Grafika komputerowa

fakultatywne

Wykład ma na celu zapoznanie uczestników z podstawowymi algorytmami i strukturami danych stosowanymi w grafice komputerowej. Przedstawiane wiadomości dotyczą algorytmów grafiki rastrowej, geometrii dwu- i trójwymiarowej, elementów geometrii obliczeniowej, modelowania geometrycznego, algorytmów widoczności i modeli oświetlenia.

Podstawowe algorytmy grafiki rastrowej: algorytmy Bresenhama rysowania odcinków i okręgów, oraz rysowania innych krzywych i wypełniania wielokątów. Algorytmy obcinania odcinków (Sutherlanda-Cohena, Lianga-Barsky'ego) oraz wielokątów (Sutherlanda-Hodgmana, Weilera-Athertona). (2 wykłady)

Elementy geometrii afinicznej: współrzędne kartezjańskie, jednorodne i barycentryczne, przekształcenia afiniczne, zmiany układu współrędnych. Rzuty równoległe i perspektywiczne. Stereoskopia (1--2 wykłady).

Elementy modelowania geometrycznego: krzywe i powierzchnie Beziera i B-sklejane, krzywe i powierzchnie NURBS. Powierzchnie rozpinane. Powierzchnie i bryły zakreślane. Niejawna reprezentacja powierzchni. (3--4 wykłady)

Reprezentacje obiektów trójwymiarowych: wielościany, bryły reprezentowane niejawnie. Konstrukcyjna geometria brył. Hierarchiczny opis scen. (1--2 wykłady)

Drzewa binarne, czwórkowe i ósemkowe. Drzewa binarnego podziału przestrzeni. Zastosowania drzew w zadaniach geometrii obliczeniowej. (1--2 wykłady)

Algorytmy rozstrzygania widoczności i wyznaczania cieni. Klasyfikacje algorytmow widoczności. Wybrane algorytmy przestrzeni danych i przestrzeni obrazu. (2 wykłady)

Heurystyczne modele oświetlenia: bezkierunkowego, Lamberta i Phonga. Metody Gourauda i Phonga cieniowania trójkątów. Tekstura odkształceń. (1 wykład)

Śledzenie promieni. Zasada działania algorytmu. Metody wyznaczania przecięć promieni z obiektami. Techniki przyspieszające. Połączenie z konstrukcyjną geometrią brył. Antyaliasing. Symulacja głębi ostrości. Układy cząsteczek. (2--3 wykłady)

- M. Jankowski, Elementy grafiki komputerowej, WNT, Warszawa 1990.

- J.D. Foley, A. van Dam, S.K. Feiner, J.F. Hughes, R.L. Phillips Wprowadzenie do grafiki komputerowej, WNT, Warszawa 1995.

- P. Kiciak, Podstawy modelowania krzywych i powierzchni. Zastosowania w grafice komputerowej, WNT 2005.

- M. de Berg, M. van Kreveld, M. Overmars, O. Schwarzkopf, Geometria obliczeniowa. Algorytmy i zastosowania, WNT, Warszawa 2007.

Wiedza i umiejętności:

1. zna podstawowe pojęcia związane z rastrową reprezentacją obrazów.

2. zna podstawowe fakty z geometrii, istotne dla tworzenia płaskich obrazów obiektów trójwymiarowych (współrzędne kartezjańskie, barycentryczne i jednorodne, przekształcenia afiniczne, rzutowanie).

3. zna podstawowe sposoby reprezentowania obiektów używanych jako modele przedmiotów przedstawianych na obrazach (m.in. krzywe, powierzchnie, bryły, obiekty o wymiarze ułamkowym, obiekty o nieokreślonej powierzchni) oraz sposoby budowania modeli obiektów złożonych z obiektów prostszych (operacje Eulerowskie, konstrukcyjna geometria brył).

4. zna podstawowe modele oświetlenia powierzchni (w tym modele Lamberta i Phonga), najczęściej stosowane w grafice komputerowej,

5. zna podstawowe algorytmy tworzenia obrazów, w tym metody określania widoczności, wyznaczania cieni oraz odbić zwierciadlanych.

6. umie stosować zdobytą na wykładzie wiedzę podczas pisania własnych programów generujących grafikę, w szczególności dobrać właściwe struktury danych i algorytmy do przedstawianych na obrazie obiektów.

7. zna triki umożliwiające osiąganie rozmaitych efektów na obrazach kosztem tańszym niż przez tworzenie dokładnego modelu matematycznego obrazowanych zjawisk.

Kompetencje społeczne:

1. rozumie podstawowe algorytmy używane w dostępnych pakietach oprogramowania, a także ograniczenia w tworzeniu grafiki.

2. umie się porozumieć z artysta - grafikiem nie mającym wykształcenia informatycznego, podczas wspólnej pracy nad projektami graficznymi.

Ćwiczenia są zaliczane na podstawie udziału w zajęciach i projektu programistycznego - napisanej samodzielnie aplikacji OpenGL-a o poziomie trudności dostosowanym indywidualnie do uczestnika zajęć.

Przedmiot kończy się egzaminem ustnym.