Некоммерческая организация «Ассоциация московских вузов»
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский государственный индустриальный университет
ГОУ ВПО МГИУ
Научно-образовательный материал
«Учебно-методический комплекс 220301 «Графический интерфейс оператора»
Состав научно-образовательного коллектива:
, к. т.н.
, к. т.н., доцент
Москва 2010 г.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
220301
Графический интерфейс оператора
1. Цели и задачи дисциплины
1.1. Цели дисциплины
Основная цель дисциплины заключается в изучении особенностей восприятия и переработки информации человеком-оператором, в частности, графических объектов, а также в изучении основ компьютерной графики как инструмента воспроизведения изображений по исходной информации неизобразительной природы.
Понятие о компьютерной графике: геометрическое моделирование и его задачи, графические объекты, примитивы и их атрибуты, применение интерактивных графических систем для выполнения и редактирования изображений и чертежей, решение задач геометрического моделирования.
1.2. Задачи дисциплины
Овладение теоретическими и практическими методами построения графических интерфейсов операторов автомактизированных систем управления
2. Требования к уровню освоения дисциплины
2.1. Уровень освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны знать:
основы теории создания компьютерных графических объектов и их преобразования на плоскости и в пространстве;
принципы работы с основными графическими устройствами;
способы придания динамичности экранным изображениям;
методы придания реалистичности компьютерным изображениям.
В результате изучения дисциплины студенты должны уметь:
создавать и преобразовывать различные графические объекты, используя языки программирования, различные графические редакторы и пакеты программ;
визуализировать экспериментальные данные в виде графиков, диаграмм, гистограмм и т. п.;
строить на экране компьютера изображения сложных сцен с достаточной степенью реалистичности, с использованием динамики и элементами анимации.
2.2. Связь с предшествующими дисциплинами
математика (аналитическая и дифференциальная геометрия, интерполяция, численные методы);
информатика (средства и алгоритмы представления, хранения и обработки текстовой, числовой и графической информации, языки программирования);
программирование и основы алгоритмизации;
инженерная графика.
3. Виды учебных занятий по дисциплине и их объёмы (в часах)
Вид учебных занятий | Всего | Семестры |
7 | ||
Общая трудоемкость дисциплины | 90 | 90 |
Аудиторная нагрузка | 51 | 51 |
Лекции | 34 | 34 |
Практические занятия (семинары) | 0 | 0 |
Лабораторный практикум | 17 | 17 |
Самостоятельная работа | 39 | 39 |
Курсовой проект (работа) | - | - |
экзамен |
4. Содержание дисциплины
4.1. Тематическое содержание дисциплины
Тема 1. Обработка видеоизображений. Цветовые модели.
Направления развития и области применения компьютерной графики. Классификация задач, связанных с видеоизображениями. Свет. Цветовосприятие. Цветовые модели. Модели RGB, CMY, CMYK, HSV (HSB).
Тема 2. Виды компьютерной графики.
Инженерная, научная, web-графика, компьютерная полиграфия, анимация и др. Растровая, векторная и фрактальная графика, достоинства и недостатки. Характеристики растровой графики. Разрешение оригинала. Разрешение экранного изображения. Разрешение печатного изображения и понятие линеатуры. Масштабирование растровых изображений. Векторная графика и ее математические основы. Понятие фрактальной графики. Понятие трехмерной графики.
Тема 3. Графические данные.
Представление графических данных. Понятие графического формата. Форматы TIFF (Tagged Image File Format), PCX (PC PaintBrush, Z-soft), BMP (Windows Bitmap), WMF (Windows MetaFile), JPEG (Joint Photographic Expert Group), GIF (Graphics Interchange Format), PSD (PhotoShop Document), PhotoCD (Kodak), PNG (Portable Network Graphics), PDF (Portable Document Format), EPS (Encapsulated PostScript).
Тема 4. Графические примитивы.
Графические примитивы. Работа с библиотекой. Работа с отдельными точками. Рисование линейных объектов. Рисование прямолинейных отрезков, окружностей, дуг эллипса. Рисование сплошных объектов. Закрашивание объектов, работа с изображениями. Работа со шрифтами. Режимы и порты (окна) вывода. Понятие палитры. Понятие видеостраниц и работа с ними.
Тема 5. Графические устройства.
Клавиатура, мышь. Сканеры. Принтеры. PostScript-устройства. Плоттеры. Видеоадапторы (видеокарты) и поддерживаемые ими режимы.
