Основная образовательная программа высшего профессионального образования (стр. 19 )

Компьютерный класс ПЭВМ с процессором не ниже Pentium IV. Система программирования С++ (MS Visual Studio).

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению 010300.62 «Фундаментальная информатика и информационные технологии»

Автор: д. т.н., проф. кафедры МО ЭВМ ____________________

Рецензент (ы) ________________________

Заведующий кафедрой_________________________

Программа одобрена на заседании ____________________________________________

(Наименование уполномоченного органа вуза (УМК, Ученый совет факультета)

от ___________ года, протокол № ________.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. »

Факультет __________ВМК__________________

УТВЕРЖДАЮ

Декан ___ВМК___________ факультета

"_____"__________________20___ г.

Рабочая программа дисциплины (модуля)

Компьютерная графика

(Наименование дисциплины (модуля)

Направление подготовки (специальность)

_010300.62 Фундаментальная информатика и информационные технологии

Профиль подготовки (специализация)

Общий профиль

Профессиональный цикл

Базовая часть Б.3.10

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр

Форма обучения

_______очная______

Нижний Новгород

2011

1. Цели освоения дисциплины

Дисциплина "Компьютерная графика" предназначена для студентов 2-го курса, обучающихся по направлению «010300.62 Фундаментальная информатика и информационные технологии».

Целями освоения дисциплины «Компьютерная графика» является овладение основными понятиями, методами и алгоритмами в области знаний «Компьютерная графика и визуализация» и, прежде всего, по основному курсу «Компьютерная графика», то есть по курсу CS255 в соответствии с Международными рекомендациями Computing Curricula. Компьютерная графика становится все более важной областью в информатике. Особенно применительно к мультимедийным аспектам WWW, она открыла новые возможности в области интерфейсов взаимодействия человека и компьютера. Целью данного курса является также рассмотрение принципов, методов и программных средств, сделавшими возможными эти продвижения.

Основа концепции данной дисциплины состоит в том, что она направлена на освоение современных технологий компьютерной графики и графических API, таких как GDI+ ( Framework), OpenGL или MS DirectX. Завершающей задачей полного курса является освоение основ программирования графических процессоров с помощью шейдерных языков (GLSL и/или HLSL).

2.Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Компьютерная графика» (В.3.7) включена в базовую часть профессионального цикла. Освоение дисциплины «Компьютерная графика» необходимо для выполнения выпускной квалификационной работы бакалавра.

Требования к слушателям: Студенты к моменту освоения дисциплины «Компьютерная графика» ознакомлены с основными теоретическими понятиями и прикладными знаниями, полученными в рамках изучения дисциплин: «Алгебра и геометрия» (Б.2.2), «Дискретная математика» (Б.2.3), «Архитектура вычислительных систем» (Б.3.4), «Основы программирования» (Б.3.1), «Языки программирования» (Б.3.2). При выполнении лабораторных заданий необходимо владение методами программирования на языке С++, желательно – на С#.

3. Требования к результатам освоения дисциплины «Компьютерная графика»

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

·  способность понимать и применять на практике компьютерную графику как фундаментальную научную основу информационных технологий (ПК-1);

·  готовность к включению в профессиональное сообщество (ПК-2);

·  способность понимать и применять в исследовательской и прикладной деятельности современный математический аппарат (ПК-3);

·  способность понимать, разрабатывать и применять современные информационные технологии (ПК-4);

·  способность к ведению научно-исследовательской деятельности (ПК-5).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

·  Современную теорию цвета и все основные цветовые пространства, применяемые в компьютерной графике (RGB, CMY, CMYK, XYZ, Lab, HSB,…), версии стандарта формата BMP и достоинства других графических форматов. 

·  Основы обработки изображений, применения точечных и матричных (линейных) фильтров, и методов матморфологии. Математический аппарат преобразования координат точек и векторов нормалей, аппарат проецирования и отсечения, аппарат математического и информационного моделирования объектов трехмерной сцены (точек, полигонов, сплайнов,...)

·  Основы архитектуры шейдеров и современных графических процессоров

·  Набор программных средств, которые могут быть использованы в процессе разработки графических и мультимедийных систем. 

Уметь:

·  Использовать существующие графические и мультимедийные пакеты для разработки удобных графических приложений.

·  Строить графические интерфейсы с точки зрения взаимодействия человека и компьютера. 

·  Использовать существующие графические API для разработки удобных графических приложений.

·  Использовать методы компьютерной графики в решении задач обработки изображений, компьютерного зрения, в создании средств визуализации трехмерных сцен в науке и технике.

