Список работ

Компьютерная графика, методические материалы

Содержание

• Задания по OpenGL
• Оценочные средства контроля усвоения знаний, умений и владения (опытом, навыком) по дисциплине Б1.Б.12 Компьютерная графика
  • Состав оценочных средств
  • Содержание оценочных средств
• Учебная программа по дисциплине КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА
  • 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
  • 2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ОПОП ВО
  • 3. ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАЗОВАНИЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
  • 4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
    • 4.1. Структура дисциплины
    • 4.2. Краткое содержание разделов
    • 4.3. Темы практических занятий/семинаров
    • 4.4. Темы лабораторных работ
    • 4.5. Темы рефератов
    • 4.6. Темы расчетных заданий
    • 4.7. Темы курсовых проектов или курсовых работ
    • 4.8. Соответствие разделов дисциплины и формируемых в них компетенций
  • 5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
  • 6. КОМПЕТЕНТНОСТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОСВОЕНИЯ РЕ-ЗУЛЬТАТОВ ОБРАЗОВАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ (ТЕКУЩИЙ КОНТРОЛЬ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНАЯ АТТЕСТАЦИЯ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ)
  • 7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
    • 7.1. Основная литература
    • 7.2. Дополнительная литература
    • 7.3. Электронные образовательные ресурсы
    • 7.4. Лицензионное программное обеспечение
    • 7.5. Интернет-ресурсы
  • 8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Задания по OpenGL

1. Вывести линию, изменяя ее свойства (толщину, цвет ее вершин), применяя шаблон, например, задающий пунктир, или без него, применяя интерполяцию цветов или нет;
2. Вывести отдельную грань, например четырехугольник, применяя следующие способы отображения:
   • залитый заданным цветом; все вершины имеют один цвет;
   • залитый заданным цветом; вершины имеют разные цвета, употребляется интерполяция цветов;
   • в виде контурных линий (с интерполяцией цветов и без нее);
   • в виде точек, задающих вершины.
3. Вывести первоначально лицевую, а затем нелицевую стороны грани, задав для них разные способы вывода (лицевая заливается заданным цветом, нелицевая - нет; далее - лицевая в виде линий, нелицевая - в виде точек);
4. Вывести произвольный невыпуклый многоугольник, используя для удаления внутренних ребер атрибут вершины флаг ребра;
5. Создать образец размера 32*32, например соты, и использовать его для заполнения грани.

   Пример заполнения

6. Наложить на грань текстуру, задавая различные координаты текстуры. Текстура а) создается в программе; б) - загружается из файла;
7. Задать нормали к вершинам грани и различные свойства материала для лицевой и нелицевой сторон грани; отобразить, задав источники света, последовательно каждую из сторон грани.
8. Создать полигональную модель трехмерного объекта, использую для представления граней один из видов многоугольников;
9. Выполнить, применив ортографическое проецирование, отображение объекта на плоскость;
10. Выполнить аксонометрическое проецирование объекта;
11. Произвести над объектом аффинные преобразования;
12. Задать вершинам разные цвета и вывести объект с интерполяцией цветов и без интерполяции;
13. Отобразить объект, удаляя невидимые грани;
14. Выполнить отсечение части объекта плоскостью;
15. Выполнить перемещение объекта по заданной траектории, применив двойную буферизацию;
16. Рассчитать нормали а) к граням; б) к вершинам и построить тоновые модели объекта для случаев а) и б);

Сфера без части граней

Труба

Оценочные средства контроля усвоения знаний, умений и владения (опытом, навыком) по дисциплине Б1.Б.12 Компьютерная графика

Состав оценочных средств

Фонд компетентностно-ориентированных оценочных средств по дисциплине позволяет оценить освоение следующих компетенций:

и включает:

• для текущего контроля успеваемости защиту лабораторных работ;
• дифференцированный зачет в 5-м семестре.

Содержание оценочных средств

A) Для текущего контроля успеваемости:
I. Освоение компетенции ОПК-1. Способность использовать базовые знания естественных наук, математики и информатики, основные факты, концепции, принципы теорий, связанных с прикладной математикой и информатикой" оценивается при защите следующих лабора-торных работ:

• Анимация с ограничением Путь при выборе в качестве пути сплайна, а затем NURBS-кривой.
• Анимация перемещения объекта, меняющего форму, по окружности.
• Анимация улыбки.
• Анимация размещения букв на сторонах куба.
• Анимация перемещающегося пропеллера.
• Анимация дрожащего листа.
• Анимация разрушения чайника при его соударении с плоскостью и последующая анимация сборки чайника из полученных при его
• разрушении фрагментов.
• Анимация заполнения емкости частицами.
• Анимация диффузионной компоненты материала.

