Detail předmětu

Základy počítačové grafiky

FIT-IZGAk. rok: 2021/2022

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, NURBS), ořezávání polygonů, vyplňování vektorových i rastrových uzavřených oblastí. Metody a algoritmy pro: transformaci objektů ve 2D a 3D, řešení viditelnosti, osvětlení, stínování, texturování. Základní principy metod fotorealistického zobrazení 3D scén. Metody geometrické reprezentace 3D objektů. Problematiku vzniku aliasu a metody jeho odstranění.

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.
  • 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.
  • Porozumí principům vzniku aliasu a metodám antialiasingu.
  • Studenti porozumí základním principům a použití hlavních grafických rozhraní.
  • 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

  • Je nezbytné mít základní znalosti programování v jazyku C.

Způsob a kritéria hodnocení

  • Projekt - 20 bodů.
  • Plnění úkolů na cvičeních, 6 x 3 bodů - 18 bodů.
  • Půlsemestrální test - 10 bodů.
  • Závěrečná písemná zkouška - 52 bodů.
  • Minimum pro závěrečnou písemku je 20 bodů.
  • Hranice pro úspěšné absolvování předmětu podle pravidel ECTS - 50 bodů.

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

  • Bodovaný projekt studenti odevzdávají elektronicky prostřednictvím informačního systému a je hodnocen na konci semestru.
  • Počítačová cvičení jsou hodnocena v jejich průběhu.
  • Písemná půlsemestrální a závěrečná písemka.
  • V odůvodněných případech lze cvičení nahradit v jiném, než zapsaném termínu a půlsemestrální zkoušku rozšířením závěrečné zkoušky.

Základní literatura

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

Doporučená literatura

Course slides and lecture recordings (EN)
Gomes J., et al., Computer Graphics: Theory and Practice, CRC Press, 2012.
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
Materiály k přednáškám a video záznamy přednášek (CS)
Sellers, G., et al., OpenGL Superbible: Comprehensive Tutorial and Reference, 7th Edition, 2015.
Watt, Alan H., 3D Computer Graphics, 3rd Edition, Addison-Wesley, 1999. 

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-BC-3 bakalářský

    obor BIT , 2 ročník, letní semestr, povinný

  • Program BIT bakalářský 2 ročník, letní semestr, povinný
  • Program BAK-MIn bakalářský 2 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Michal Španěl, Ph.D.
Ing. Tomáš Milet, Ph.D.

Osnova

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

Cvičení na počítači

12 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jan Kohút
Ing. Tomáš Polášek
Ing. Michal Vlnas
Ing. Roman Čižmarik
Ing. Milan Munzar
Ing. Tomáš Milet, Ph.D.
Ing. Matej Karas

Osnova

  1. Redukce barevného prostoru.
  2. Generování základních objektů v rastru.
  3. Vyplňování uzavřených objektů ve 2D.
  4. 3D Transformace.
  5. Zobrazování 2D křivek v rastru.
  6. Zobrazování 3D scény a základy OpenGL.

Projekt

14 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Tomáš Milet, Ph.D.

Osnova

Samostatně řešený projekt vztahující se k problematice předmětu.