Тема 6. Растровые алгоритмы.
Понятие связности. 4-связность и 8-связность. Растровое представление отрезка. Алгоритм Брезенхейма. Алгоритм закраски области, заданной цветом границы.
Тема 7. Геометрические алгоритмы.
Отсечение отрезка. Алгоритм Сазерленда-Коэна. Алгоритм проверки принадлежности точки многоугольнику.
Тема 8. Аффинные преобразования на плоскости.
Поворот (вращение). Растяжение (сжатие). Отражение. Перенос (сдвиг). Однородные координаты точки. Проективная геометрия. Описание элементарных преобразований с помощью матриц 3-го порядка.
Тема 9. Аффинные преобразования в пространстве.
Описание элементарных преобразований в пространстве с помощью матриц 4-го порядка. Матрицы вращения в пространстве. Некоммутативность вращений. Матрицы растяжения (сжатия). Матрицы отражения. Матрица переноса.
Тема 10. Виды проектирования и их описание.
Картинная плоскость. Пучок проектирующих прямых. Особенности проекций гладких отображений. Параллельное и центральное проектирование. Ортографические проекции. Матрица проектирования. Вырожденность матриц проектирования. Аксонометрические проекции: триметрическая, диметрическая и изометрическая, - и соответствующие матрицы проектирования. Косоугольные проекции: свободная и кабинетная и их описание с помощью матриц. Перспективные проекции: одно-, двух-, и трехточечные, - и соответствующие им матрицы.
Тема 11. Методы оптимизации.
Понятие лицевых и нелицевых граней. Отсечение нелицевых граней. Ограничивающие тела. Разбиение пространства. Иерархические структуры. Удаление невидимых линий. Алгоритм Робертса. Количественная невидимость. Алгоритм Аппеля.
Тема 12. Удаление невидимых граней.
Метод Z-буфера. Алгоритмы упорядочения. Метод сортировки по глубине. Алгоритм художника. Метод двоичного разбиения пространства. Метод построчного сканирования. Алгоритм Варнака.
Тема 13. Распространение света. Освещенность.
Распространение света. Освещенность. Зеркальное и диффузное отражение. Идеальное и диффузное преломление. Микрофасетная модель поверхности. Функция закрашивания с учетом расстояния до источника освещения, диффузного и зеркального отражения.
Тема 14. Визуализация (рендеринг).
Метод постоянного закрашивания. Алгоритмы закраски с использованием билинейной интерполяции. Интерполяция функции закрашивания в вершинах многогранника. Закраска методом Гуро. Интерполяция векторов нормали. Закраска методом Фонга.
Тема 15. Сплайн-функции.
Приближение функций и сплайны. Задача интерполяции и задача сглаживания. Интерполяционные полиномы Лагранжа. Кусочно-линейная интерполяция. Сплайн-функции. Случай одной переменной. Кубические сплайны Случай двух переменных. Бикубические сплайны. Сплайновые кривые. Кривая Безье и ее свойства. Базисная матрица кубической кривой Безье.
Тема 16. Обзор современных графических систем.
Растровые графические редакторы. Paint Brush, Adobe Photoshop. Средства создания и обработки векторной графики. Векторные редакторы Adobe Illustrator, Corel Draw. Программная система Visio. Программные системы обработки трехмерной графики. Графическая система 3D Studio Max фирмы Kinetix. Графический пакет Softimage 3D компании Microsoft. Графическая система Maya (Alias Wavefront, TDI).
