Аннотация к рабочей программе...

3

Аннотация к рабочей программе дисциплины

«Программируемые системы визуализации»

Дисциплина «Программируемые системы визуализации» реализуется в рамках

образовательной программы высшего образования – программы бакалавриата 09.03.01

ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА. КОМПЬЮТЕРНЫЕ НАУКИ И

СИСТЕМОТЕХНИКА по очной форме обучения на русском языке.

Место в образовательной программе:

Дисциплина «Программируемые системы визуализации» реализуется в 7 семестре в рамках

части, формируемой участниками образовательных отношений, Блока 1 дисциплин (модулей) и

является дисциплиной по выбору.

Для успешного освоения дисциплины необходимы базовые знания приобретенные в

результате освоения предшествующих дисциплин Введение в алгебру и анализ, Введение в

дискретную математику и математическую логику, Императивное программирование,

Декларативное программирование, Объектно-ориентированное программирование 1, Объектно-

ориентированное программирование 2, Физика 1, Физика 2.

Содержание дисциплины охватывает круг вопросов, связанных с обучением базовым

знаниям, современным технологиям и практическим навыкам для работы с двумерной и

трехмерной компьютерной графикой

Данный курс является базовым для работы в рамках практики и выполнения выпускной

квалификационной работы.

Дисциплина «Программируемые системы визуализации» направлена на формирование

компетенций:

ПК-1 Способен разрабатывать требования и проектировать программное

обеспечение

ПК-3 Способен осуществлять концептуальное, функциональное и логическое

проектирование систем среднего и крупного масштаба и сложности

Перечень основных разделов дисциплины: Преподавание дисциплины предусматривает проведение следующих видов учебных

занятий: лекции, практические занятия.

Основные темы:

Основы двумерной графики

Растрирование на плоскости

Основы визуализации трехмерных данных

Алгоритмы сжатия изображений

Методы анимации

Глобальная и локальная модель освещения

Телевизионная графика

Текстурирование

Прозрачность

Методы построения теней.

Законы визуального восприятия

Особенности отображения сложных моделей

Общий объем дисциплины – 3 зачетные единицы (108 часов)

4

Правила аттестации по дисциплине.

Текущая аттестация по дисциплине «Программируемые системы визуализации»

проводится в форме заданий, устных опросов. Промежуточная аттестация провидится в

формате экзамена.

Промежуточная аттестация по дисциплине производится: в 7 семестре в виде экзамена.

По результатам аттестации выставляется оценка по шкале «неудовлетворительно»,

«удовлетворительно», «хорошо», «отлично». Оценки «отлично», «хорошо»,

«удовлетворительно» означают успешное прохождение промежуточной аттестации.

Учебно-методическое обеспечение дисциплины.

Учебно-методические материалы по дисциплине «Программируемые системы визуализации»

выложены на странице курса в сети Интернет:

http://e-lib.nsu.ru/dsweb/Get/Resource-2069/page001.pdf

https://www.dropbox.com/sh/qdextik8m4t2f9b/AAAXcJBo6Hatnvx9EOQz6mIZa?dl=0



5

1. Внешние требования к дисциплине

Таблица 1.1

Компетенция ПК-1 Способен разрабатывать требования и проектировать

программное обеспечение

ПК-1.6

Способен на основе знания первых принципов информатики и широкой

эрудиции в моделях и методах с ней связанных проектировать программно-

аппаратные средства для решения практических задач на основе как

неформального технического задания, так и формальных спецификаций.

Компетенция ПК-3 - Способен осуществлять концептуальное, функциональное и

логическое проектирование систем среднего и крупного масштаба и сложности

ПК-3.1 проводить эксперименты по заданной методике и анализировать результаты

2. Требования к результатам освоения дисциплины

Таблица 2.1

Результаты изучения дисциплины по уровням освоения

(иметь представление, знать, уметь, владеть)

Формы организации занятий

Лекции

Практики

/

семинары

Самостояте

льная

работа

ПК-1.6 Способен на основе знания первых принципов информатики и широкой эрудиции в

моделях и методах с ней связанных проектировать программно-аппаратные средства для

решения практических задач на основе как неформального технического задания, так и

формальных спецификаций.

1 Знать форматы представления графической информации;

алгоритмы дизеринга и подбора палитры;

традиционные алгоритмы сжатия изображений (RLE,

LZW, JPEG, MPEG); различные методы визуализации

трехмерных объектов; базовые алгоритмы построения 2D и

3D-изображений.

