Стадии и этапы трехмерного графического конвейера в структуре и последовательности выполнения операций Direct3D. Структура данных об устройстве графического вывода. Режимы работы: HAL, REF, SW. Структура данных о вершине полигональной модели. Изменение содержания и структуры полигональной модели. Работа с буферами вершин и индексов.
Особенности работы с разными версиями DirectX (версии 8.1, 9.0, 9.0c). Моделирование 2D-текста. Наложение текстуры. Применение нескольких потоков обработки при одновременном использовании нескольких текстур. Режимы наложения текстур. Полупрозрачность. Применение кубических карт для моделирования окружающей среды.
Х-файлы, их иерархическая структура. Использование готовых сеточных моделей с текстурой из. X-файлов. Источники. X-файлов и редактор в составе утилит. Использование Billboard-ов для ускорения рендеринга.
Работа с MS DXSDK, его SampleBrowser-ом и примерами для версий 9.0 и 9.0с. Использование примеров Tutorial и примеров из папки Samples\C++\Direct3D. Общие классы и методы раздела Samples\C++\Common. Состав и возможности утилит MS DXSDK.
13. Методы и алгоритмы трехмерной графики. Реалистичная визуализация 3d-сцен (4 часа)
Модели отражения и преломления света (Lighting and Shading Models). Зеркальное отражение (Specular Lighting Equation from DirectX). The Halfway Vector. Диффузное отражение. Рассеянный свет. Учет ослабления. Материалы. Модели материалов и закрашивание поверхностей. Модели отражения света (зеркальное, диффузное, закон Ламберта). Метод Гуро. Метод Фонга. Модели преломления света. Неидеальное преломление света. Введение в трассировку лучей (Raytrasing). Прямая трассировка. Метод обратной трассировки (от точки наблюдения): содержание; ограничения метода; модель Уиттеда; структура базовой операции.
Локальное и глобальное освещение. функция двунаправленного отражения (Bidirectional Reflection Distribution Function или BRDF), принцип Гельмгольца. Уравнение Фредгольма второго рода. Главный недостаток метода трассировки. Метод Radiosity. основное уравнение Radiosity для энергии, рассеиваемой элементом. метод прогрессивного уточнения и техника стохастической релаксации излучаемости (Stochastic Relaxation Radiosity). Взаимное дополнение методов.
14. Удаление невидимых элементов. Тени. Оптимизация вычислений (2 часа)
Модели описания поверхностей. Аналитическая модель, параметрические полиномиальные поверхности, NURBS-куски. Полигональное представление трехмерных объектов (векторная полигональная модель). Линейно-узловая модель. Стрипы и фэны. Воксельная модель. Равномерная сетка. Неравномерная сетка. Изолинии
Каркасная визуализация. Удаление невидимых точек, линий (алгоритмы Робертса и Аппеля). Сортировка по глубине (метод художника). Метод плавающего горизонта. Удаление невидимых поверхностей. Метод Z-буфера. Метод построчного сканирования.
Моделирование отражение окружающей среды. Хромированное отображение (chrome mapping). Отображения среды (environment mapping): метод окружающей сферы; метод окружающего куба. Построение теней. Основные подходы: проецирование модели "на землю" и в текстуру; использование буфера теней; теневые объёмы (на основе трассировки). Stencil-буфер.
Методы оптимизации: отсечение нелицевых граней, метод оболочек, разбиение пространства, иерархии, когерентность.
15. Шейдеры в 3d-графике (4 часа)
Принципы и средства программирования графических 3D акселераторов. Вершинные и пиксельные (фрагментные) шейдеры: архитектура, принципы работы и возможности первых вершинных и пиксельных шейдеров, система команд и язык программирования первых версий шейдеров. Понятие проходов, техник и эффектов.
Эволюция шейдеров. Архитектура и возможности шейдеров 3 версии. Возможности современных акселераторов. Тенденции развития шейдеров на примере шейдеров 4 версии.
Языки программирования шейдеров на примере языка GLSL (или MS HLSL). Возможности шейдеров реализованные в языке программирования. Правила работы с константными и другими регистрами шейдеров, трансляция и активизация шейдерной программы внутри программы, написанной на языке C# (или С++). Примеры реализации ряда динамических эффектов компьютерной графики на шейдерах.
16. Методы моделирования природных объектов и явлений с применением шейдеров (4 часа)
Методы моделирования шумов: метод смещения средней точки, шумы Перлина.
Метод билбордов на примере моделирования леса деревьев и на примере моделирования меха.
Методы моделирования ландшафтов. Сложные маски для комбинирования текстур на рельефе. Управляющие текстуры.
Методы моделирования динамических сцен на примере моделирования движений плавающего дельфина и на примере игры света на дне (каустики).
Методы моделирования окружающей среды. Метод окружающего куба. Моделирование движения облаков.
Методы моделирования водных поверхностей. Моделирование отражения окружающей среды и объектов сцены. Моделирование преломления света. Моделирование волнения поверхности.
