Компьютерная графика

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600–“ ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА” по специальности 220400 “ Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем ”.

Санкт-Петербург 2001

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” “УТВЕРЖДАЮ” Проректор по учебной работе проф. ___________ Ушаков В.Н. “_____”_______________2001 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 – “ ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА” по специальности 220400 -“ Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем”. Факультет компьютерных технологий и информатики Кафедра математического обеспечения и применения ЭВМ Курс – 4 Семестр – 8 Лекции Лабораторные занятия Курсовое проектирование

45 ч. 15 ч. 15 ч.

Аудиторные занятия Самостоятельные занятия Всего часов

75 ч. 70 ч. 145 ч.

Экзамен

8 семестр

Зачет

8 семестр

Санкт-Петербург 2001

2

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры математического обеспечения и применения ЭВМ “____”_______________2001 г., протокол №______. Рабочая программа составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом по направлению 654600 – “ ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА” по специальности 220400 -“ Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем”. Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин: 1) Математика 2) Объектно-ориентированное программирование

Рабочая программа одобрена методической комиссией Факультета компьютерных технологий и информатики “____”_____________2001г.

3

Цель и задачи дисциплины: Цели дисциплины Целью дисциплины “ КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА ” является изучение и освоение базовых понятий, методов и алгоритмов, применяемых при разработке компьютерной графики. Дисциплина является одной из основных для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 – “ ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА” по специальности 220400 -“ Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем”. Задачи дисциплины • Сформировать взгляд на компьютерную графику как на систематическую научно-практическую деятельность, носящую как теоретический, так и прикладной характер. • Сформировать базовые теоретические понятия, лежащие в основе компьютерной графики, освоить особенности восприятия растровых изображений, методы квантования и дискретизации изображений. • Дать представление структуре программного обеспечения и реализации алгоритмов компьютерной графики • Дать представление о методах геометрического моделирования, моделях графических данных. • Научить использованию алгоритмов и методов компьютерной графики при проектировании пользовательских интерфейсов программных систем. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины студенты должны 1. Знать - математические основы компьютерной графики и геометрического моделирования; - методы и формы визуального представления информации, - особенности восприятия изображений - системы кодирования и операции над цветом изображения, - алгоритмы растрирования и геометрические преобразования; 2. Уметь - на практике создавать геометрические модели объектов,

4

- работать с графическими библиотеками при программировании на языках высокого уровня 3. Иметь представление – о методах геометрического моделирования, моделях графических данных, – о технических средствах компьютерной графики. Содержание рабочей программы Введение. История развития компьютерной графики. Визуальное представление информации. Знаковая, координатная и видео информация. Анализ, синтез и обработка изображений. Геометрическое моделирование и геометрические абстракции. Виртуальная реальность. 1. Математические основы компьютерной графики Ортогональные системы координат. Понятие точки, линии, поверхности. Многомерные пространства и проекции. Классические Платоновы тела. Симметрия многогранников. Аффинная и проективная геометрия. 2. Основы геометрического моделирования Графические примитивы. Языки описания графических объектов. Вычислительная геометрия на плоскости. Описание кривых и поверхностей. Аппроксимация кривых. Полиномы Эрмита и Безье. Сплайны. Введение в конструктивную геометрию (CSG). 3. Растровая графика и виртуальные поверхности отображения Особенности восприятия растровых изображений. Яркость и контраст. Критическая частота мелькания. Системы кодирования цвета. Геометрические особенности зрительного восприятия. Дискретизация и квантование. Устройства ввода изображения. Дисплеи. Качество изображения. Виртуальные поверхности отображения. Кадровый буфер и таблицы цветности. Методы развертки изображения. Печатающие устройства. Полиграфический растр. Особенности передачи цвета.

