UIN3034 Výp. geometrie a počítačová grafika I

Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
zima 2016
Rozsah
2/2/0. 6 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
doc. RNDr. Luděk Cienciala, Ph.D. (přednášející)
doc. RNDr. Luděk Cienciala, Ph.D. (cvičící)
Garance
doc. RNDr. Luděk Cienciala, Ph.D.
Ústav informatiky – Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
Předpoklady
Základy práce s PC, základy analytické geometrie v rozsahu středoškolské matematiky.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Obsahem předmětu je počítačová grafika ve 2D, základní algoritmy, základy geometrie využívané v počítačové grafice.
Osnova
  • 1. Úvod - počítačová grafika, vektorová a rastrová grafika, technické prostředky pro počítačovou grafiku, barvy, barevné modely, aditivní barevný model, subtraktivní barevný model, RGB, RGBA, CMY, CMYK, HSV, HLS, YUV, YCBCR, palety - 3-3-2, 7-12-3, adaptovaná barevná paleta, grafické systémy.

    2. Obraz a jeho reprezentace, digitalizace, kvantování, vzorkování, Fourierův obraz, dopředná a zpětná Fourierova transformace, Shannonův vzorkovací teorém a frekvenčně omezená funkce, rekonstrukce spojité funkce, alias, antialising, odstranění aliasu, vzorkování s vyšší frekvencí, filtrace, stochastické vzorkování, rozstřesení.

    3. Reprezentace rastrového obrazu, matice, indexový mód, kvadrantový strom, komprese rastrového obrazu, RLE, Huffmanovo kódování, LZW, fraktální komprese, příklady rastrových formátů, PCX, GIF, PNG, TGA, TIFF, formáty pro animované sekvence MPEG, další formáty, BMP, DICOM, JPEG.

    4. Počítačová grafika v dvojrozměrném prostoru, rasterizace úsečky, DDA algoritmus, Bresenhamův algoritmus, kresba přerušované čáry, kresba silné čáry, rasterizace kružnice, kresba kružnice pomocí úseček, Bresenhamův algoritmus pro kresbu kružnice, rasterizace elipsy.

    5. Křivky - vyjádření a základní vlastnosti křivek, modelování křivek, racionální křivky, neracionální křivky, interpolační, aproximační křivky, Fergusonovy kubiky, Bézierovy křivky, algoritmus Casteljau, Béierovy kubiky, B-spline křivky, Coonsova kubika, NURBS křivky, spojitost

    6. Generování značek, znaků, písmo, písmo čárové, rastrové, problémy s estetickým vzhledem vykresleného textu, oblasti, vyplňování polygonálních oblastí, řádkové vyplňování, vyplňování vzorem, šrafování, vyplňování hranice nakreslené v rastru, 4spojitá, 8spojitá oblast, jednoduché semínkové vyplňování, řádkové semínkové vyplňování, vyplňování rastrové oblasti vzorem, šrafování rastrové oblasti, řádkové vyplňování se seznamem aktivních hran, inverzní vyplňování, vyplňování šablony.

    7. Transformace okno, formát, ořezávání, ořezávání úsečky, ořezávání s pomocí kódů oblasti, postupné půlení úsečky, parametrické ořezávání, ořezání polygonu, Sutherland-Hodgmanův algoritmus, Weiler-Athertonův algoritmus

    8. Transformace barev, polotónování, rozptylování, náhodné rozptýlení, maticové rozptýlení, distribuce zaokrouhlovací chyby, barevná paleta

    9. Mapování, dopředné mapování, zpětné mapování, separabilní operace, převzorkování, konvoluce, geometrické transformace lineární, nelineární, změna rozlišení, interpolace nejbližším sousedem, bilineární interpolace, Parzenovo okno, otáčení diskrétního obrazu, histogram, operace s vyhledávací tabulkou, často používané operace - prahování, ohraničené prahování, gama korekce, ekvalizace.

