Программа курса «Компьютерная графика».

Цели и задачи дисциплины

-        сформировать у студентов теоретическую базу для решения задач обработки графической информации;

-        дать представление о различных видах  компьютерной графики и связанных с ними методах представления, хранения и обработки графической информации;

-        отразить основные закономерности и методы различных наук, используемые при работе с графической информацией;

-        проанализировать современные тенденции и перспективы в сфере обработки графической информации.

 

Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате изучения дисциплины студенты должны:

1) знать методы представления графической информации, математические основы компьютерной графики и геометрического моделирования, методы дискретизации изображений, модели кодирования цвета, алгоритмы растрирования и геометрических преобразований графических объектов;

2) уметь применять на практике алгоритмы компьютерной графики, создавать геометрические модели объектов, грамотно выбирать оптимальные методы представления и обработки графической информации, форматы для хранения изображения;

3) иметь представление о методах геометрического моделирования, моделях графических данных и технических средствах компьютерной графики. 

 

 Содержание курса.

 

1.     Понятие и характеристики графической информации. Основные направления компьютерной графики. Сферы применения компьютерной графики.

2. Представление графической информации. Основные понятия, связанные с графической информацией: разрешение и размер изображения; растр; цветовые модели и палитры.
3. Основы теории цвета, кодирование цвета. Кодирование изображения в различных цветовых моделях: аддитивная цветовая модель RGB; субтрактивная цветовая модель CMYK; цветовая модель HSV.
4. Системы координат, применяемые в машинной графике.  Способы описания геометрических объектов. Однородные координаты. Аффинные преобразования координат. Проективные преобразования координат.
5. Виды компьютерной графики: растровая, векторная, фрактальная. Растровое представление графической информации. Векторное  представление графической информации. Представление графической информации на основе фрактальной графики. Программные средства компьютерной графики.
6. Понятие визуализации. Визуализация растровых изображений: методы растрирования; методы улучшения растровых изображений -  антиэлайзинг, дизеринг; методы графического вывода. Инкрементные алгоритмы.
7.  Использование методов геометрического моделирования для представления и обработки графической информации. Векторное представление графической информации: модели прямой линии, окружности, эллипса; сплайны и кривые Безье; полигоны.
8. Методы графического вывода фигур. Алгоритмы закрашивания. Алгоритмы заполнения, использующие математическое описание контура.
9. Понятие о фракталах, свойства фракталов, применение фрактальных закономерностей для создания изображений. Классификация фрактальных алгоритмов. Примеры фрактальных алгоритмов: алгоритмические фракталы, геометрические фракталы и IFS-фракталы.
10. Методы и алгоритмы представления трехмерных изображений. Модели описания поверхностей: аналитическая модель; векторная полигональная модель; воксельная модель; равномерная сетка; неравномерная сетка, представление поверхности изолиниями.
11. Способы визуализации трехмерных изображений: каркасная визуализация; показ с удалением невидимых точек и линий; закрашенные изображения. Классификация алгоритмов графического вывода в зависимости от способов визуализации. Алгоритмы удаления и отсечения.
12. Модели отражения и преломления света и алгоритмы закрашивания на основе этих моделей: метод Гуро, метод Фонга, методы прямой и обратной трассировки лучей.
13. Задача распознавания изображений. Использование методов анализа и классификации для распознавания изображений.
14. Технические средства обработки графической информации: растровые графические дисплеи с регенерацией изображения; графические адаптеры, плоттеры, принтеры, сканеры.  Физические принципы создания изображения  для растрового графического монитора: регенерация изображения,  развертка, буфер кадра, построчное сканирование. Графические процессоры, аппаратная реализация графических функций. Понятие конвейера ввода и вывода графической информации.
15. Классификация и обзор графических систем. Современные тенденции развития компьютерной графики.