Grafika komputerowa

Moduł prowadzony jest na czwartym semestrze studiów inżynierskich na kierunku "informatyka" EF-ZI-2(04)

Treści kształcenia

- Charakterystyka przedmiotu, omówienie warunków zaliczenia, literatury i narzędzi programowych, wprowadzenie do grafiki komputerowej, prezentacja przykładowych projektów.

- Urządzenia graficzne. Pojęcia pixela i bufora obrazu. Algorytm rysowania linii i wypełniania wzorcem. Maszyna stanu. Model obserwatora i kamery. Podstawowe techniki dyskretne.

- Wprowadzenie do geometrii analitycznej. Projekcje przestrzeni 3D. Macierze, działania macierzowe. Model wierzchołek - krawędź - ścian. Struktury danych graficznych modeli. Wprowadzenie do OpenGL. Trójwymiarowe obiekty elementarne, wypukłe i wklęsłe wielokąty. Notacja macierzowa obiektów graficznych. Przykłady

- Modelowanie krzywych i powierzchni zdefiniowanych parametrycznie: typy helikalne, rotoidalne i spiralne. Kwadrygi. Implementacja komputerowa w standardzie OpenGL.

- Krzywe i powierzchnie nieparametryczne: wielomiany Hermite’a i Beziera. Krzywe i powierzchnie B-sklejane oraz NURBS różnych typów. Siatki trójkątne. Kolorowanie i cieniowanie powierzchni. Algorytmy zagęszczania siatek

- Przestrzeń wektorowa, transformacje jednorodne (translacja, rotacja, skalowanie), składanie przekształceń, ortogonalizacja. Przekształcenia zniekształcające. Pojęcie układu lokalnego i globalnego. Definicje kątów Eulera i RPY. Implementacja przekształceń jednorodnych w standardzie OpenGL. Analiza wybranych ciągów transformacji (przykłady). Podstawy animacji.

- Pojęcie obserwatora: układ wzrokowy człowieka, kamera, definiowanie ostrosłupa widzenia. Rzutowanie: rzut równoległy i perspektywiczny, relacje odległości, rzutowanie w układzie obserwatora, transformacje ekranowe, definiowanie okna. Obserwator dynamiczny. Odbicia lustrzane. Transformacje odwrotne. Prezentacja przykładów dotyczących technik obserwacji sceny.

- Podstawowe prawa teorii barw: standard CIE, modele RGB, HSV, CMYK, YUV. Paleta barw. Metody zwiększania liczby kolorów: halftoning, dithering, metody pochodne. Proste metody cieniowania obiektów. Przykłady technik kolorowania obiektów. Konwersja modeli barw. Mgła.

- Modelowanie oświetlenia, i cieniowania powierzchni przedmiotów: punktowe, liniowe i powierzchniowe źródła światła, cieniowanie powierzchni metodą Gourauda i Phonga, algorytm śledzenia promieni. Graficzne własności materiałów, mieszanie kolorów, przeźroczystość. Generowanie zjawisk atmosferycznych. Dym, chmury, ogień. Przykłady

- Pojęcie tekstury, mapowania środowiskowego, buforów obrazu i akumulacji. Przygotowanie tekstury. Sposoby przechowywania tekstury w plikach graficznych. Pojęcie przeźroczystości. Odczyt bitmap z plików DIB, BMP, PCX, JPEG. Metody teksturowania obiektów. Teksturowanie bezpośrednie i parametryczne. Współrzędne tekstury. Wybór parametryzacji. Mapowanie środowiskowe. Rozdaje mapowania. Atrybuty tekstury. Filtracja geometrii tekstury. Zjawisko aliasingu. Ciągi skalowanych tekstur – problem dokładności odwzorowania szczegółów.

- Metody teksturowania obiektów. Modelowanie wypukłości- algorytmy elementarne i złożone. Automatyczne definiowanie chropowatości powierzchni. Generowanie wysokości powierzchni na podstawie zdjęć – mapy terenu. Przykłady

- Relacja podłoże-tekstura. Przeźroczystość, kanał alfa. Formy przeźroczystości jako techniki mieszania barw. Bezpośrednie operacje na buforze obrazu. Wykorzystanie operacji logicznych. Napisy rastrowe. Pojecie fontu. Tworzenie tablicy znaków. Sposoby wyświetlania znaków. Przekształcenia znaków. Przykłady. Podstawy animacji. Podsumowanie wykładów.

Literatura wykorzystywana podczas zajęć wykładowych

R. Leniowski - Grafika komputerowa - manuskrypt. - 2008

M. Jankowski - Elementy grafiki komputerowej - WNT. - 1990

J. D. Foley - Computer Graphics - Prentice hall. - 1996

Literatura wykorzystywana podczas zajęć ćwiczeniowych/laboratoryjnych/innych

R. Wright, N. Haemel - OpenGL ksiega eksperta - Helion. - 2011

Literatura uzupełniająca

P. Kiciak - Podstawy modelowania krzywych i powierzchni - NT. - 2000