Владеть

·  Начальными навыками программирования графических интерфейсов, задач обработки изображений, задач визуализации трехмерных сцен в научных и технических задачах на основе графических API: GDI+, OpenGL (или DirectX).

·  Начальными навыками выполнения вычислений общего назначения на графических процессорах.

4. Структура и содержание дисциплины «Компьютерная графика»

Общая трудоемкость дисциплины составляет __2___ зачетных единиц, __108____ часов.

Форма отчетности – зачет c оценкой.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1. Введение. Компьютерная графика в информационных системах (2 часа)

История компьютерной графики в мире и в России. Международные научные конференции по компьютерной графике, их современная тематика и проблематика. Компьютерная графика в широком и в узком смысле. Международные требования к общему курсу Компьютерная графика и рабочий план курса. Литература и Интернет-ресурсы. Плоская графика в примерах: растровые и векторные графические системы. Задачи, решаемые компьютерной графикой в растровых системах (обработка изображений) и векторных графических системах (создание геометрических форм, операции с объектами, заливка, выбор). 3D-графика и мультимедиа. Обзор современного аппаратного обеспечения: видеокарта компьютера - графический 3D-акселератор и процессор; графический монитор; графический плоттер, шлем виртуальной реальности; стереоочки; современные стереодисплеи и панорамные экраны; 3D-звук.

2. Теория цвета Цвет и цветовые модели (2 часа)

Физические и физиологические основы моделирования цвета. Аддитивная цветовая модель RGB, нормированные координаты цвета. Законы аддитивного синтеза света Грассмана. Разностные цветовые модели CMY и CMYK. Взаимосвязь и проблемы моделей RGB и CMYK. Международная комиссия по освещению (CIE) и модель CIE XYZ, использующая перенасыщенные цвета. Хроматическая CIE-диаграмма в нормированных координатах цвета x и y. Цветовой охват. Белый цвет и его стандартные источники. Линейные преобразования RGB à XYZ и обратно.

Другие цветовые модели: HSB, HLS, YIQ, …. преобразования RGB à YIQ и обратно. Модель Lab. Кодирование цвета. Палитра и глубина цвета. Индексированный цвет. Дизеринг. Система управления цветом в современной компьютерной графике. Понятие профиля устройства. Международный консорциум цвета (International Color Consortium, ICC).

3. Принципы программирования 2d-графики и графического интерфейса пользователя (2 часа)

Принципы человеко-машинного взаимодействия: мотива­ция; создание и оценка эргономичных систем. Выбор стилей и техники взаимодействия с пользователем;  человеко-машин­ные аспекты проектирования; динамика цвета; структури­рование информации для улучшения понимания.

Растровые графические форматы. Свойства, достоинства и недостатки основных форматов (GIF, JREG, PNG, …,RAW, EXIF). История и структура ведущего растрового формата BMP: заголовок файла, заголовок растра, палитра, растровые данные. Сравнительный анализ трех последних (3-5) версий формата от Windows 3 до Windows 7.

Создание графического интерфейса приложения средствами операционной системы. Графический интерфейс устройства (GDI). Абстрактные устройства и инструменты графического вывода для прикладного программирования. Создание графического интерфейса приложения средствами. NET (GDI+). Новые возможности в GDI+ по сравнению с GDI. Новый класс Graphics – аналог класса контекста устройства (CDC). Передача объектов рисования (Pen, Brush, Bitmap, Font) методам как параметров.

4. Обработка изображений, фильтры (4 часа)

Введение. Изображение. Обработка изображений, ее место в компьютерной графике. Методы получения цифрового изображения. Причины ухудшения качества. Гистограмма как характеристика качества изображения. Коррекция яркости/контраста изображения. Линейная коррекция. Примеры успеха и неуспеха линейной коррекции. Нелинейная коррекция. Гамма-коррекция. Компенсация разности освещения. Понятие фильтрации. Точечные и матричные фильтры. Применение низкочастотной фильтрации для выделения интенсивности освещения из изображения. Алгоритм коррекции разности освещения. Фильтр Гаусса как низкочастотный фильтр.

Цветовая коррекция изображений. Гипотезы световой коррекции. Гипотеза «Серый мир»: алгоритм и примеры применения. Гипотеза «Идеальный отражатель»: алгоритм и примеры применения. Растяжение контрастности всех каналов (“autolevels”): алгоритм и примеры применения. Коррекция с опорным цветом.

Борьба с шумом в изображениях. Шум в бинарных изображениях. Операции матморфологии: расширение; сужение. Свойства морфологических операций. Дискретные операции морфологии. Алгоритмы морфологического сужения и расширения. Операции открытия и закрытия. Примеры: применение сужения, открытия и закрытия к бинарному изображению с сильным шумом и с дефектами объектов.