Белов С.Б.

Компьютерная графика в свете современных требований

/программа для аспирантов, продвинутых курсантов и студентов
МГУ им. адм. Г.И.Невельского/

Дается обзор понятий компьютерной графики и обработки изображений. Рассматриваются разделы двумерной (2D) и трехмерной (3D) графики. Разделы обработки и представления изображений включают: теорию цвета, растровое преобразование линий и многоугольников. Разделы трехмерной графики включают: проективную геометрию, представление кривых и поверхностей, моделирование и видовые преобразования, алгоритмы удаления невидимых поверхностей, модели отражения и алгоритмы освещения. Рассматривается пакет программирования графики OpenGL.

Программа

1. Введение.
Основные понятия компьютерной графики.
Место компьютерной графики в ряду других дисциплин: компьютерное зрение, обработка изображений,
распознавание образов, вычислительная геометрия.
Понятие о векторной и растровой графике.
Аппаратное обеспечение.

2. Векторная графика:
Примитивы.
Системы координат.
Преобразования.
Растровая графика:
Алгоритм Брезенхема для прямой и окружности.
Закраска произвольной области.
Закраска многоугольника.

3. Общие сведения о дискретном изображении и его представлении в ЭВМ.
Фильтрация изображений.
Хранение растровых файлов
Сжатие изображений.
Алгоритмы архивации изображений
Обработка и анализ изображений: выделение краев, выделение каркасной линии.

4. Представление цветов:
Визуальная система человека и восприятие цвета.
Цветовые системы RGB, CMY, HIS, YIQ (YUV).
Аддитивная система (RGB), Субтрактивная система (CMYK).
Цифровой фотоаппарат, мозаичность, устранение мозаичности.

5. Реализация на ЭВМ элементарных преобразований на плоскости и в пространстве (переносы, повороты, растяжения-сжатия, отражения).
Проекции.
Основные понятия и методы вычислительной геометрии.
Алгоритмы удаления невидимых линий и поверхностей., алгоритмы отсечения (Сазерленда-Коэна и др.).

6. Геометрическое моделирование:
Прямые Кривые Поверхности.
Системы координат.
Представление трехмерных данных и операции над моделями в различных представлениях.
Интерполяция и сплайны.
Кривые и поверхности Безье.

7. Синтез реалистичных изображений.
Фактура поверхности, модели освещенности, закраска Гуро и Фонга.
Метод трассировки лучей.
Метод излучательности.

8. Типовая схема графической обработки.
Типовая графическая система.
Графический интерфейс прикладного программиста. OpenGl, WEB3D, DirectX.
OpenGL - Кросс-платформенная библиотека функций для создания интерактивных 2D и 3D приложений:.
Определение геометрии.
Однородные координаты.
Локальные, мировые, экранные координаты.
Геометрические преобразования - Типы преобразований.
Комбинация, иерархия преобразований.
Графический конвейер.

9. Научная визуализация.
Изолинии.
Изоповерхности.
Картографические представления

10. Анимация.

11. Обзор графического программного обеспечения – Photoshop, CorelDraw, AutoCAD.
 
 

Литература:

1. П. Ньюмен, Р. Спрулл, "Основы интерактивной машинной графики" - Москва, Мир, 1976
2. Дж. Фоли, А. вэн Дэм, "Основы интерактивной машинной графики" - Москва, Мир, 1987
3. В. Гилой, "Интерактивная машинная графика" - Москва, Мир, 1981
4. Д. Роджерс, "Алгоритмические основы машинной графики" - Москва, Мир, 1989
5. Д. Роджерс, "Математические основы машинной графики" - Москва, Мир, 2001
6. Т. Павлидис, "Алгоритмы машинной графики и обработки изображений" - Москва, Радио и связь, 1986
7. Ю. Тихомиров, "Программирование трехмерной графики" - Санкт Петербург, BHV, 1998
8. У. Пратт, "Цифровая обработка изображений", т. 1, 2 - Москва, Мир, 1982 (гл. 2, 3, 12, 13, 17, 18, 20)
9. Р. Дуда, П. Харт, "Распознавание образов и анализ сцен" - Москва, Мир, 1976 (гл. 7,  9)
10. Э. Эйнджел, “Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL”, 2 изд. Пер. с англ.- Москва, Вильямс, 2001
11. Хилл.Френсис, “OpenGL. Программирование компьютерной графики. Для профессионалов” - Питер. 2002
12. Джеки Мейсон, Том Девис, Дейв Шрайнер, “OpenGL. Руководство по программиста” - Диа-Софт, 2002.
13. Херн Дональд, Бейкер Паулин, “Компьютерная графика и стандарт OpenGL” - М.: Вильямс. 2005
14. Шикин Е.В., Боресков А.В., "Компьютерная графика. Полигональные модели" - М., ДИАЛОГ- МИФИ - 2000
15. Боресков А. В., Шикин Е. В. "Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения" - М., ДИАЛОГ- МИФИ - 1995
16. Порев В.Н “Компьютерная графика” - СПб., BHV, 2002