Detail předmětu

Vizualizace dat

FSI-SVD-AAk. rok: 2023/2024

Data, se kterými se v praxi setkáváme, mohou být v různých reprezentacích, například dány jako 3D souřadnice, předpisem funkce nebo dvojdimenzionální řezy. Vizualizace dat je předmět určený ke studiu algoritmů a principů zobrazování různých druhů těchto prostorových dat. 

V první části se studenti seznámí s aproximačními a interpolačními reprezentacemi dat pomocí matematických funkcí. Druhá a třetí část je věnována zobrazovacím algoritmům pro modelování těles a objemové reprezentaci těles. Poslední část se věnuje promítání, nastavení světla, viditelnosti, určení stínů a pokrytí texturou  a následujícím globálním zobrazovacím metodám (např. ray-tracing) a vizualizaci objemových dat (tzv. volumetric rendering).

Pro algoritmizaci a programování bude použit jazyk Python nebo prostředí Matlab. 

 

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

4

Garant předmětu

Mgr. Jana Procházková, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav matematiky (ÚM)

Vstupní znalosti

Základní programovací techniky a jejich implementace v jazyce Python. 

Prostředí softwaru Matlab.

Základní algoritmy rovinné a prostorové grafiky (barevné systémy, promítání, konstrukce křivek a ploch)

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Zápočet se uděluje na základě zpracování a prezentace semestrálního projektu.


Chybějící účast na výuce lze nahradit zpracováním chybějícího tématu jako domácího úkolu.

Učební cíle

Studenti se ve své budoucí kariéře mohou setkat s různými druhy dat a potřebou je správně vizualizovat. Předmět pokrývá většinu možných zobrazovacích metod použitelných pro různé druhy vstupních dat. Absolventi tohoto předmětu budou mít ucelený přehled a také se seznámí s algoritmizací vybraných řešení.


Student bude mít přehled o různých typech dat a možnostech jejich reprezentace.

Student bude schopen vizualizovat různé typy prostorových dat.

Student se seznámí i s nastavením parametrů pro vizualizace jako světlo, viditelnost, stíny nebo mapování textur.

 

Základní literatura

Chen, C, Hardle, W., Unwin, A.: Handbook of Data Visualization, Springer-Verlag. 2008
Martišek, K.: Adaptive filters for 2-D and 3-D Digital Images Processing, FME BUT Brno, 2012
Wilke, C.O: Fundamentals of Data Visualization, O’Reilly Media, 2019

Doporučená literatura

Martišek, D.: Matematické principy grafických systémů, Littera, Brno 2002

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-MAI-A magisterský navazující 2 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Mgr. Jana Procházková, Ph.D.

Osnova

Výuka je členěna do čtyř tématických bloků, které se týkají vizualizace dat. 

1. Křivky a plochy ve 2D, 3D (B-spline, NURBS, implicitní plochy, subdivision surface)

2. Modelování těles (trojúhelníková a hraniční reprezentace)

3. Objemová reprezentace těles (voxel, digitální topologie, převod izoploch)

4. Zobrazování prostorových dat

- základní vlastnosti promítání, světlo, viditelnost, stíny, textury

- globální zobrazovací metody - ray tracing

- vizualizace objemových dat - volumetric rendering

 

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Mgr. Jana Procházková, Ph.D.

Osnova

Cvičení navazují na přednášky a slouží k pochopení algoritmů vhodných pro různé druhy zobrazení prostorových dat. Dále jsou vybrané algoritmy implementovány v Pythonu nebo v prostředí Matlab. Každé oblasti jsou věnovány 2-3 týdny výuky. 

1. Křivky a plochy ve 2D, 3D

- Bézierovy křivky a plochy (algoritmus de Casteljau), B-spline, NURBS (algoritmus de Boor)

- funkce dané implicitně a jejich zobrazení

- subdivision surface

2. Modelování těles (trojúhelníková a hraniční reprezentace)

3. Objemová reprezentace těles 

4. Zobrazování prostorových dat

- základní vlastnosti promítání, světlo, viditelnost, stíny, textury

- globální zobrazovací metody - ray tracing

- vizualizace objemových dat - volumetric rendering (skládání snímků do výsledného 3D modelu)

Příprava a konzultace semestrální práce

Účast na cvičení je povinná.