5

Графические контроллеры. Графические процессоры. Видео карты в персональном компьютере. 4. Алгоритмы растровой графики Растровая развертка – способ генерации изображения. Особенности преобразования вектор-растр. Генерация векторов. Генерация дуг окружности и эллипса. Алгоритмы заполнения площади. 5. 2D-графика и геометрические методы Двумерные преобразования. Однородные координаты и матричное представление двумерных преобразований. Композиция двумерных преобразований. Вопросы эффективности. Двумерные отсечения. Фракталы. 6. Графические объекты и структуры Графические библиотеки в языках программирования. Международный графический стандарт PHIGS. Структуры и фильтры атрибутов в PHIGS. GDI-графика. Контекст отображения. Основные элементы компьютерного рисования (перья, кисти, шрифты, битовые изображения). Цвет и цветовые палитры. Методы закраски и текстуры. 7. Пользовательский интерфейс Устройства графического ввода. Виртуальные устройства ввода. Устройства графического вывода. Режимы ввода. Графический пользовательский интерфейс (GUI). Окна и парадигма рабочего стола. Деловая графика. Визуальный графический интерфейс (VUI) Тема 8. Области применения компьютерной графики Носители графической информации. Мультимедиа и гипермедиа. Визуализация данных. Обучающие системы. Издательские системы. Заключение Проблемы и перспективы развития компьютерной графики.

6

Перечень лабораторных работ №

Наименование работы

1

Знакомство с графическим стандартом в среде Windows

2-4

7

Освоение работы с графической библиотекой в среде WINDOWS (Visual С++) - Функций рисования графических изображений (GDI) в различных режимах фона и с использованием различных растровых операций. - Отображении фигур с изменением атрибутов. - Вывод шрифтов - Работа с битовыми образами (GDI) – BitBlt(). Кривые и поверхности. Аппроксимация кривых. Полиномы Эрмита и Безье. В-сплайны Создание и манипулирование базовыми графическими объектами Фракталы

8

Геометрические преобразования графических объектов

5 6

Номер темы 1 2,3

2, 3 4 5 5,6

7

Перечень аудиторных занятий по курсовому проектированию* № 1 2 3 4 5 6 7 8

Наименование темы занятия

Номер темы программы 1 Системы координат. Аффинная и проективная геометрия. Вычислительная геометрия на плоскости. Описание кривых 2 и поверхностей. Аппроксимация кривых. Полиномы Эрмита и Безье. Сплайны. Конструктивная 3 геометрия. 4 Растровые изображения. Яркость и контраст. Генерация векторов. Генерация дуг окружности и эллипса. 4, 5 Алгоритмы заполнения площади Композиция двумерных преобразований. Вопросы 5,6 эффективности. Двумерные отсечения.. Фракталы 6 Цвет и цветовые палитры. Методы закраски и текстуры. 7

*Примечание. Для подготовки к выполнению индивидуальных заданий по курсовой работе, имеющейся в учебном плане, требуется тщательная подготовка и проработка как всех тем лабораторных работ, так и общих (для всех студентов) вопросов, связанных с содержанием и технологией выполнения курсовой работы. Для этих целей используются аудиторные часы, отведенные в учебном плане под курсовую работу. Фактически их использование в виде массовых аудиторных (“практических”) занятий обеспечивает содержательную и технологическую базу (вплоть до фрагментов прототипов) для выполнения индивидуальных заданий по курсовой работе. Далее индивидуальные задания выполняются в режиме самостоятельной работы (в основном с использованием ПЭВМ) и поддерживаются индивидуальными консультациями.

Цели и содержание курсовой работы и его ориентировочная трудоемкость Цель курсовой работы: Законченное поэтапное решение содержательной задачи (постановка задачи, спецификация, выбор структур данных и разработка алгоритма, программная реализация, тестирование). Типы заданий содержательно ориентированы на разработку и реализацию алгоритмов и программ, предназначенных для использования в компьютерной графике. Ориентировочная трудоемкость - 15 часов самостоятельной работы и консультаций с преподавателем.

