymu (do wyboru). Sposób obliczania oceny końcowej W ramach laboratorium komputerowego studenci wykonują szereg ćwiczeń, za które mogą zdobyć określoną liczbę punktów. Procent uzyskanych punktów przeliczany jest zgodnie z Regulaminem Studiów AGH na ocenę końcową z laboratorium. 4 / 5

5 1. Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową niezbędne jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium oraz kolokwium zaliczeniowego z wykładu. 2. Obliczamy średnią ważoną z ocen z laboratorium (80%) i wykładów (20%) uzyskanych we wszystkich terminach. 3. Wyznaczmy ocenę końcową na podstawie zależności: if sr>4.75 then OK:=5.0 else if sr>4.25 then OK:=4.5 else if sr>3.75 then OK:=4.0 else if sr>3.25 then OK:=3.5 else OK:=3 Jeżeli pozytywną ocenę z laboratorium i zaliczenia wykładu uzyskano w pierwszym terminie oraz ocena końcowa jest mniejsza niż 5.0 to ocena końcowa jest podnoszona o 0.5 Wymagania wstępne i dodatkowe Znajomość podstaw algebry liniowej (operacje na wektorach i macierzach) Zalecana literatura i pomoce naukowe Jankowski M., Elementy grafiki komputerowej. Warszawa, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Foley J.D. i inni, Wprowadzenie do grafiki komputerowej. Warszawa, Wydawnictwo Naukowo- Techniczne, Kuklo, K., Kolmaga,J. Blender Kompendium, Helion 2007 Dokumentacja programu Art of Illusion ( Dokumentacja programu POV-Ray ( Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu Nie podano dodatkowych publikacji Informacje dodatkowe Brak Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Przygotowanie do zajęć Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 30 godz 100 godz 30 godz 15 godz 175 godz 7 ECTS 5 / 5