Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Grafika komputerowa 1
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFM-1-507-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Fizyka Medyczna
Semestr:
5
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
Alda Witold (alda@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr inż. Kawecka-Magiera Barbara (Barbara.Kawecka@fis.agh.edu.pl)
Alda Witold (alda@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Student zna i rozumie podstawowe (przekazane na wykładzie) pojęcia grafiki komputerowej 3D obejmujące transformacje geometryczne, reprezentację obiektów 3D i podstawy ich modelowania, teorię barwy i modele oświetlenia, materiały i tekstury.
M_W002 Student dysponuje aktualną wiedzą na temat wybranych programów modelowania 3D i bibliotek graficznych.
Umiejętności
M_U001 Student potrafi stworzyć od podstaw scenę obiektów 3D, dobrać materiały i tekstury, ustalić oświetlenie, operować kamerą i ostatecznie wyrenderować całość w formie animacji.
M_U002 Student potrafi właściwie i sprawnie wykorzystać różne programy modelowania 3D, porównać je z sobą i racjonalnie wybrać najlepsze narzędzie.
Kompetencje społeczne
M_K001 Potrafi samodzielnie zdobyć odpowiednią wiedzę i umiejętności, niezbędne do realizacji ćwiczeń i projektów.
M_K002 Student umie przedstawić wykonany projekt w sposób komunikatywny i potrafi określić perspektywy jego zastosowania.
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Student zna i rozumie podstawowe (przekazane na wykładzie) pojęcia grafiki komputerowej 3D obejmujące transformacje geometryczne, reprezentację obiektów 3D i podstawy ich modelowania, teorię barwy i modele oświetlenia, materiały i tekstury. - - - - - - - - - - -
M_W002 Student dysponuje aktualną wiedzą na temat wybranych programów modelowania 3D i bibliotek graficznych. - - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi stworzyć od podstaw scenę obiektów 3D, dobrać materiały i tekstury, ustalić oświetlenie, operować kamerą i ostatecznie wyrenderować całość w formie animacji. - - - - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi właściwie i sprawnie wykorzystać różne programy modelowania 3D, porównać je z sobą i racjonalnie wybrać najlepsze narzędzie. - - - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Potrafi samodzielnie zdobyć odpowiednią wiedzę i umiejętności, niezbędne do realizacji ćwiczeń i projektów. - - - - - - - - - - -
M_K002 Student umie przedstawić wykonany projekt w sposób komunikatywny i potrafi określić perspektywy jego zastosowania. - - - - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

1. Wprowadzenie do grafiki komputerowej. Podstawowe pojęcia (4godz.)
Klasyfikacja grafiki komputerowej. Scharakteryzowanie grafiki rastrowej i wektorowej, grafiki 2D i 3D. Analiza podstawowej postaci potoku graficznego nieprogramowanego i programowanego. Krótka charakterystyka sprzętu komputerowego. Przegląd zastosowania grafiki komputerowej w różnych dyscyplinach nauki i techniki.

2. Tworzenie obiektów geometrycznych w grafice wektorowej 3D (4 godz.)
Reprezentacja powierzchni obiektów za pomocą siatki wielokątów. Uwaga na temat matematycznej reprezentacji powierzchni za pomocą funkcji parametrycznych i uwikłanych. Omówienie podstawowych obiektów. Operacje CSG i metody edycji siatek na przykładzie programu Art of Illusion.

3. Transformacje geometryczne (2 godz.).
Transformacje 3D. Omówienie przekształceń afinicznych. Reprezentacja przekształceń przez macierz transformacji. Używanie funkcji transformacji i bezpośrednie operowanie na macierzach. Składanie transformacji. Interpretacja transformacji w lokalnym i globalnym układzie współrzędnych. Ruch obiektów, a ruch kamery. Rzutowanie: rodzaje, parametry i macierze rzutowania

4. Postrzeganie barwne. Modele oświetlenia (2 godz.).
Krótkie omówienie teorii barwy i podstawowych modeli barwnych. Percepcja obrazu. Ogólne dywagacje na temat złożoności i efektywności modelu oświetlenia. Omówienie podstawowego modelu lokalnego ADS. Wprowadzenie normalnych do obliczania oświetlenia. Omówienie modeli Phonga, Blinna i interpolacji oświetlenia według Gourauda.

5. Globalne modele oświetlenia: śledzenie promienia i metoda energetyczna (2 godz.)
Omówienie podstaw metody śledzenia promieni, wariantów jej realizacji oraz technik przyspieszenia jej działania. Przedstawienie podstaw metody energetycznej, porównanie obu modeli, ich wad i zalet. Zastosowanie w renderowaniu w programie Art of Illusion.

6. Tekstury i ich mapowanie (4 godz.).
Podstawowe pojęcia dotyczące tekstur i ich parametrów. Wczytywanie tekstury z pliku. Tekstury proceduralne. Przedstawienie możliwości edytora tekstur na przykładzie programu Art. of Illusion.