4.2. Разделы дисциплины и виды занятий
Раздел дисциплины | Всего | Количество часов | |||
Самостоя - тельная работа | Аудиторные занятия | ||||
Лекции | Практи - ческие занятия | Лабора - торный практикум | |||
Семестр 7 | |||||
Тема 1. Обработка видеоизображений. Цветовые модели. | 4 | 0 | 2 | 2 | |
Тема 2. Виды компьютерной графики. | 4 | 2 | 2 | ||
Тема 3. Графические данные. | 6 | 2 | 2 | 2 | |
Тема 4. Графические примитивы. | 5 | 3 | 2 | ||
Тема 5. Графические устройства. | 5 | 3 | 2 | ||
Тема 6. Растровые алгоритмы. | 5 | 3 | 2 | ||
Тема 7. Геометрические алгоритмы. | 5 | 3 | 2 | ||
Тема 8. Аффинные преобразования на плоскости. | 7 | 3 | 3 | 1 | |
Тема 9. Аффинные преобразования в пространстве. | 7 | 3 | 3 | 1 | |
Тема 10. Виды проектирования и их описание. | 5 | 3 | 2 | ||
Тема 11. Методы оптимизации. | 4 | 2 | 2 | ||
Тема 12. Удаление невидимых граней. | 4 | 2 | 2 | ||
Тема 13. Распространение света. Освещенность. | 8 | 2 | 2 | 4 | |
Тема 14. Визуализация (рендеринг). | 10 | 3 | 2 | 5 | |
Тема 15. Сплайн-функции. | 5 | 3 | 2 | ||
Тема 16. Обзор современных графических систем. | 6 | 2 | 2 | 2 | |
Итого | 90 | 39 | 34 | 0 | 17 |
4.3. Содержание дисциплины по видам занятий
4.3.1. Лекции
Раздел дисцип - лины (тема) | Название лекции | Кол-во часов | |||
Семестр 7 | |||||
Тема 1. | Обработка видеоизображений. Цветовые модели. | 2 | |||
Тема 2. | Виды компьютерной графики. | 2 | |||
Тема 3. | Графические данные. | 2 | |||
Тема 4. | Графические примитивы. | 2 | |||
Тема 5. | Графические устройства. | 2 | |||
Тема 6. | Растровые алгоритмы. | 2 | |||
Тема 7. | Геометрические алгоритмы. | 2 | |||
Тема 8. | Аффинные преобразования на плоскости. | 3 | |||
Тема 9. | Аффинные преобразования в пространстве. | 3 | |||
Тема 10. | Виды проектирования и их описание. | 2 | |||
Тема 11. | Методы оптимизации. | 2 | |||
Тема 12. | Удаление невидимых граней. | 2 | |||
Тема 13. | Распространение света. Освещенность. | 2 | |||
Тема 14. | Визуализация (рендеринг). | 2 | |||
Тема 15. | Сплайн-функции. | 2 | |||
Тема 16. | Обзор современных графических систем. | 2 | |||
Итого | 34 |
4.3.2. Практические занятия (семинары)
Не предусмотрено программой
4.3.3. Лабораторный практикум
Раздел дисцип - лины (тема) | Название лабораторной работы | Кол-во часов | |||
Семестр 7 | |||||
Тема 1. | Анимация графических объектов. | 2 | |||
Тема 3. | Создание и модификация графических примитивов. | 2 | |||
Тема 8. | Деформация графических объектов. | 1 | |||
Тема 9. | Закрашивание. Создание и применение материалов. Закрашивание. Создание и применение материалов. | 1 | |||
Тема 13. | Интерфейс и основные концепции работы с системой. | 4 | |||
Тема 14. | Применение модификаторов изображений. | 5 | |||
Тема 16. | Создание и редактирование различных видов схем. | 2 | |||
Итого | 17 |
4.4. Самостоятельная работа студентов
Номера недель | Раздел дисцип - лины (тема) | Вид самостоятельной работы | Название (содержание) работы | Кол-во часов | |
Семестр 7 | |||||
1 | Тема 1 | Написание отчета и подготовка к защите лабораторной работы | Подготовка к лабораторной работе N1 | 2 | |
2 | Тема 2 | Самостоятельное изучение | Изучение материала лекций и электронных пособий | 2 | |
3 | Тема 3 | Написание отчета и подготовка к защите лабораторной работы | Подготовка к лабораторной работе N2 | 2 | |
4 | Тема 4 | Самостоятельное изучение | Изучение материала лекций и электронных пособий | 2 | |
5 | Тема 5 | Написание отчета и подготовка к защите лабораторной работы | Подготовка к лабораторной работе N3 | 2 | |
6 | Темы 1, 2, 3, 4, 5, 6 | Подготовка к тестированию | Подготовка к тестированию | 4 | |
7 | Тема 7 | Выполнение расчётно-графической работы | Подготовка к лабораторной работе N4 | 2 | |