8

Расчет учебных часов по видам занятий № тем ы

Название разделов (частей) и тем

Лекции

Лабор. занятия

Аудит. занятия

Самост. работа

Всего

Сем естр

1

8

Введение

1

1

1

Математические основы компьютерной графики

6

6

6

12

8

2

Основы геометрического моделирования

8

8

6

14

8

3

Растровая графика и виртуальные поверхности отображения Алгоритмы растровой графики

4

2

6

6

12

8

6

6

12

12

24

8

5

2D-графика и геометрические методы

4

4

4

8

6

Графические объекты и структуры Пользовательский интерфейс Графические коммуникации Заключение

6

4

10

10

8

4

3

7

17

8

4

7 8

Курсовое проектирование ИТОГО:

10

4

4

4

8

2

2

2

8

45 145

8

45

15

15 75

30 70

9

ЛИТЕРАТУРА Основная Л

№

Кп

(р)

Название, библиографическое описание

1.* Гилой В. Интерактивная машинная графика: Структуры данных Пер. с англ.-М.:Мир.1981.-384 с.ил.

9

9

2.* Л.Аммерал. Машинная графика на персональных компьютерах. Пер. с англ.-М.:"Сол Систем", 1992.

9

9

3.* Л.Аммирал. Принципы программирования в машинной графике. Пер.с англ.-М.: "Сол Систем" , 1992.

9

4.* Л.Аммирал. Программирование графики на Турбо Си. Пер.с англ. М.:"Сол Систем", 1992..

9

5.* Фоли Дж..Ван Дэм А.Основы интерактивной машинной графики. в 2 книгах., Том 1-2,-М.:Мир. 1985

9

6

Белов А.А., А.Ю.Первицкий. Графические диалоговые системы : Учеб. пособие/, ЛЭТИ им. В.И.Ульянова (Ленина). -Л.: ЛЭТИ, 1987.

9

Белов А.А., А.Ю.Первицкий. Аппаратнопрограммные средства интерактивных графических систем: Учебное пособие/ ЛЭТИ им.В.И.Ульянова(Ленина). - 1991

9

7

К-во экз. в библ. (на кафедре) 13

Уч 1 Ф2

9

Уч 0 Ф3

9

Уч 2 Ф3

9

Т1:89

Гриф

МВ и ССО СССР

Ком. по ВШ Мин. науки Ком. по ВШ Мин. науки

Ком. по ВШ Мин. науки МВ и ССО СССР

Т2:91 9

Уч 75 Ф5

9

Уч 64 Ф5

* Примечание. Книги, указанные в пп.1-5, являются переводами с английского (по этой причине формально не являются учебными пособиями), имеют учебный характер, написаны авторитетными специалистами в данной области и соответствуют по содержанию общей направленности данной дисциплины.

10

Дополнительная Название, библиографическое описание 8.

Энджел Й. Практическое введение в машинную графику.- М.: Радио и связь,1984. 9 Е.В.Шишкин, А.В.Боресков. Компьютерная графика. Динамика реалистического изображения. - 1995 9. Прэтт У. Цифровая обработка изображений. Пер. с англ.-М.::Мир,1982. 12. А.В.Фролов, Г.В. Фролов. Графический интерфейс GDI в MS WINDOWS. – М. Диалог-МИФИ, 1994 13. М.Минаси. Графический интерфейс пользователя. Секреты проектирования. – М. Мир. 1996

К-во экз. в библ. (на кафедре)

33 Уч 0 Ф2 1 Уч 0 Ф2 Уч 0 Ф0

11

Авторы: к.т.н., доцент Ст. преподаватель

А.Ю.Первицкий Т.В.Герасимова

Рецензент Ктн., доцент

Ю.Т.Лячек

Зав. кафедрой Математического обеспечения и применения ЭВМ Д.т.н., профессор

А.Р.Лисс

Декан факультета Компьютерных технологий и информатики Д.т.н., профессор

И.В.Герасимов

Зав. отделом учебной литературы

О.Н.Смирнова

Председатель методической комиссии факультета Компьютерных технологий и информатики к.т.н., доцент

Л.А.Чугунов

Руководитель методического отдела, к.т.н., доцент

Л.А.Марасина

12