• Имитация работы наждака.
• Имитация перемещения змеи.
• Моделирование движения гусеницы технического средства.
• Моделирование елочной гирлянды из разноцветных лампочек.

• Вывод дуги между двумя случайно выбранными вершинами сферы.
• Создание 3d-поверхности по известному растровому образу с употреблением аффинных преобразований и операций Выдавливание, Скос и Соединение, а также модификатора Сглаживание.
• Создание пуговицы посредством булевских операций.
• Программирование заливки невыпуклого многоугольника.
• Программирование интерполяционной заливки полигона.
• Воспроизведение сферы с различными наборами групп сглаживания.

• Воспроизведение ландшафта местности средствами многокомпонентного материала.
• Генерация фрактальных объектов.

• Анимация движения стрелок часов.
• Создание модели прозрачного изделия.

• Моделирование полета вертолета, поражающего цель.
• Построение модели корпуса транспортного средства как составного объекта.

• Имитация деформаций земной коры на основе модели вершинно-реберного преобразования полигональной поверхности (аффинные пре-образования координат вершин ребер и разрушение полигональной поверхности по ребрам).
• Имитация атмосферных явлений (туман, радуга, лучи солнца).

Б) Дифференцированный зачет.
Проводится в устной форме в виде подготовки и изложения развернутого ответа по следующим темам:

1. Аффинные преобразования и их Autokey-анимация. Анимационные ресурсы 3ds Max. Управление ключами средствами Curve Editor и MAXScript.
2. 3d-полигональная модель. Поверхности Editable_Mesh, Editable_Poly, Editable_Patch и NURBSSurf.
3. Редактирование поверхностей Editable_Mesh и Editable_Poly. Создание 3d-объекта по его 2d-образу.
4. Единицы измерения и системы координат 3ds Max. Чтение координат вершин 3d-объектов в различных системах координат.
5. Структура MAXScript-программы. Выражения MAXScript. Создание MAXScript интерфейсов.
6. Программирование ключей при работе с ограничением Path_Constraint.
7. Употребление материалов. Отбор полигонов по ID материала. Материал Multimaterial.
8. Системы частиц PArray, Blizzard и Super Spray. Силы и отражатели.
9. Система частиц Particle Flow.
10. Программирование анимации вершин сплайна.
11. Растровые алгоритмы (алгоритм Брезенхема, определение принадлежности точки многоугольнику, заливка многоугольника выбранным цветом, алгоритм отсечения Сазерленда-Коэна).
12. Алгоритм заливки многоугольника с интерполяцией цветов.
13. Удаление невидимых частей поверхности. Метод Z-буфера.
14. Модель освещенности. Нормали к граням и вершинам. Модификатор Edit Normals. Группы сглаживания. Закраски Гуро и Фонга.
15. Наложение текстуры.
16. Float-контроллеры 3ds Max.
17. Поверхности вращения. Составной объект Loft.
18. Связывание, группировка и выравнивание объектов. Объектная привязка. Инструмент Измерения.
19. Параметрические модификаторы 3ds Max.
20. Лучевой и волновой алгоритмы поиска пути в прямоугольной дискретной области.

Учебная программа по дисциплине КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель освоения дисциплины - приобретение знаний, необходимых для разработки графических и мультимедиа приложений, и освоение навыков создания статических и анимационных графических сцен.
Задачи дисциплины

• изучение базовых моделей и алгоритмов компьютерной графики;
• получение практических навыков создания графических сцен средствами приложения 3ds Max; освоение языка программирования MAXScript.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ОПОП ВО

Дисциплина относится к части Б 2 Математический и естественнонаучный цикл основной образовательной программы подготовки бака-лавров по направлению 010400 Прикладная математика и информатика.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: Математический анализ, Алгебра и геометрия, Основы информатики, Языки и методы про-граммирования, Базы данных, Численные методы, Методы оптимизации.
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и при изуче-нии дисциплин подготовки магистров.
Для освоения дисциплины обучающийся должен:
знать информатику, линейную алгебру и геометрию, основы программирования.
уметь разрабатывать алгоритмы программ и реализовывать их на языке высокого уровня.
владеть техникой программирования на языке высокого уровня.
Результаты образования, полученные при освоении дисциплины, необходимы при изучении дисциплины основы искусственного интеллекта и при выполнении выпускной квалификационной работы.

3. ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАЗОВАНИЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИ-НЫ

В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:
знать основы компьютерной графики и анимации (ОПК-1, ОПК-2, ОПК-3, ПК-5, ПК-7, ПК-9);
уметь применять на практике компьютерные технологии для решения задач в области компьютерной графики и анимации (ОПК-1, ОПК-3, ПК-3, ПК-5, ПК-7, ПК-9, ПК-10);
владеть навыками решения практических задач в области компьютерной графики и анимации (ОПК-1, ОПК-3, ПК-5, ПК-7, ПК-9).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.

4.2. Краткое содержание разделов

1. Полигональная модель объекта, аффинные преобразования координат объекта и его компонентов.
   Треугольная грань как основа полигональной модели. Виды полигональных моделей и преобразование одного вида в другой. Модель на основе неоднородных рациональных сплайнов Безье. Системы координат. Базовая точка. Преобразования перемещения, поворота и масштабирования всего объекта и его компонентов.
2. Методы формирование 3d-поверхности. Полигональное моделирование на низком уровне.
   Формирование 3D-поверхности на основе 2D-образа посредством операций выдавливания, скоса и аффинных преобразований. Применение операций сглаживания для повышения качества результата. Поверхности смещения, вращения и сдвига. Операции над вершинами и гранями полигональной модели.
3. Анимация на основе ключей. Управляющие элементы в задачах компьютерной анимации.
   Методы создания ключей анимации. Анимация координат и значений свойств объектов. Анимационные кривые и методы их редактирования. Программирование анимации средствами MAXScript. Виды управляющих элементов и их реализация.
4. Моделирование посредством модификация объектов и сцены. Анимация модифицированных объектов.
   Параметрическая модификация. Центр и габаритный контейнер преобразований. Свободные деформации объектов. Модификаторы каркаса объекта. Анимационные модификаторы. Программирование модификаторов.
5. Динамическое моделирование ткани, твердых и мягких тел.
   Моделирование сцены на основе коллекций (твердых, мягких тел и ткани). Задание свойств объектов. Виды сил и ограничений в задачах динамического моделирования. Модели обработки столкновений. Программирование динамических моделей.
6. Управление материалами и источниками света.
   RGB-компоненты цвета. Модель освещенности. Управление нормалями граней. Группы сглаживания. Принципы наложения текстуры на полигональную модель объекта. Библиотека материалов. Стандартный материал и его свойства. Задание карт материалов и управление их свойствами. Механизм употребления нескольких материалов для одного объекта. Анимация материалов и их карт. Программирование анимации материалов. Виды источников света.
7. Создание атмосферных эффектов и эффектов линзы.
   Эффекты объемного света и тумана. Моделирование дыма, огня и взрыва. Употребление линз: эффекты сияния, кольца, луча и звезды. Программирование атмосферных эффектов.
8. Системы частиц. Создание составных объектов.
   Специализированные системы частиц для имитации дождя, снега, вьюги и других явлений. Массив частиц. Дробление полигональной модели объекта средствами массива частиц. Силы и отражатели, употребляемые с массивом частиц. Поток частиц, события и тесты. Программирование систем частиц. Виды составных объектов и их употребление для решений задач моделирования. Применение составных объектов для векторизации и управления системами частиц. Анимация параметров составных объектов. Программирование анимации составных объектов.
9. Фрактальные объекты.
   L-системы. Системы итерированных функций. Алгебраические фракталы. Стохастические фракталы. Фрактальное сжатие изображений.

