WYDZIAŁ PODSTAWOWYCH PROBLEMÓW TECHNIKI Zał. nr do ZW 33/01 KARTA PRZEDMIOTU Nazwa w języku polskim AutoCAD modelowanie 3D Nazwa w języku angielskim AutoCAD 3D modelling Kierunek studiów: OPTYKA Stopień studiów i forma: I stopień, stacjonarna Rodzaj przedmiotu: wybieralny Kod przedmiotu INP 01WL Grupa kursów TAK Liczba godzin zajęć zorganizowanych w Uczelni (ZZU) Liczba godzin całkowitego nakładu pracy studenta (CNPS) Forma zaliczenia Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium 15 30 30 60 grupa kursów zaliczenie na ocenę Dla grupy kursów zaznaczyć kurs końcowy (X) X Liczba punktów ECTS 1 w tym liczba punktów odpowiadająca zajęciom o charakterze praktycznym (P) w tym liczba punktów ECTS odpowiadająca zajęciom wymagającym bezpośredniego kontaktu (BK) 1 WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI Podstawowa umiejętność obsługi i znajomość AutoCADa w zakresie dwuwymiarowym (np. kurs Podstawy grafiki inżynierskiej INP07). CELE PRZEDMIOTU C1. Poznanie metod tworzenie modeli trójwymiarowych fizycznie realistycznych, na potrzeby ilustracji naukowych, ilustracji edukacyjnych, ilustracji technicznych i grafiki związanej z wirtualną rzeczywistością. C. Poznanie zastosowań programu AutoCAD do tworzenia modeli trójwymiarowych i realistycznych wizualizacji. C3. Nabycie umiejętności posługiwania się programem AutoCAD w zakresie trójwymiarowego modelowania rzeczywistości. C. Nabycie umiejętności wykonywania prostych modeli trójwymiarowych z dużym realizmem (aranżacja obiektów, fizyczne cechy powierzchni, oświetlenie, widok perspektywiczny) w programie AutoCAD. C5. Gotowość do podjęcia samokształcenia i dalszego rozwijania się w zakresie przedmiotu tego kursu. 1
PRZEDMIOTOWE EFEKTY KSZTAŁCENIA Z zakresu wiedzy: PEK_W01 poznanie i rozumienie podstawowych pojęć z zakresu modelowania trójwymiarowego i wizualizacji rzeczywistości, PEK_W0 poznanie narzędzia do modelowania trójwymiarowego i wizualizacji programu AutoCAD, PEK_W03 poznanie i rozumienie przestrzennych układów współrzędnych, stosowanych w AutoCADzie, PEK_W0 poznanie tworzenia brył (w tym rachunku boolowskiego brył) i innych obiektów 3D (powierzchnie B-sklejane, powierzchnie wektorowe) w AutoCADzie, PEK_W05 poznanie modelowania własności fizycznych powierzchni obiektów (reflektancja, transmitancja, barwa, chropowatość (oraz mapa uderzeń), przezroczystość (wsp. załamania światła), teksturowanie itp. w AutoCADzie, PEK_W06 poznanie rodzajów widoków (izometryczny, aksonometryczny), poznanie sposobu doboru parametrów obiektywu do uzyskania właściwego widoku perspektywicznego w AutoCADzie, PEK_W07 poznanie różnych rodzajów oświetlenia przestrzeni (światło rozproszone (dyfuzyjne) otoczenia, światło kierunkowe (stożkowe), światło odległe (równoległe)) i zasad rzucania cienia w przestrzeni programu AutoCAD, PEK_W08 poznanie algorytmów i metod wizualizacji układu obiektów 3D w AutoCADzie, poznanie sposobów renderingu: metoda śledzenia promieni (prosta i odwrotna), metoda obliczenia globalnego rozkładu oświetlenia ( radiosity ). PEK_W09 rozumienie konieczności ustawicznego samokształcenia w zakresie modelowania przestrzennego. Z zakresu umiejętności: PEK_U01 umiejętność efektywnego korzystania z narzędzia do modelowania przestrzennego programu AutoCAD, PEK_U0 umiejętność wykonania prostego modelu komputerowego 3D, PEK_U03 umiejętność wykonania wizualizacji realistycznej modelu 3D, PEK_U0 umiejętność samodzielnego zdobywania wiedzy, jej krytycznej analizy, umiejętność przedstawiania swojego punktu widzenia, umiejętność skutecznego radzenia sobie z popełnionymi błędami, umiejętność