+ + +

ПК-3.1 проводить эксперименты по заданной методике и анализировать результаты

2. Уметь моделировать физические или иные процессы

средствами D3DX, уметь применять на практике

инструменты построения и анимации 3D-сцен средствами

D3DX.

+ + +

3. Содержание и структура учебной дисциплины

Таблица 3.1

Темы лекций

Активные

формы,

час.

Часы

Ссылки на

результаты

обучения

Семестр: 7

Физиология цветового зрения. Цветовые системы

координат. Векторная и растровая графика.

Пространственное разрешение. Размеры изображения.

Палитра, цветовое разрешение. Методы уменьшения

цветового разрешения (подбор палитры), дизеринг:

цветовой срез, метод упорядоченного возбуждения,

4 4 1, 2

6

распространение ошибки, метод цветовых кубов,

комбинированные методы.

Растрирование на плоскости. Алгоритм Брезенхема для

растрирования отрезка и дуги. Кривые Безье.

Векторизация кривых. Растрирование контуров.

Микширование в прямом и обратном порядке.

Основы трехмерной графики. Вектор в пространстве.

Системы координат. Проекция. Обобщённые координаты.

Грань. Проекция грани. Клипирование.

4 4 1, 2

Простые алгоритмы сжатия изображений: RLE, LZW.

Сложные алгоритмы сжатия изображений: JPEG, Wavelet.

Алгоритмы сжатия последовательностей изображений:

MPEG (1,2,4).

4 4 1, 2

Анимация предметов и камеры. Методы анимации. Веса

вершин. Skeleton. Lipsync.

Цвет. Билинейная интерполяция. Нормаль в точке.

Источники освещения. Модели освещённости. Блик.

Интерполяция Гуро. Интерполяция Фонга. Туман.

4 4 1, 2

Телевизионная графика. Стандарты цветного телевидения:

NTSC, PAL, SECAM. Уплотнение спектра (гребенчатый

фильтр). Искажения, возникающие при передаче

телевизионных изображений.

Текстура, текстурные координаты. Фильтрация. Методы

расчёта текстурных координат. Мультитекстурирование:

Bump, тени, отражения.

4 4 1, 2

Пиксельные шейдеры.

Полупрозрачность. (Полупрозрачность и Z) Альфа-

Блендинг. Способы удаления невидимых частей

поверхностей (метод художника и Z-буфер).

Антиэлайзинг.

4 4 1, 2

Методы построения теней.

Законы визуального восприятия: иерархия отношений

зрения и слуха, принцип избыточности, принцип

группировки, восприятие пространства, восприятие

движения и событий. Принципы анимации по Диснею.

4 4 1, 2

Особенности построения сложных моделей. Иерархия

моделей. Клипирование. Ландшафт. Деревья.

Рэйтрейсинг. Радиосити.

Особенности анимации сложных моделей. Эффекты.

Системы частиц. Огонь, дымы, пары. Трава, деревья,

водная поверхность.

4 4 1, 2

Итого: 32 32

7

Таблица 3.2

Темы практических занятий

Активные

формы,

час.

Часы

Ссылки на


обучения

Учебная деятельность

Семестр: 7

Знакомство с D3DX.

Основные интерфейсы

Direct3D. Конвейер

рендеринга кадров.

2 2 1, 2 Разбор теоретической темы,

представленной на лекции,

решение задач

Создание устройства, Vertex

buffer, Index buffer. Рендеринг

кадра. Момент переключения

кадра из рендеринга в

отображение.




Анимация модели в D3DX.

Иерархия матриц.




Знакомство с вершинными

шейдерами.




Управление вершинными

шейдерами.




Построение «гладких»

объектов.




Построение модели из многих

объектов.




Источники освещения в

D3DX.




Анимация источников

освещения в D3DX.




Мэпирование текстурных

координат.




Знакомство с текстурными

шейдерами.




Z-буфер. Прозрачность. 2 2 1, 2 Разбор теоретической темы,



Управление параметрами

антиэлайзинга.




Управление сложностью

отображаемой иерархической



8

модели в D3DX. решение задач

Моделирование сложных

объектов на примере модели

дерева (далеко – одна

плоскость, недалеко –

несколько плоскостей, совсем

близко – сложная модель с

текстурными шейдерами).




Моделирование сложных

объектов на примере

рендеринга водной

поверхности.




