1/1 Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki, Rok akademicki: 2009/2010 Nazwa przedmiotu: Kierunek: Specjalność: Tryb studiów: GRAFIKA KOMPUTEROWA INFORMATYKA Kod/nr GK PRZEDMIOT OBOWIĄZKOWY DLA WSZYSTKICH STUDENTÓW STANCJONARNE PIERWSZEGO STOPNIA Rodzaj przedmiotu: KIERUNKOWY Liczba pkt ECTS 3 (sem. 5), 3 (sem. 6) Instytut/ Katedra: INFORMATYKI Semestr: V i VI Prowadzący przedmiot: prof. dr hab. Konrad Wojciechowski Prowadzący zajęcia: Liczba godzin Wykład: prof. dr hab. Konrad Wojciechowski Ćwiczenia: Laboratorium: dr inŝ. Jarosław Flak mgr inŝ. Krzysztof Skoroniak mgr inŝ. Andrzej Zacher mgr inŝ. Wojciech Borczyk dr inŝ. Agnieszka Szczęsna dr Ewa Lach mgr inŝ. Kamil Urbanek mgr inŝ. Jakub Grudziński mgr inŝ. Adrian Dębowski mgr inŝ. Robert Mikuszewski dr inŝ. Michał Kawulok Projekt: Seminarium: Wykład: 30h (sem. 5) Ćwiczenia: Laboratorium: 30h (sem. 6) Projekt: Seminarium:
2/1 Powiązanie ze standardami i cel kształcenia Celem przedmiotu jest przedstawienie podstaw teoretycznych i wynikających z nich algorytmów grafiki komputerowej 3D oraz wybranych zagadnień grafiki komputerowej 2D jak równieŝ dostarczenie niezbędnego doświadczenia praktycznego nabytego w wyniku implementacji algorytmów w ramach ćwiczeń laboratoryjnych. Wykład umoŝliwi studentom nawiązanie kontaktu z nowoczesnymi rozwiązaniami w zakresie fotorealistycznej grafiki 3D przedstawianymi w światowej literaturze przedmiotu, tworzenie własnych rozwiązań w ramach projektów jak równieŝ zrozumienie podstawowych uwarunkowań współczesnej animacji komputerowej. Przedmioty wprowadzające oraz wymagania wstępne Umiejętność programowania i podstawowa znajomość algebry i geometrii. Wykłady wprowadzające: Programowanie Komputerów, Analiza Matematyczna i Algebra Liniowa
3/1 Treść wykładów: Podstawy matematyczne: przestrzeń wektorowa, Hilberta i afiniczna. Ramka, reprezentacja wektora i punktu. Reprezentacja we współrzędnych jednorodnych. Przekształcenia reprezentacji wynikające z wyboru ramki. Struktura macierzy przekształcenia. Przykładowe macierze dla translacji, rotacji, skalowania ramki. Parametryzacja orientacji, kąty Eulera, oś kąt, kwaterniony. Rachunek kwaternionów, interpolacja pomiędzy kwaternionami, krzywe kwaternionowe. ZaleŜności pomiędzy parametryzacjami. Modelowanie geometryczne objętościowe i powierzchniowe. Krzywe i powierzchnie parametryczne. Ciągłość analityczna a geometryczna. Krzywe Beziera, B-sklejane, NURBS. Definicje, podstawowe własności, wyznaczanie punktu na krzywej, krotność węzła, wagi punktów kontrolnych. Powierzchnie parametryczne tworzone na podstawie krzywych parametrycznych. Parametryzacja płata powierzchni a teksturowanie. Sklejanie płatów powierzchni. Rzutowanie przestrzeni 3D na 2D. Typy rzutowania. Macierz rzutowania perspektywicznego. Objętość/ostrosłup widzenia. Klasyczne przycinanie do ostrosłupa widzenia. Przycinanie we współrzędnych jednorodnych. Algorytmy przesłaniania. Algorytmy rasteryzacji. Teksturowanie podstawowe pojęcia oraz zastosowania tekstur, tekstury 2D i 3D, tekstury proceduralne. Modelowanie oświetlenia z wykorzystaniem reprezentacji RGB. Składowe oświetlenia, heurystyka podejścia. Techniki Gouraud'a i Phonga, Modelowanie oświetlenia z uwzględnieniem fizyki. Radiometria i jej jednostki. BRDF i BSSRDF równanie renderingu w wersjach z całkowanie po kącie bryłowym i po powierzchni sceny. Techniki rozwiązywania równania renderingu. Metoda Monte Carlo i jej wersje zmniejszające wariancję estymaty. Mapowanie barwy do współrzędnych RGB. Mapy fotonowe. Metoda bilansu energetycznego. Urządzenia zewnętrzne stosowane w systemach grafiki komputerowej, podstawowe urządzenia wejściowe, urządzenia wyjściowe do tworzenia stałej kopii, urządzenia wyświetlające obraz, sposoby przechowywania oraz wyświetlania obrazu. Modelowanie koloru stosowane w grafice komputerowej: RGB, CMY, CMYK, HSV, HLS, Yuv, YCbCr.
4/1 Treść/Tematy Laboratorium (sem. 6) Ćwiczenia laboratoryjne mają na celu zaszczepienie studentowi praktycznych umiejętności tworzenia prostych aplikacji graficznych. W ten sposób studenci mają moŝliwość sprawdzenia w praktyce wiedzy zdobytej podczas wykładu z przedmiotu Grafika Komputerowa. Wykaz ćwiczeń: Algorytmy rastrowe Clipping i windowing Przekształcenia afiniczne i reprezentacja obiektów Eliminacja niewidocznych powierzchni Modele oświetlenia Raytracing Krzywe i powierzchnie parametryczne Animacja komputerowa Techniki animacji szkieletowej Wykrywanie kolizji Efekty cząsteczkowe Programy wierzchołków i pikseli Metody dydaktyczne Wykład uzupełniany jest slajdami oraz materiałami drukowanymi lub w postaci elektronicznej. Podczas laboratorium samodzielna praca studentów przy komputerze nad przykładowymi programami przedstawionymi przez prowadzącego. Forma egzaminu/zaliczenia przedmiotu Sem. 6: 1. Zaliczenie z laboratorium uzyskuje się na podstawie ocen z poszczególnych laboratoriów. Ocena jest zaokrągloną średnią wszystkich ocen z ćwiczeń laboratoryjnych. 2. Egzamin po semestrze 6 jest w formie pisemnej. Ocena z egzaminu to średnia z wszystkich ocen uzyskanych na egzaminie. 3. Ocena końcowa jest średnią z oceny z egzaminu i laboratorium. Minimalne wymagania do egzaminu /zaliczenia Umiejętność praktycznego wykorzystania wiedzy zdobytej na wykładzie do implementacji wybranych algorytmów grafiki komputerowej. Egzamin (po sem. 6) - Znajomość pojęć związanych z grafiką komputerową przedstawionych na laboratorium i wykładzie.
5/1 Literatura (podstawowa i specjalistyczna) Foley James D., Dam Andries, Hughes John, Phillips Richard: Wprowadzenie do grafiki komputerowej. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2001. Michał Jankowski: Elementy grafiki komputerowej. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2006. Jan Zabrodzki i inni: Grafika komputerowa, metody i narzędzia. Wydawnictwa Naukowo- Techniczne, 1994. Materiały do laboratorium Grafika komputerowa, http://grafika.aei.polsl.pl/. (data i podpis prowadzącego) Zatwierdzono: (data i podpis Dyrektora Instytutu/Kierownika Katedry)