budowania relacji opartych na odpowiedzialności, uczciwości i rzetelności w działaniu. Z zakresu kompetencji społecznych: PEK_K01 zwiększenie otwartości na wiedzę i ciekawości świata, w tym świata zaawansowanej techniki komputerowej, PEK_K0 udoskonalenie kreatywnego myślenia i poszerzenie horyzontu myślowego, PEK_K03 poprawa umiejętności koncentracji uwagi i skupienia się na rzeczach istotnych, PEK_K0 zwiększenie poczucia konieczności dokształcania się, PEK_K05 udoskonalenie umiejętności samodzielnego zdobywania wiedzy, PEK_K06 udoskonalenie umiejętności krytycznej analizy wyszukanych informacji, PEK_K07 dostrzeganie wpływu osiągnięć technologicznych na postęp techniczny, rozwój nauki i ochronę środowiska, PEK_K08 utrwalanie odpowiedzialnego postępowania i należytej sumienności w procesie zdobywania wiedzy, PEK_K09 budowanie relacji opartych na odpowiedzialności, uczciwości i rzetelności w działaniu, PEK_K10 rozwijanie umiejętności czerpania zadowolenia z wykonanych obowiązków, zadań
lub przedsięwzięć, PEK_K11 rozwijanie zdolności adaptacji, PEK_K1 rozwinięcie zdolności samodzielnego stosowania posiadanych umiejętności, PEK_K13 podnoszenie konsekwencji w działaniu, PEK_K1 udoskonalanie metod wyboru strategii do realizacji najbardziej optymalnego rozwiązania, PEK_K15 rozwinięcie zdolności samooceny przy testowaniu własnej pracy, PEK_K16 branie odpowiedzialności za wyniki własnych działań, PEK_K17 rozwinięcie skutecznej efektywności radzenia sobie z popełnionymi błędami, PEK_K18 podniesienie konkurencyjności naszych absolwentów na rynku pracy. Wy1 Wy Wy3 Wy Wy5 TREŚCI PROGRAMOWE Forma zajęć - wykład Część organizacyjna wykładu: ustalenie wymagań do zaliczenia, omówienie e-materiałów do wykładu, podanie wykazu literatury. Wykład: Wprowadzenie do modelowania przestrzennego. Przykłady zastosowań. Przykłady prac studentów z poprzednich lat. Koncepcja przestrzennych równań położenia, leżąca u podstaw grafiki wektorowej. Trójwymiarowe układy współrzędnych w AutoCADzie (kartezjański i cylindryczny). Współrzędne względne i bezwzględne sposoby posługiwania się nimi. Tworzenie nowych układów współrzędnych. Wektorowe ujęcie brył prymitywnych i ich wykorzystanie w AutoCADzie. Jedna z koncepcji tworzenia obiektów 3D (uprzestrzennianie obiektów dwuwymiarowych przez translację lub rotację). Demonstracje, pokazy i przykłady. Obserwator w modelu 3D (widoki, orbita obserwacyjna, zmiana punktu obserwacji). Pokazy w AutoCADzie. Robocze style wizualizacji modelu. Algorytmy wizualizacji: triangulacja, algorytm Delauneya, algorytm Phonga, algorytm Gouraud, algorytmy mieszane. Demonstracje i pokazy modelu krawędziowego, modelu cieniowanego, modelu wygładzonego w AutoCADzie. Koncepcja rachunku boolowskiego dla brył. Pojęcie boolowskiej sumy, różnicy, iloczynu i dopełnienia dla brył. Demonstracja operacji boolowskich dla brył w AutoCADzie. Algorytmy obliczania momentu bezwładności dla dowolnych brył i dowolnych osi obrotu, przesunięcie Steinera, modelowanie gęstości masy. Demonstracja wyznaczania momentu bezwładności w AutoCADzie. Koncepcje powierzchni zakrzywionych w AutoCADzie. Powierzchnie B-sklejane i proceduralne (wektorowe). Siatki 3D odzwierciedlające topologię powierzchni (zmierzoną metodami np. dwóch punktów widzenia: laser - detektor). Parametry fizyko-matematyczne powierzchni: ciągłość, wypukłość, krzywizna. Demonstracje i pokazy powierzchni w AutoCADzie. Koncepcja własności fizycznych wierzchniej warstwy obiektu, zwana w AutoCADzie własnościami materiału. Biblioteka gotowych materiałów. Tworzenie nowego materiału. Stosowanie materiałów, czyli zestawu własności fizycznych, w AutoCADzie do wybranych Liczba godzin 3