4. Самостоятельная работа бакалавров

Таблица 4.1

№ Виды самостоятельной работы

Ссылки на


обучения

Часы на

выполнени

е

Часы на

консультаци

и

Семестр: 7

1

изучение разделов дисциплины по учебной

литературе, в том числе вопросов, не

освещаемых на лекциях

1, 2 10

Изучение предлагаемых теоретических разделов в соответствии с настоящей

Программой. Учебно-методические материалы по дисциплине «Программируемые

системы визуализации» выложены на странице курса в сети Интернет

2

Подготовка к практическим занятиям, к текущему

контролю знаний 1, 2 20

Выполнение заданий, подготовка к контрольным работам

3 Подготовка к экзамену 1, 2 10

Повторение теоретического материала по вопросам, совпадающим с темами лекций

5. Образовательные технологии

В ходе реализации учебного процесса по дисциплине применяются лекционные и

практические занятия, а также применяются следующие интерактивные формы обучения

(таблица 5.1).

Таблица 5.1

1 Лекция в форме дискуссии ПК-1, ПК-3

Формируемые умения:

Знать методы построения основных распределенных алгоритмов. Уметь применять методы

построения распределенных алгоритмов при проектировании программного обеспечения

распределенных систем

Краткое описание применения: Представляется теория, проблематика вопросов, связанных

с распределенными вычислительными системами и сетями, обсуждаются идеи и способы

решения задач, рекомендованных для практических занятий

9

2 Портфолио ПК-1, ПК-3

Формируемые умения: Знать методы построения основных распределенных алгоритмов. Уметь применять методы

построения распределенных алгоритмов при проектировании программного обеспечения

распределенных систем Краткое описание применения: бакалавры ведут портфолио (оценки за задания, устные

опросы), которое является основой для проведения аттестации по дисциплине

Для организации и контроля самостоятельной работы бакалавров, а также проведения

консультаций применяются информационно-коммуникационные технологии (таблица 5.2).

Таблица 5.2

Информирование Адрес почты – сообщается бакалаврам на первом занятии.

Консультирование Адрес почты – сообщается бакалаврам на первом занятии.

Контроль Адрес почты – сообщается бакалаврам на первом занятии.

Размещение учебных

материалов

Адрес курса – сообщается бакалаврам на первом занятии.

6. Правила аттестации бакалавров по учебной дисциплине

Текущая аттестация по дисциплине «Программируемые системы визуализации»

проводится в форме заданий, устных опросов. Промежуточная аттестация провидится в

формате экзамена.

Примерный список контрольных работ:

Задание №1. Вводная задача по рендерингу куба.

Задание №2. Реализация анимации методом морфинга.

Задание №3. Реализация простой скелетной анимации.

Задание №4. Реализация локальной модели освещение.

Задание №5. Реализация алгоритма "tangent-space bump mapping".

Задание №6. Реализация алгоритмов фильтрации изображений на GPU.

Задание №7. Реализация примитивных теней методом проекции.

Задание №8. Задача по аналитической геометрии.

Примеры вопросов к экзамену:

Физиология цветового зрения. Цветовые системы координат. Растровая графика.

Пространственное разрешение и размеры изображения. DPI.

Растрирование на плоскости. Алгоритм Брезенхема. Векторизация кривых Безье.

Растрирование шрифтов.

Палитра. Алгоритмы дизеринга и построения палитры.

Простые алгоритмы сжатия изображений: RLE, LZW.

Задания

Задания выполняются самостоятельно с использованием знаний, полученных на лекциях и

практических работах. Задания выполняются строго последовательно. Оценка за контрольную

неделю для каждого из обучающихся выставляется по факту сдачи всех текущих заданий.

Для получения итоговой оценки «отлично» обучающийся должен выполнить и успешно

сдать минимум 7 заданий. Для оценки «хорошо» - 6 заданий. Для оценки «удовлетворительно»

- 5 заданий. Кроме этого, при ответе на вопросы билета на экзамене для получения итоговой

10

оценки «отлично» обучающийся должен продемонстрировать целостное представление по всем

темам, перечисленным в билете. Для оценки «хорошо» можно допускать некоторые неточности

по одной из тем. Для оценки «удовлетворительно» можно допускать некоторые неточности по

всем темам, но понимание базовых принципов должно быть полным.

На практических занятиях студенты вначале практикуются на отдельных заданиях и

примерах, затем выполняют индивидуальное задание.