8 | Тема 8 | Самостоятельное изучение | Изучение материала лекций и электронных пособий | 2 | |
9 | Тема 9 | Написание отчета и подготовка к защите лабораторной работы | Подготовка к лабораторной работе N5 | 2 | |
10 | Тема 10 | Самостоятельное изучение | Изучение материала лекций и электронных пособий | 2 | |
11 | Тема 11 | Написание отчета и подготовка к защите лабораторной работы | Подготовка к лабораторной работе N6 | 2 | |
12 | Темы 7, 8, 9, 10, 11, 12 | Подготовка к тестированию | Подготовка к тестированию | 3 | |
13 | Тема 13 | Написание отчета и подготовка к защите лабораторной работы | Подготовка к лабораторной работе N7 | 2 | |
14 | Тема 14 | Самостоятельное изучение | Изучение материала лекций и электронных пособий | 2 | |
15 | Тема 15 | Написание отчета и подготовка к защите лабораторной работы | Подготовка к лабораторной работе N8 | 2 | |
16 | Тема 16 | Самостоятельное изучение | Изучение материала лекций и электронных пособий | 2 | |
17 | Темы 13, 14, 15, 16 | Подготовка к тестированию | Подготовка к итоговому тестированию | 4 | |
Итого | 39 |
5. Текущий контроль успеваемости и промежуточная аттестация
5.1. Текущий контроль успеваемости
5.1.1. Контроль самостоятельной работы студентов
5.1.2. Текущий контроль знаний студентов
Текущий контроль знаний (ТКЗ) студентов (в часы лекций)
Раздел дисцип - лины (тема) | Содержание ТКЗ | Кол-во часов | |||
Семестр 7 | |||||
Тема 1 | Проверка | 1 | |||
Тема 2 | Выборочный опрос | 1 | |||
Тема 3 | Выборочный опрос | 1 | |||
Тема 4 | Выборочный опрос | 1 | |||
Тема 5 | Выборочный опрос | 1 | |||
Темы 1,2,3,4,5,6 | Подготовка к тестированию | 1 | |||
Тема 7 | Выборочный опрос | 1 | |||
Тема 8 | Выборочный опрос | 1 | |||
Тема 9 | Выборочный опрос | 1 | |||
Тема 10 | Выборочный опрос | 1 | |||
Тема 11 | Выборочный опрос | 1 | |||
Темы 7,8,9,10,11,12 | Подготовка к тестированию | 1 | |||
Тема 13 | Выборочный опрос | 1 | |||
Тема 14 | Выборочный опрос | 1 | |||
Тема 15 | Выборочный опрос | 1 | |||
Тема 16 | Выборочный опрос | 1 | |||
Темы 13,14,15,16 | Подготовка к тестированию | 2 |
Текущий контроль знаний (ТКЗ) студентов (в часы лабораторного практикума)
Раздел дисцип - лины (тема) | Содержание ТКЗ | Кол-во часов | |||
Семестр 7 | |||||
Тема 1 | Лабораторная работа N 1 | 1 | |||
Тема 3 | Лабораторная работа N 2 | 1 | |||
Тема 5 | Лабораторная работа N 3 | 1 | |||
Тема 7 | Лабораторная работа N 4 | 1 | |||
Тема 9 | Лабораторная работа N 5 | 1 | |||
Тема 11 | Лабораторная работа N 6 | 1 | |||
Тема 13 | Лабораторная работа N 7 | 1 | |||
Тема 15 | Лабораторная работа N 8 | 1 |
5.1.3. График текущего контроля успеваемости студентов
Семестр 7
|
Виды текущего контроля |
ЗКурсПр - Защита курсового проекта ; ЗКурсР - Защита курсовой работы; ЗЛР - Защита лабораторной работы; КТ - Компьютерное тестирование; Контр - Контрольная работа; ПТ - Письменное тестирование; ЗР - Представление и защита реферата; ПрЛР - Проверка и прием лабораторных работ; ПДЗ - Проверка и приём домашнего задания; ПрРГР - Проверка и приём расчётно-графической работы; ПГ - Проверка уровня готовности студента; ПрКТ - Промежуточное компьютерное тестирование; Опрос - Устный опрос |
5.1.4. График самостоятельной работы студента
Семестр 7
|
Формы самостоятельной работы |
РГР - Выполнение расчётно-графической работы; ДЗ - Домашнее задание; КурсР - Курсовая работа; КурсПр - Курсовое проектирование; ПЛР - Написание отчета и подготовка к защите лабораторной работы; ПТ - Подготовка к тестированию; Реферат - Реферат; СИ - Самостоятельное изучение |
5.2. Промежуточная аттестация
Промежуточная аттестация студентов в каждом семестре проводится на основе "Положения о курсовых экзаменах и зачётах", утвержденного решением Учёного совета МГИУ 21.04.2004
7 семестр - экзамен
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 |