Wy6 Wy7 Wy8 obiektów. Koncepcja materiałów teksturowanych. Odwzorowanie tekstury: płaskie, cylindryczne, sferyczne. Cel teksturowania. Materiały przezroczyste (lub półprzezroczyste). Załamanie światła na granicy z materiałem przezroczystym. Efekt soczewkowy. Przykłady i pokazy stosowania materiałów w AutoCADzie. Koncepcja renderingu (numerycznego powlekania) w realistycznej wizualizacji i kreowaniu wirtualnej rzeczywistości. Ustawienie widoku perspektywicznego. Parametry obiektywu (ogniskowa) dla renderingu, położenie obiektywu, orientacja obiektywu, kąt widzenia. Sposoby wykonania renderingu w AutoCADzie. Przykłady i pokazy. Koncepcja renderingu ciąg dalszy. Oświetlenie modelu. Rodzaje światła: rozproszone (dyfuzyjne) otoczenia, światło kierunkowe (stożkowe), światło odległe (równoległe). Praktyczne różnice między różnymi typami oświetlenia. Rzucanie cienia. Algorytmy obliczania renderingu z oświetleniem: metoda śledzenia promieni (prosta i odwrotna), metoda obliczenia globalnego rozkładu oświetlenia ( radiosity ). Przykłady i pokazy końcowego renderingu w AutoCADzie. Perspektywy rozwoju technik modelowania przestrzennego 1 (algorytmy shaders itp.). Test wiedzy. Suma godzin 15 La1 La La3 La La5 Forma zajęć - laboratorium Wprowadzenie do trójwymiarowych funkcji AutoCADa. Tworzenie brył prymitywnych i uprzestrzennianie obiektów dwuwymiarowych. Zmiana punktu obserwacji. Orbita obserwacyjna. Modyfikacje położenia obiektów. Korzystanie z kartezjańskiego i cylindrycznego układu współrzędnych. Odczytywanie położenia. Tworzenie nowych układów współrzędnych przez obroty wokół jednej z osi, przez translacje. przez określenie położenia osi X i płaszczyzny X-Y. Proste zadanie projektowe kończące laboratorium. Stworzenie geometrii 3D i wizualizacja tego układu. Korzystanie z modelu krawędziowego wizualizacji, modelu cieniowanego i wygładzonego. Obserwacja różnicy między algorytmem Phonga i Gouraud. Triangulacja z różnymi stopniami rozdzielczości trójkątów. Proste zadanie projektowe kończące laboratorium. Operacje boolowskie dla brył: wykonanie sumy, różnicy, iloczynu brył. Boolowskie operacje zagnieżdżone. Różne drogi dojścia do tego samego efektu końcowego. Proste zadanie projektowe kończące laboratorium. Korzystanie z powierzchni wektorowych i powierzchni B-sklejanych. Tworzenie geometrii 3D z tych obiektów. Zarządzanie dokładnością odwzorowania powierzchni krzywoliniowych (dokładność odwzorowania krzywizny). Modyfikacje powierzchni. Proste zadanie projektowe kończące laboratorium. Własności fizyczne powierzchni obiektu 3D: reflektancja, transmitancja, barwa, chropowatość (oraz mapa uderzeń), przezroczystość (wsp. załamania światła) itp. Teksturowanie powierzchni obiektu w celu zwiększenia realizmu. Osiągnięcie efektu Liczba godzin
soczewkowego. Ocena realizmu. Proste zadanie projektowe kończące laboratorium. La6 Ustawienie widoku dla układu obiektów 3D. Widok izometryczny. Widok perspektywiczny. Ustalanie parametrów obiektywu dla widoku perspektywicznego (ogniskowa, kąt widzenia, położenie, kierunek). Wykonanie renderingu. Ocena wyników. Proste zadanie projektowe kończące laboratorium. La7 Wprowadzenie do sceny oświetlenia: światło rozproszone (dyfuzyjne) otoczenia, światło kierunkowe (stożkowe), światło odległe (równoległe). Praktyczne różnice między różnymi typami oświetlenia. Rzucanie cienia. Znaczenie położenia ustawienia świateł. Ocena wizualna wyników. Proste zadanie projektowe kończące laboratorium. La8 Całościowe zadanie projektowe. Suma