По мере изучения самостоятельно выполнять контрольные задания и своевременно сдавать

их преподавателю. При возникновении вопросов при выполнении очередного контрольного

задания обращаться к преподавателю на ближайшем практическом занятии.

Среда разработки – Microsoft Visual C++ 2008 или выше. Обязательное использование

аппаратных ускорителей 3D-графики с поддержкой вершинных и пиксельных шейдеров.

Рекомендуется использовать документацию по инструментальным системам и

консультации преподавателя ведущего семинары по методике выполнения задания регулярно в

течение семестра.

При работе с литературой рекомендуется вначале находить в ней разделы, непосредственно

связанные с выполняемым заданием. Однако затем, в случае успешного выполнения заданий,

важно изучить окружающие разделы, т.к. это повышает общий уровень развития компетенций и

позволяет в конечном итоге более успешно усваивать материал курса.

График проведения текущей аттестации по дисциплине

Контрольная точка Срок сдачи (номер недели семестра)

Контрольная точка №1

Необходимо выполнить контрольные задания №№1-3 6





На экзамене не разрешается пользоваться литературой или конспектами по предмету при

подготовке ответа. Во время ответа студента преподаватель может задать вопрос, напрямую

связанный с тем, что отвечает студент.

Промежуточная аттестация по дисциплине производится: в 7 семестре в виде экзамена.

По результатам аттестации выставляется оценка по шкале «неудовлетворительно»,

«удовлетворительно», «хорошо», «отлично». Оценки «отлично», «хорошо»,

«удовлетворительно» означают успешное прохождение промежуточной аттестации.

В таблице 6.1 представлено соответствие форм аттестации заявляемым требованиям к

результатам освоения дисциплины.

11

Таблица 6.1

Коды

компет

енций

ФГОС

Результаты обучения

Формы

аттестации

семестр 7

портф

оли

о

экза

мен

ПК-1

ПК-1.6 Способен на основе знания первых принципов

информатики и широкой эрудиции в моделях и методах с ней

связанных проектировать программно-аппаратные средства для

решения практических задач на основе как неформального

технического задания, так и формальных спецификаций.

+ +

ПК-3 ПК-3.1 проводить эксперименты по заданной методике и

анализировать результаты + +

Требования к структуре и содержанию портфолио, оценочные средства, а также критерии

оценки сформированности компетенций и освоения дисциплины в целом, представлены в

Фонде оценочных средств, являющемся приложением 1 к настоящей рабочей программе

дисциплины.

7. Литература

Основная литература

1. Таранцев И.Г. Компьютерная графика : учебное пособие/ И.Г. Таранцев. - Новосибирск :

ИПЦ НГУ, 2017. - 69 с. ; То же [Электронный ресурс]. -

URL: http://e-lib.nsu.ru/dsweb/Get/Resource-2069/page001.pdf

Дополнительная литература (в т.ч. учебная)

2. Перемитина, Т.О. Компьютерная графика : учебное пособие / Т.О. Перемитина ;

Министерство образования и науки Российской Федерации, Томский Государственный

Университет Систем Управления и Радиоэлектроники (ТУСУР). - Томск : Эль Контент, 2012.

- 144 с. : ил.,табл., схем. - ISBN 978-5-4332-0077-7 ; То же [Электронный ресурс]. - URL:

http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=208688

Интернет-ресурсы

Таблица 7.1

№

п/п

Наименование Интернет-

ресурса Краткое описание

1. http:// www.nsu.ru/xmlui/ Электронная библиотека НГУ

2. http://www.spsl.nsc.ru Портал ГПНТБ СО РАН

3. http://www.hpl.hp.com/ptm. Tom Malzbender, Dan Gelb, Hans Wolters. Polynomial

Texture Mapping (PTM) Hewlett-Packard Laboratories

4. http://developer.nvidia.com. Cass Everitt and Mark J. Kilgard. Practical and Robust

Stenciled Shadow Volumes for Hardware-Accelerated

Rendering, NVIDIA Corporation, Copyright 2002

5. http://developer.nvidia.com. D. Sim Dietrich Jr. Per-Pixel Lighting NVIDIA Corporation,

Copyright 2002


http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=208688

http://www.hpl.hp.com/ptm

http://developer.nvidia.com/

http://developer.nvidia.com/

12

8. Учебно-методическое и программное обеспечение дисциплины

8.1. Учебно-методическое обеспечение

Таранцев И.Г. Компьютерная графика : учебное пособие/ И.Г. Таранцев. - Новосибирск : ИПЦ

НГУ, 2017. - 69 с. ; То же [Электронный ресурс]. http://e-lib.nsu.ru/dsweb/Get/Resource-

2069/page001.pdf


8.2. Программное обеспечение

Для обеспечения реализации дисциплины используется стандартный комплект

программного обеспечения (ПО), включающий регулярно обновляемое лицензионное ПО

Windows и MS Office.

