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

6

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.