17. Научная графика. Компьютерная анимация и мультимедиа (4 часа)
Редакторы для набора и верстки формул для научных текстов. История вопроса. Возможности MS Equation, TeX, Scientific Work Place.
Системы векторной графики для построения плоских и пространственных графиков и диаграмм, отображения результатов экспериментов. История вопроса. Возможности CorelDraw, MM Flash, MatLab. Возможности систем в области формул, векторной графики, визуализации трехмерных функций, потоков, построении сечений, и анимации.
Покадровая анимация; метод ключевых состояний и твининг, анимация камеры; система сценариев; анимация сочлененных структур и скелета: прямая и обратная кинематика; компьютерное зрение, захват движения, OpenCV; процедурная анимация; деформация.
Метод Volume Rendering-а. Примеры прикладных задач.
Технологии работы с мультимедиа: текст, аудио, видео и графика; принципы устройства систем мультимедиа; программные средства для разработки приложений мультимедиа; виртуальная реальность.
19. Основы программирования звука в DirectSound (4 часа)
Основные черты и понятия DirectSound. Звуковые буферы. Уровни взаимодействия. Общая схема взаимодействия программы и DirectSound.
Программирование в DirectSound. Структуры, используемые при работе с подсистемой: параметры устройства воспроизведения; параметры звукового буфера; описатель создаваемого буфера; параметры устройства захвата; параметры буфера захвата; описатель создаваемого буфера захвата; описатель позиции для уведомления. Уведомление приложения о наступлении событий.
Набор интерфейсных функций подсистемы. Базовые интерфейсы и внеинтерфейсные функции высшего уровня. Интерфейсы IUnknown и IDirectSound. Запрос параметров и конфигурирование звукоизлучателей. Интерфейс IDirectSoundBuffer: восстановление памяти потерянного буфера; установка формата; обновление; play/stop; установка дискретизации; установка положения источника. Запись звука. Интерфейс IDirectSoundCapture. Создание буфера захвата. Интерфейс IDirectSoundCaptureBuffer.
Интерфейс IDirectSoundNotify. SetNotificationPositions - заказ позиций уведомления. Интерфейс IKsPropertySet. QuerySupport - опрос наличия поддержки свойства и установка свойства. Оптимизация вывода звука в DirectSound.
Тематический план дисциплины
Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам) | ||||
Лекции | Практические занятия | Самостоятельная работа | Контрольные работы | |||||
1. 1 | Введение. Компьютерная графика в информационных системах | 4 | 1 | 2 | 0 | 2 | ||
2. 2 | Теория цвета. Цвет и цветовые модели | 4 | 2 | 2 | 2 | 2 | ||
3. 3 | Принципы программирования 2d-графики и графического интерфейса пользователя | 4 | 3 | 2 | 0 | 2 | Проверка самостоятельной (домашней) работы | |
4. 4 | Обработка изображений, фильтры | 4 | 4, 5 | 4 | 8 | 2 | Проверка самостоятельной работы | |
5. 5 | Параметрические полиномиальные кривые и поверхности | 4 | 6 | 2 | 0 | 2 | Проверка самостоятельной работы | |
6. 6 | Базовые растровые алгоритмы | 4 | 7 | 0 | 0 | 3 | ---“---- | |
7. 7 | Основные алгоритмы вычислительной геометрии | 4 | 8 | 2 | 0 | 1 | ---“---- | |
8. 8 | Фракталы. Метод систем итеративных функций | 4 | 9 | 0 | 0 | 3 | Проверка самостоятельной работы | |
9. 9 | Координатный метод в компьютерной графике | 4 | 10,11 | 4 | 0 | 3 | ||
10. | Графический 3d-конвейер и синтез изображений | 4 | 12 | 2 | 0 | 1 | ||
11. | Методы текстурирования | 4 | 13 | 2 | 0 | 1 | ||
12. | Базовые программные средства 3D-графики. OpenGL или DirectX | 4 | 13 | 0 | 4 | 2 | Проверка самостоятельной работы | |
13. | Методы и алгоритмы трехмерной графики. Реалистичная визуализация 3d-сцен | 4 | 14, 15 | 4 | 8 | 6 | ---“---- | |
14. | Удаление невидимых элементов. Тени. Оптимизация вычислений | 4 | 16 | 2 | 0 | 2 | ||
15. | Шейдеры в 3d-графике | 4 | 17,18 | 4 | 6 | 2 | ---“---- | |
16. | Методы моделирования природных объектов и явлений с применением шейдеров | 4 | 15-17 | 0 | 2 | 4 | ---“---- | |
17. | Научная графика. Компьютерная анимация и мультимедиа | 4 | 18 | 0 | 2 | 2 | ---“---- | |
18. | Основы программирования звука в DirectSound | 4 | 18 | 0 | 0 | 4 | ||
Итого: | 32 | 32 | 44 | Форма итоговой аттестации: Курсовая работа |
5. Образовательные технологии
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 |