Перечень специализированного программного обеспечения для изучения дисциплины

представлен в таблице 8.1.

Специализированное программное обеспечение Таблица 8.1

№ Наименование ПО Назначение Место размещения

1 Microsoft Visual Studio 2008 Среда разработки НГУ

2 DirectX SDK Среда разработки НГУ

ПО для лиц с ограниченными возможностями здоровья Таблица 8.2

№ Наименование ПО Назначение Место размещения

1 Jaws for Windows Программа экранного доступа к системным и

офисным приложениям, включая интернет-

обозреватели. Информация с экрана

считывается вслух, обеспечивая возможность

речевого доступа к самому разнообразному

контенту. Jaws также позволяет выводить

информацию на обновляемый дисплей

Брайля. JAWS включает большой набор

клавиатурных команд, позволяющих

воспроизвести действия, которые обычно

выполняются только при помощи мыши.

Ресурсный центр,

читальные залы

библиотеки НГУ,

компьютерные

классы (сетевые

лицензии)

2 Duxbury Braille

Translator v11.3 для

Брайлевского

принтера

Программа перевода текста в текст Брайля, и

печати на Брайлевском принтере

Ресурсный центр

3 "MAGic Pro 13"

(увеличение+речь)

Программа для людей со слабым зрением и

для незрячих людей. Программа позволяет

увеличить изображение на экране до 36 крат,

есть функция речевого сопровождения



библиотеки НГУ

9. Профессиональные базы данных и информационные справочные системы

1. Полнотекстовые журналы Springer Journals за 1997-2015 г., электронные книги (2005-

2016 гг.), коллекция научных биомедицинских и биологических протоколов SpringerProtocols,

коллекция научных материалов в области физических наук и инжиниринга SpringerMaterials,

реферативная БД по чистой и прикладной математике zbMATH.

2. Электронная библиотека диссертаций Российской государственной библиотеки (ЭБД

РГБ)

3. Электронные ресурсы Web of Science Core Collection (Thomson Reuters Scientific LLC.),

Journal Citation Reports + ESI

4. БД Scopus (Elsevier)




13

10. Материально-техническое обеспечение

Таблица 10.1

№ Наименование Назначение

1 Презентационное оборудование

(мультимедиа-проектор, экран, компьютер

для управления)

Для проведения лекционных и

практических занятий

Оборудование, обеспечивающее адаптацию электронных и печатных образовательных ресурсов

для обучающиеся из числа лиц с ограниченными возможностями здоровья

Таблица 10.2

№ Наименование

оборудования Назначение Место размещения

1 Принтер Брайля Печать рельефно-точечным шрифтом

Брайля Ресурсный центр

2 Увеличитель Prodigi

Duo Tablet 24

Устройство для чтения и увеличения

плоскопечатного текста




Специализированное

мобильное рабочее

место «ЭлНот 311»

Мобильный компьютер с дисплеем

брайля Ресурсный центр

Портативный

тактильный дисплей

Брайля “Focus 40 Blue”

Навигация в операционных системах,

программах и интернете с помощью

отображения рельефно-точечным

шрифтом Брайля получаемой

информации




Устройство для печати

тактильной графики

«PIAF»

Печать тактильных графических

изображений Ресурсный центр

Портативный видео-

увеличитель RUBY XL

HD

Увеличение текста и подбор контрастных

схем изображения Ресурсный центр

Складной настольный

электронный видео-

увеличитель «TOPAZ

PHD 15»



Электронный ручной

видео-увеличитель

ONYX Deskset HD 22”



Смартфон EISmart G3 Смартфон клавишным управлением и

озвученным интерфейсом, обучение

спутниковой навигации.

Ресурсный центр

FM-система «Сонет-

РСМ» РМ-3-1

Звуковая FM-система для людей с

нарушением слуха, улучшающая

восприятие голосовой информации

Большая физическая

аудитория главного

корпуса НГУ

Аннотация к рабочей программе...

Documents