4.3. Темы практических занятий/семинаров

4.4. Темы лабораторных работ

1. Создание стандартных примитивов и их преобразование в полигональные модели. Выполнение аффинных преобразований объектов и их компонентов: вершин, ребер, полигонов и элементов. Изменение положение координат базовой точки примитива (4 часа).
2. Создание 3d-поверхности по известному растровому образу с употреблением аффинных преобразований и операций выдавливания, скоса и соединения ребер. Формирование поверхности вращения на основе плоского сплайна. Применение сглаживания для повышения качества ре-зультата (4 часа).
3. Анимация движения сферы по сторонам прямоугольника. Воспроизведение прыгающего мяча, движения стрелок часов. Анимация верто-лета, поражающего цель. Анимация вершин, ребер и граней объектов. Анимация значений свойств объектов. Реализация движения объекта с привязкой к пути. Работа с анимационными кривыми (редактирование ключей) в редакторе дорожек. Моделирование колебаний мембраны дина-мика звуковой колонки (4 часа).
4. Применение параметрических модификаторов (Наклонить, Вытянуть, Надуть, Разрезать, Сместить и др.) для редактирования полигональ-ной модели объекта. Анимация параметрических модификаторов (4 часа).
5. Моделирование столкновений твердых тел. Анимация флага, скатерти, занавески, подушки и укрепленной на петлях вывески (4 часа).
6. Создание и применение материалов к полигональным объектам. Использование карты градиентного спуска для моделирования ландшаф-та местности. Моделирование стеклянного изделия. Употребление нескольких материалов для одного объекта (на примере плоскости). Создание источника света с тенью. Анимация таяния снега на горной вершине за счет изменения свойств карты градиентного спуска. Воспроизведение сферы с различными наборами групп сглаживания (4 часа).
7. Моделирование дыма, огня и взрыва. Применение объемного света в задаче воспроизведения телевизионной заставки. Анимация объемного тумана и света. Применение линз Кольцо и Звезда со стандартным источником света. Построение моделей подушки, лодки и ложки на основе плоских сплайнов с употреблением операции сдвига и деформации, согласованной с формой сплайна. Создание модели вазы из цилиндра за счет его объемной деформации, копирования, масштабирования и выполнения булевой операции вычитания малой формы из большой (4 часа).
8. Создание анимация разрушения чайника при его соударении с плоскостью и последующая анимация сборки чайника из полученных при его разрушении фрагментов. Создание анимации заполнения емкости (куба) частицами с использованием отражателей. Анимация вихря, кольца частиц вокруг сферы и лучей частиц, покидающих сферу (4 часа).
9. Реализация L-системы и системы итерированных функций (4 часа).

4.5. Темы рефератов

4.6. Темы расчетных заданий

4.7. Темы курсовых проектов или курсовых работ

4.8. Соответствие разделов дисциплины и формируемых в них компетенций

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме информационных лекций с использованием видео материалов, отражающих основные положения раскрываемой темы.
Лабораторные работы состоят из решения задач по созданию графических образов и сцен.
Самостоятельная работа заключается в решении домашних задач и подготовке к лабораторным работам и зачету.

6. КОМПЕТЕНТНОСТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОСВОЕНИЯ РЕ-ЗУЛЬТАТОВ ОБРАЗОВАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ (ТЕКУЩИЙ КОНТРОЛЬ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНАЯ АТТЕСТАЦИЯ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ)

Для контроля результатов образования используются:

• домашние задания;
• дифференцированный зачет.

Оценка за освоение дисциплины, определяется 0.8 * (средняя оценка за лабораторные работы и домашние задачи) + 0.2 * (оценка, полу-ченная на зачете).
В приложение к диплому вносится оценка за 5-й семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Основная литература

1. Бартеньев О. В. Программирование модификаторов 3ds Max. Учебно-справочное пособие. – М.: Физматкнига, 2009. – 341 с.
2. Боресков А. В. Расширения OpenGL. Полигональные модели. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 688 с.
3. Хейфец А. Л. Инженерная компьютерная графика. AutoCAD. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2002. – 432 с.
4. Шикин Е. В., Боресков А. В. Компьютерная графика. Полигональные модели. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2000. – 464 с.
5. Е. В. Шикин, А. И. Плис. Кривые и поверхности на экране компьютера. Руководство по сплайнам для пользователя. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1996. – 240 с.
6. Autodesk® 3ds Max®. MAXScript Reference.

7.2. Дополнительная литература

1. Ламот А. Программирование игр для Windows. Советы профессионала. – М.: Издательский дом Вильямс, 2004. – 880 с.
2. Боресков А. В. Графика трехмерной компьютерной игры на основе OpenGL. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2004. – 460 с.

7.3. Электронные образовательные ресурсы

Электронный учебно-методический комплекс дисциплины по выбору студента вариативной части профессионального цикла М.3 "Компь-ютерная графика"

7.4. Лицензионное программное обеспечение

7.5. Интернет-ресурсы

1. Он-лайн журнал по компьютерной графике и анимации (http://render.ru/).
2. Сайт компьютерной графике и анимации (http://100byte.ru/).
3. CG Tutorials. The Pillar of Computer Graphics (http://www.cgtutorials.com/).
4. Crash course. Учебный видео курс по компьютерной графике фирмы Autodesk®.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины используется учебная аудитории, снабженная объединенными в сеть компьютерами (по одному на каждого студента), проектором и звуковой системой, необходимыми для представления лекционных видео материалов и показа учебных фильмов.

Список работ