Fakulta informačních technologií VUT v Brně

Detail předmětu

Základy počítačové grafiky

IZG Ak. rok 2019/2020 letní semestr 6 kreditů

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.

Garant předmětu

Zástupce garanta předmětu

Milet Tomáš, Ing. (UPGM FIT VUT)

Jazyk výuky

český

Zakončení

zápočet+zkouška (písemná)

Rozsah

39 hod. přednášky, 12 hod. pc laboratoře, 14 hod. projekty

Bodové hodnocení

52 zkouška, 12 půlsemestrální test, 18 laboratoře, 18 projekty

Zajišťuje ústav

Přednášející

Milet Tomáš, Ing. (UPGM FIT VUT)
Španěl Michal, Ing., Ph.D. (UPGM FIT VUT)

Cvičící

Bobák Petr, Ing. (UPGM FIT VUT)
Brejcha Jan, Ing. (UPGM FIT VUT)
Milet Tomáš, Ing. (UPGM FIT VUT)
Tomešek Jan, Ing. (UPGM FIT VUT)

Získané dovednosti, znalosti a kompetence z 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.
  • Porozumí principům vzniku aliasu a metodám antialiasingu.
  • Naučí se vytvářet grafické aplikace pro zobrazení rastrových i vektorových dat.

Dovednosti, znalosti a kompetence obecné

  • 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++.

Cíle předmětu

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.

Proč je předmět vyučován

S počítačovou grafikou se dnes setkáváme dennodenně od sledování filmů a hraní her (3D modelování, vizualizace) až po grafická uživatelská rozhraní. Grafické vyjádření je totiž velmi efektivní způsob předání informace mezi počítačem a člověkem.
Ať už se počítačové grafice budete věnovat na plno, nebo jen občas budete potřebovat 'něco vykreslit', je důležité pochopit základní principy a metody grafiky z pohledu programátora.
Ano, existuje množství grafických knihoven, které Vám usnadní práci, ale bez těchto základních znalostí s nimi efektivně pracovat nelze.
Přednášky se tak věnují teoretické stránce algoritmů a metod 2D i 3D grafiky (jak to funguje, co je problém, jak to řešit, atd.) a cvičení společně s projektem se věnují praktické implementaci přednášených algoritmů a metod (jak se to dělá, jak se to napíše, atd.).

Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti

  • Je nezbytné mít základní znalosti programování v jazyku C.

Literatura studijní

  • Beneš, B., Sochor, J., Felkel, P., Žára, J.: Moderní počítačová grafika, 2. vydání, ComputerPress, 2005
  • Lengyel, E.: Mathematics for 3D Game Programming and Computer Graphics, Third Edition, 3rd Edition, 2012
  • Materiály k přednáškám a video záznamy přednášek

Literatura referenční

  • Foley, J., D., et al., Computer Graphics: Principles and Practise, Addison-Wesley, 1992
  • Watt, A., 3D Computer Graphics, Addison-Wesley, 1993
  • Watt, A., Watt, M., Advanced Animation and Rendering Techniques: Theory and Practise, Addison-Wesley, 1992
  • Thalmann, N., M., Thalmann, D., Computer Animation: Theory and Practise (Second Revised Edition), Springer-Verlag, 1990

Osnova přednášek

  1. Rastrová a vektorová grafika. Barvy a barevné modely. Redukce barevného prostoru, barevný a monochromatický obraz.
  2. Generování základních objektů v rastru.
  3. Antialiasing. Ořezání ve 2D.
  4. Vyplňování uzavřených oblastí.
  5. Transformace ve 2D a 3D.
  6. Základní principy 2D grafických API, minimalistické 2D kreslítko.
  7. Křivky v počítačové grafice.
  8. Základy vykreslování 3D scény, 3D transformace a projekce.
  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.

Osnova počítačových cvičení

  1. Grafické formáty, redukce barevného prostoru obrazu.
  2. Generování základních objektů v rastru.
  3. Zobrazování 2D spline křivek.
  4. Vyplňování uzavřených objektů ve 2D.
  5. 3D transformace.
  6. Základy OpenGL.

Osnova ostatní - projekty, práce

Samostatně řešený projekt vztahující se k problematice předmětu.

Průběžná kontrola studia

  • 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.

Kontrolovaná výuka

  • 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.

Podmínky zápočtu

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.

Rozvrh

DenTypTýdnyMístn.OdDoPSKSkupInfo
Útpoč. labvýuky O204 08:0009:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx
Útpoč. labvýuky O204 10:0011:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx
Útpoč. labvýuky O204 12:0013:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx
Útpoč. labvýuky O204 14:0015:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx
Útpoč. labvýuky O204 16:0017:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx
Stpoč. labvýuky O204 10:0011:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx
Stpřednáškavýuky D0206 D105 12:0014:50 1BIA 1BIB 2BIB 3BIT xx
Stpoč. labvýuky O204 12:0013:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx
Stpoč. labvýuky O204 14:0015:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx
Stpoč. labvýuky O204 16:0017:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx
Čtpoč. labvýuky O204 08:0009:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx
Čtpoč. labvýuky O204 10:0011:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx
Čtpoč. labvýuky O204 12:0013:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx
Čtpřednáškavýuky E104 E105 E112 14:0016:50 1BIA 1BIB 2BIA 3BIT xx
Čtpoč. labvýuky O204 14:0015:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx
Čtpoč. labvýuky O204 16:0017:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx
poč. labvýuky O204 12:0013:50 1BIA 1BIB 2BIA 2BIB 3BIT xx

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BIT, 2. ročník, povinný
  • Program IT-BC-3, obor BIT, 2. ročník, povinný
Nahoru