    10. Geometrie - afinní prostor, euklidovský prostor, kartézská soustava souřadnic, shodná zobrazení euklidovského prostoru, shodnosti v E2, shodnosti v E3, podobná zobrazení eukleidovského prostoru, změna měřítka a složené transformace, souřadné systémy a transformace, velikost vektoru a vzdálenost dvojice bodů, skalární součin vektorů, vektorový součin vektorů, smíšený součin vektorů, vzdálenost bodu od přímky v rovině, vzdálenost bodu od přímky v prostoru, poloha bodu vůči přímce a úsečce, poloha bodu vůči kružnici a kouli, vzdálenost bodu od roviny, poloha bodu vůči mnohoúhelníku, kružnice zadána třemi body, analytická geometrie.
Literatura
    doporučená literatura
  • Klawonn, F. Introduction to Computer Graphics: Using Java 2D and 3D. Springer, 2012. ISBN 9781447127321. info
  • Sarfraz, M. Interactive Curve Modeling: With Applications to Computer Graphics, Vision and Image Processing. Springer, 2010. ISBN 9781849966634. info
  • Mark de Berg a kol. Computational Geometry: Algorithms and Applications. Springer, 2008. ISBN 9783540779735. info
  • Agoston, K., M. Computer Graphics and Geometric Modelling: Implementation & Algorithms. Springer, 2005. ISBN 9781852338183. info
  • Egerton, P. A., Hall, W. S. Computer Graphics - Mathematical first steps. Pearson Education, 1999. info
  • ŽÁRA, J., BENEŠ, B., FENKEL, P. Moderní počítačová grafika. Brno Computer Press, 1998. ISBN 80-7226-049-9. info
  • Hudec, J. Algoritmy počítačové grafiky. Praha, ČVUT, 1997. info
  • Granát, L., Selechovský, H. Počítačová grafika. Praha, ČVUT, 1995. info
  • Drs, L., Ježek, F., Novák, J. Počítačová grafika. Praha, ČVUT, 1995. info
  • Sobota, B. Počítačová grafika a jazyk C. České Budějovice, KOOP, 1995. info
  • Žára, J., Sochor, J. Algoritmy počítačové grafiky. ČVUT Praha, 1993. info
  • Skála, V. Světlo, barvy a barevné systémy v počítačové grafice. Praha, ČVUT, 1993. info
  • Drdla, J. Metody modelování křivek a ploch v počítačové geometrii. Olomouc, UP, 1992. info
  • Slavík, P. Metody zpracování grafické informace. Praha, ČVUT, 1992. info
  • Poláček, J., Ježek, G., Kopincová, E. Počítačová grafika. Praha, 1991. info
  • Heinz-Otto Leitgen, Peter H. Richter. The Beauty of Fractals. Springer, 1986. ISBN 9783540158516. info
  • Drs, L. Plochy ve výpočetní technice. Praha, ČVUT, 1984. info
Výukové metody
Přednáška s aktivizací
Přednáška s analýzou videozáznamu
Metody hodnocení
Zkouška
Informace učitele
Informace týkající se podmínek udělení zápočtu:
- Student prezenčního studia píše v rámci cvičení dva zápočtové testy bodované maximálně 30 body za každý test.
o 1. test se skládá ze 3 částí:
- Část teoretická (10 bodů)
- Část početní (10 bodů)
- Část praktická (10 bodů)
o 2. test se skládá ze 2 částí:
- Část teoretická (20 bodů)
- Část praktická (10 bodů)
o Nutnou podmínkou pro možnost vykonání testu je přihlášení na příslušný termín konání zápočtového testu na stránkách: http://axpsu.fpf.slu.cz/~cie10ui/index.php.
- V rámci semestru mohou studenti získat prémiové body (maximálně však 10 bodů) za odevzdání praktické úlohy v den konání cvičení, na kterém byla úloha zadána nebo za řešení složitější početní úlohy.
- Každý student zpracovává zadaný projekt, který je ohodnocen maximálně 30 body.
o Odevzdání projektu je nutnou podmínkou pro udělení zápočtu.
o Na vybraný projekt se mohou přihlásit nejvýše dva studenti prezenčního studia druhý týden příslušného semestru akademického roku a to na stránkách:
http://axpsu.fpf.slu.cz/~cie10ui/index.php.
o Nejzazší termín odevzdání projektu je zápočtový týden příslušného semestru. Za každý další započatý týden se maximální počet bodů, které student může za projekt získat, snižuje o 50 procent.
o Součástí projektu je i uživatelská příručka, kde jsou popsány použité postupy, algoritmy.
- Pro udělení zápočtu je nutné celkem získat (2 testy + projekt) 55 bodů.
Informace týkající se zkoušky:
- Ze zkouškové písemky je možné získat 70 bodů.
o Pro úspěšné vykonání je potřeba získat minimálně 35 bodů.
- Známka je stanovena součtem bodů za zkoušku a bodů, které student získal v rámci semestru.
- Stupnice:
Hodnocení Body
A 160 147
B 146 133
C 132 119
D 118 105
E 104 91
F 90 0
Další komentáře
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je zařazen také v obdobích zima 1993, zima 1994, zima 1995, zima 1996, zima 1997, zima 1998, zima 1999, zima 2000, zima 2001, zima 2002, zima 2003, zima 2004, zima 2005, zima 2006, zima 2007, zima 2008, zima 2009, zima 2010, zima 2011, zima 2012, zima 2013, zima 2014, zima 2015, zima 2017, zima 2018, zima 2019, zima 2020, zima 2021, zima 2022, zima 2023, zima 2024.