godzin 30 STOSOWANE NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE N1. Wykład tradycyjny z multimedialnymi prezentacjami. N. Pokazy programu AutoCAD na wykładzie. N3. Tworzenie projektów 3D w AutoCADzie na żywo na wykładzie. N. e-materiały do wykładu i laboratorium umieszczone w Internecie. N5. Zadania projektowe do samodzielnego wykonania na laboratorium. N6. Wspólnie na laboratorium wykonywanie poszczególnych elementów/etapów projektu 3D. N7. Konsultacje i kontakt pocztą elektroniczną. N8. Praca własna studenta przygotowanie do całościowego projektu 3D. OCENA OSIĄGNIĘCIA PRZEDMIOTOWYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA Oceny (F formująca (w trakcie semestru), P podsumowująca (na koniec semestru) P F1 F F3 Numer efektu kształcenia PEK_U01 PEK_U0 PEK_U01 PEK_U0 PEK_W01 PEK_W08 Sposób oceny osiągnięcia efektu kształcenia Ocena punktowa z zadania kończącego laboratoria. Ocena punktowa z całościowego zadania projektowego. Wynik testu wiedzy. Suma wszystkich uzyskanych punktów. 5
LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA LITERATURA PODSTAWOWA: [1] B.Radojewska e-materiały do wykładu i laboratoriów, 01. [] T. Bogaczyk, T. Romaszkiewicz-Białas Trzynaście wykładów z geometrii wykreślnej Wydawnictwo PWr, 010 [3] A.Pikoń AutoCAD Helion 01. [] A.Pikoń Ćwiczenia w AutoCADzie Helion 01. [5] James D. Foley, Andries van Dam, Steven K. Feiner, John F. Hughes, Richard L. Phillips, Wprowadzenie do grafiki komputerowej, WNT, 001. [6] Tomas Akenine-Moller, Eric Haines, Naty Hoffman, "Real-Time Rendering", AKPeters, 008. LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA: [1] Dokumentacja techniczna zainstalowanego oprogramowania (plik pomocy). [] Tutoriale nt. AutoCADa w Internecie. [3] Fletcher Dunn, Ian Parberry, "3D Math Primer for Graphics Development", Wordware Publishing Inc., 00. [] Eric Lengyel, "Mathematics for 3D Programming and Computer Graphics", Course Technology, 01. [5] Ian Millington, "Game Physics Engine Development", Elsevier (Morgan Kaufmann Publishers), 010. OPIEKUN PRZEDMIOTU (IMIĘ, NAZWISKO, ADRES E-MAIL) Beata Radojewska beata.radojewska@pwr.wroc.pl 6
MACIERZ POWIĄZANIA EFEKTÓW KSZTAŁCENIA DLA PRZEDMIOTU AutoCAD modelowanie 3D Z EFEKTAMI KSZTAŁCENIA NA KIERUNKU OPTYKA I SPECJALNOŚCI (wszystkie). Przedmiotowy efekt kształcenia Odniesienie przedmiotowego efektu do efektów kształcenia zdefiniowanych dla kierunku studiów i specjalności (o ile dotyczy)** Cele przedmiotu*** Treści programowe*** Numer narzędzia dydaktycznego*** (wiedza) PEK_W01 PEK_W0 PEK_W03 PEK_W0 PEK_W05 PEK_W06 PEK_W07 PEK_W08 K1OPT_W01, K1OPT_W03, K1OPT_W05, K1OPT_W17, K1OPT_U03 K1OPT_W05, K1OPT_W17, K1OPT_U06 K1OPT_W17, K1OPT_U0, K1OPT_W17, K1OPT_U0, K1OPT_W17, K1OPT_U0, K1OPT_W17, K1OPT_U0, K1OPT_W17, K1OPT_U0, K1OPT_W17, K1OPT_U0, C1, C Wy1 Wy8 N1 - N8 C1, C Wy1 Wy7 C1, C Wy1 C1, C PEK_W09 K1OPT_W01, K1OPT_K01 C5 (umiejętności) PEK_U01 PEK_U0 PEK_U03, K1OPT_U07, K1OPT_U07, K1OPT_U07 Wy1, Wy3, Wy C1, C Wy5 C1, C Wy6 C1, C Wy7 C1, C Wy, Wy7 C1 C C1 C C1 C Wy1 Wy8, La8 PEK_U0 K1OPT_U01 C5 La7, La8 (kompetencje) PEK_K01 K1 OPT _K0 C1 C5 PEK_K0 K1 OPT _K0 C1 C5 PEK_K03 K1 OPT _K0 C1 C5 PEK_K0 K1 OPT _K01 C1 C5 PEK_K05 K1 OPT _K01 C1 C5 N1, N8
PEK_K06 K1 OPT _K05 C1 C5 PEK_K07 K1 OPT _K06 C1 C5 PEK_K08 - C1 C5 PEK_K09 K1 OPT _K03 C1 C5 PEK_K10 - C1 C5 PEK_K11 - C1 C5 PEK_K1 K1 OPT _K03 C1 C5 PEK_K13 - C1 C5 PEK_K1 K1 OPT _K05 C1 C5 PEK_K15 K1 OPT _K0 C1 C5 PEK_K16 K1 OPT _K03 C1 C5 PEK_K17 K1 OPT _K03 C1 C5 PEK_K18 - C1 C5 ** - wpisać symbole kierunkowych/specjalnościowych efektów kształcenia *** - z tabeli powyżej