Detail předmětu

Základy počítačové grafiky

FIT-IZGAk. rok: 2017/2018

Přehled základních principů počítačové grafiky (vektorová, rastrová) a jejich důsledků pro tvorbu reálných grafických aplikací. Specifikace základních operací rovinné (2D) a prostorové (3D) počítačové grafiky. Specifikace principů a použití hlavních grafických rozhraní. Metody a algoritmy pro: rasterizaci úseček, kružnic a křivek (Bezier, B-spline, NURBS), ořezávání polygonů, vyplňování vektorových i rastrových uzavřených oblastí. Metody a algoritmy pro: transformaci objektů ve 2D a 3D, řešení viditelnosti, osvětlení, stínování, texturování. Metody fotorealistického zobrazení 3D scén. Metody geometrické reprezentace 3D objektů. Zpracování obrazu jako vícerozměrného signálu, antialiasing.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

doc. Ing. Michal Španěl, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav počítačové grafiky a multimédií (UPGM)

Výsledky učení předmětu

  • Studenti porozumí základním principům rovinné (2D) a prostorové (3D) počítačové grafiky.
  • Studenti porozumí základním principům a použití hlavních grafických rozhraní.
  • Seznámí se s 2D algoritmy pro rasterizaci a ořezávání objektů a vyplňování oblastí.
  • Seznámí se s 3D algoritmy pro transformace objektů, řešení viditelnosti, osvětlení, stínování a texturování.
  • Seznámí se s metodami pro fotorealistické zobrazení 3D scén.
  • Seznámí se s metodami geometrické reprezentace 3D objektů.
  • Naučí se principům zpracování obrazů jako vícerozměrného signálu a antialiasingu.
  • Naučí se vytvářet grafické aplikace pro zobrazení rastrových i vektorových dat.

  • Student se naučí řešit jednoduché problémy, individuálně i v týmu, formou domácích úkolů.
  • Zdokonalí se v praktickém užívání programátorských a ladících nástrojů jakož i v praktickém užívání programovacího jazyků C/C++.

Prerekvizity

Nejsou žádné prerekvizity.

Způsob a kritéria hodnocení

Pro získání zápočtu a tím pro připuštění ke zkoušce musí student získat celkově nejméně 20 bodů dohromady z projektu, cvičení a půsemestrální písemky. Pokud však bude odhalena nedovolená spolupráce na projektech (plagiátorství), zápočet nebude udělen a dále bude zváženo zahájení disciplinárního řízení.

Osnovy výuky

    Osnova přednášek:
    1. Úvod do současné počítačové grafiky, základní principy zobrazování (rastrový / vektorový).
    2. Barvy a barevné modely. Redukce barevneho prostoru, barevný a monochromatický obraz.
    3. Generování základních objektů v rastru, antialiasing.
    4. Vyplňování uzavřených oblastí.
    5. Ořezání ve 2D.
    6. Transformace ve 2D.
    7. Křivky v počítačové grafice.
    8. Základní principy 2D  grafických API, minimalistické 2D kreslítko.
    9. Reprezentace 3D objektů.
    10. Základy vykreslování 3D scény, 3D transformace a projekce. Řešení viditelnosti 3D objektů.
    11. Lokální osvětlovací modely a spojité stínování ploch. Textury a texturování.
    12. Základy fotorealistického zobrazování, raytracing a radiozita.
    13. Moderní počítačová grafika a principy 3D grafických API, vykreslovací řetězec. Úvod do OpenGL.

    Osnova numerických cvičení:
    1. Úvod do cvičení (knihovna SDL, nástroje, kompilace).
    2. Grafické formáty, redukce barevného prostoru obrazu.
    3. Generování základních objektů v rastru.
    4. Zobrazování 2D spline křivek.
    5. Vyplňování uzavřených objektů ve 2D.
    6. 3D transformace.
    7. Základy OpenGL.

    Osnova ostatní - projekty, práce:
    Samostatně řešený projekt vztahující se k problematice předmětu.

Učební cíle

Získat přehled v oblasti základních principů rovinné (2D) a prostorové (3D) počítačové grafiky. Seznámit se základními algoritmy a metodami tvorby grafického zobrazení vektorových objektů ve 2D a 3D scénách, především: rasterizace 2D objektů; ořezávání a vyplňování 2D oblastí; transformace objektů; řešení viditelnost, osvětlení, stínování a texturování 3D objektů. Seznámit s principem a použitím hlavních 2D a 3D grafických rozhraní. Naučit se získané znalosti implementovat a používat v reálných grafických aplikacích.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

  • Projekt - 18 bodů.
  • Plnění úkolů na cvičeních, 6 x 3 bodů - 18 bodů.
  • Půlsemestrální písemka - 12 bodů.
  • Závěrečná písemná zkouška - 52 bodů.
  • Minimum pro závěrečnou písemku je 20 bodů.
  • Hranice pro úspěšné absolvování předmětu podle pravidel ECTS - 50 bodů.

Základní literatura

Beneš, B., Sochor, J., Felkel, P., Žára, J.: Moderní počítačová grafika, 2. vydání, ComputerPress, 2005 (CS)

Doporučená literatura

Hughes, John F., et al., Computer Graphics: Principles and Practice, Third Edition, Addison-Wesley, 2014
Lengyel, E.: Mathematics for 3D Game Programming and Computer Graphics, Third Edition, 3rd Edition, 2012

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-BC-3 bakalářský

    obor BIT , 2 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Michal Španěl, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod do současné počítačové grafiky, základní principy zobrazování (rastrový / vektorový).
  2. Barvy a barevné modely. Redukce barevneho prostoru, barevný a monochromatický obraz.
  3. Generování základních objektů v rastru, antialiasing.
  4. Vyplňování uzavřených oblastí.
  5. Ořezání ve 2D.
  6. Transformace ve 2D.
  7. Křivky v počítačové grafice.
  8. Základní principy 2D  grafických API, minimalistické 2D kreslítko.
  9. Reprezentace 3D objektů.
  10. Základy vykreslování 3D scény, 3D transformace a projekce. Řešení viditelnosti 3D objektů.
  11. Lokální osvětlovací modely a spojité stínování ploch. Textury a texturování.
  12. Základy fotorealistického zobrazování, raytracing a radiozita.
  13. Moderní počítačová grafika a principy 3D grafických API, vykreslovací řetězec. Úvod do OpenGL.

Cvičení na počítači

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Michal Španěl, Ph.D.

Projekt

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Michal Španěl, Ph.D.