7. Podstawy animacji (2 godz.)
Omówienie podstaw tworzenia animacji klasycznej i komputerowej. Animacja poklatkowa. Interpolacja ruchu. Przyład tworzenia animacji w Art of Illusion.

8. Podstawy języka opisu sceny w programie POV-Ray (4 godz.)
Omówienie elementów obiektowego języka opisu sceny programu POV-Ray. Zwrócenie uwagi na jego mocne strony: modelowanie i renderowanie powierzchni uwikłanych, użycie pętli do generowania powtarzalnych elementów sceny, użycie instrukcji warunkowych do programowania animacji.

9. Wprowadzenie do programu Blender (4 godz.)
Omówienie podstaw Blendera – profesjonalnego programu typu open source. Dokonanie krótkiego porównania między nim, a programem Art of Illusion. Zwrócenie uwagi na mocne strony Blendera. Przykłady realizacji w Blenderze modelowania zjawisk naturalnych – przepływu wody, fal morskich, dymu, itp.

10. Perspektywy grafiki komputerowej (2 godz.).
Wykład końcowy. Przedstawienie perspektyw sprzętowych i programowych dla grafiki komputerowej. Omówienie nowych narzędzi komunikacji człowieka z komputerem. Łączenie grafiki komputerowej z innymi dyscyplinami

Ćwiczenia laboratoryjne:

1. Wprowadzenie do programu Art of Illusion.
Efekty kształcenia:
- student potrafi zbudować prostą scenę, posługując się podstawowymi obiektami geometrycznymi,
- student potrafi zorganizować obiekty w hierarchiczne drzewa.

2. Edycja obiektów na przykładzie programu Art of Illusion
Efekty kształcenia:
- student potrafi wykorzystać narzędzia programu tworzenia brył obrotowych i wykonania różnych wariantów operacji typu extrude,
- student potrafi wykonać operacje edycji siatki wielokątów.

3. Barwa, oświetlenie i tekstury w programie Art of Illusion
Efekty kształcenia:
- student potrafi przypisać barwę i parametry materiałowe obiektom,
- student potrafi ustawić źródła światła, określić ich parametry i wykonać renderowanie oświetlonej sceny,
- student umie posługiwać się edytorem tekstur i potrafi wygenerować złożone tekstury proceduralne

4. Animacja w programie Art of Illusion
Efekty kształcenia:
- student potrafi wykonać prostą animację sceny, w której obiekty poruszają się wzdłuż wyznaczonych ścieżek,
-student potrafi wykonać automatyczną interpolację kształtu, orientacji w przestrzeni i innych parametrów w animowanych obiektach.

5. Złożenie kompletnego projektu w programie Art. of Illusion
Efekty kształcenia:
- student potrafi zaprojektować i zrealizować animację sceny, uwzględniając różne rodzaje oświetlenia, parametry materiałowe i nakładane tekstury.

6. Tworzenie i renderowanie scen w programie POV-Ray
Efekty kształcenia:
- student potrafi zbudować i wyrenderować scenę w programie POV-Ray,
- student umie wykorzystać instrukcję pętli do automatycznego zapełniania sceny obiektami.

7. Przygotowanie i wykonanie animacji zjawisk naturalnych w programie Blender
Efekty kształcenia:
- student potrafi poprawnie wybrać narzędzie, wbudowane do programu Blender, do zamodelowania animacji,
- student potrafi zrealizować i wyrenderować prostą animację: przepływu wody,fal morskich, tkaniny, obiektów elastycznych lub dymu (do wyboru).

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 175 godz
Punkty ECTS za moduł 7 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 100 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 30 godz
Przygotowanie do zajęć 15 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

W ramach laboratorium komputerowego studenci wykonują szereg ćwiczeń, za które mogą zdobyć określoną liczbę punktów. Procent uzyskanych punktów przeliczany jest zgodnie z Regulaminem Studiów AGH na ocenę końcową z laboratorium.

1. Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową niezbędne jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium oraz kolokwium zaliczeniowego z wykładu.
2. Obliczamy średnią ważoną z ocen z laboratorium (80%) i wykładów (20%) uzyskanych we wszystkich terminach.
3. Wyznaczmy ocenę końcową na podstawie zależności:
if sr>4.75 then OK:=5.0 else
if sr>4.25 then OK:=4.5 else
if sr>3.75 then OK:=4.0 else
if sr>3.25 then OK:=3.5 else OK:=3
Jeżeli pozytywną ocenę z laboratorium i zaliczenia wykładu uzyskano w pierwszym terminie oraz ocena końcowa jest mniejsza niż 5.0 to ocena końcowa jest podnoszona o 0.5

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Znajomość podstaw algebry liniowej (operacje na wektorach i macierzach)

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

• Jankowski M., Elementy grafiki komputerowej. Warszawa, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1990.
• Foley J.D. i inni, Wprowadzenie do grafiki komputerowej. Warszawa, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1995.
• Kuklo, K., Kolmaga,J. Blender – Kompendium, Helion 2007
• Dokumentacja programu Art of Illusion (www.artofillusion.org)
• Dokumentacja programu POV-Ray (www.povray.org)

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak