Инженерная и комьютерная графика

АВТОНОМНАЯ НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
« ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ »
Кафедра информационных систем и программирования
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Б3.Б.3
Инженерная и компьютерная графика
СОГЛАСОВАНО:
Проректор по научно – методической
работе__________________М.В.Кузнецова
(подпись, расшифровка подписи)
«29»августа 2015 г.
УТВЕРЖДАЮ:
Заведующий кафедрой информационных
систем и программирования
_______________________ Д.В.Тюпин
(подпись, расшифровка подписи)
протокол №__1__от «29»августа 2015 г.
Направление подготовки: 230100.62 «Информатика и вычислительная техника»
Профиль: «Программное обеспечение средств вычислительной техники и автоматизированных систем»
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: заочная
Курск – 201_
Составитель: Д.В.Тюпин
Рабочая учебная программа по дисциплине «Инженерная и компьютерная графика» предназначена для, обучающихся по направлению бакалавриата 230100.62 « Информатика и вычислительная техника».
Дисциплина «Инженерная и компьютерная графика» входит в базовую часть профессионального
цикла (Б3.Б.3)
Рабочая программа составлена на основании Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 230100.62 « Информатика и вычислительная техника» (квалификация (степень)
« бакалавр»), утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от20 мая 2010 г.
№ 544.
__________________________________________________________
Рабочая программа утверждена на заседании информационных систем и программирования протокол № 1 от «29»августа 2015 г.
Заведующий кафедрой
информационных систем и программирования
2
_________________ Д.В.Тюпин
Содержание
Название раздела программы
1
с.
Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю),
4
соотнесенных с планируемыми результатами освоения образовательной программы
2
Место дисциплины в структуре ООП ВПО
5
3
Объем дисциплины (модуля) в зачетных единицах с указанием количества
5
академических часов, выделенных на контактную работу обучающихся с
преподавателем (по видам занятий) и на самостоятельную работу обучающихся
4
Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам) с
6
указанием отведенного на них количества академических часов и видов
учебных занятий
5
Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы
21
обучающихся по дисциплине (модулю)
6
Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
21
обучающихся по дисциплине (модулю)
7
Перечень основной и дополнительной учебной литературы, необходимой для
37
освоения дисциплины (модуля)
8
Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
39
(далее - сеть "Интернет"), необходимых для освоения дисциплины
(модуля)*
9
Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
39
(модуля)
10
Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении
58
образовательного процесса по дисциплине (модулю), включая перечень
программного обеспечения и информационных справочных систем (при
необходимости)
11
Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления
образовательного процесса по дисциплине (модулю)
3
58
1 Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю), соотнесенных с
планируемыми результатами освоения образовательной программы
В результате освоения дисциплины обучающийся должен овладеть следующими знаниями,
умениями и навыками:
Коды
Результаты освоения
Перечень планируемых результатов
компетенций
ООП
обучения по дисциплине
по ФГОС
ОК-2
умеет логически верно, аргу- Знать: основные стандарты в области
ментировано и ясно строить инфокоммуникационных систем и техустную и письменную речь
нологии, в том числе стандарты Единой
системы программной документации;
Уметь: выбирать, комплексировать и
эксплуатировать программно аппаратные средства в создаваемых вычислительных и информационных системах
и сетевых структурах;
Владеть: языками процедурного и
объектно- ориентированного
про-
граммирования, навыками разработки
и откладки программ не менее, чем на
одном из алгоритмических процедурных языков программирования высокого уровня.
ПК-2
осваивать методики использо- Знать: методы и средства компьювания программных средств терной графики и геометрического
для решения практических
моделирования;
задач
Уметь: работать с современными системами программирования, включая
объектно – ориентированные;
Владеть: навыками работы с различными операционными системами и их
администрирования
ПК-6
обосновывать
проектные
принимаемые Знать
решения,
основы
осу- ориентированного
4
объектноподхода к про-
ществлять и выполнять экспе- граммированию;
рименты по проверке их кор- Уметь: инсталлировать, тестировать,
ректности и эффективности
испытывать
и использовать про-
граммно- аппаратные
средства вы-
числительных и информационных систем;
Владеть: методами описания схем баз
данных.
ПК-11
инсталлировать программное Знать: технологию разработки алгои аппаратное обеспечение для ритмов и программ, методы откладки
информационных и автомати- и решения задач на ЭВМ в различных
зированных систем
режимах;
Уметь: настраивать конкретные конфигурации операционных систем;
Владеть: методами выбора элементной базы для построения различных
архитектур.
2 Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина относится к дисциплинам базовая части учебного цикла – Б3
Профессиональный цикл.
Для изучения дисциплины необходимы знания, умения и компетенции, полученные на занятиях по дисциплинам: «Алгебра и геометрия», «Информатика», «Программирование».
Вместе с тем знания, умения и навыки, приобретенные при изучении данной дисциплины,
могут использоваться при изучении дисциплин «Сети и телекоммуникации», «Технология разработки программных продуктов», «Основы построения автоматизированных информационных
систем», « Объектно - ориентированное программирование», «Программирование в компьютерных сетях», «Разработка и эксплуатация удаленных баз данных », «Электротехника, электроника и
схемотехника».
3 Объем дисциплины (модуля) в зачетных единицах с указанием количества академических часов, выделенных на контактную работу обучающихся с преподавателем (по видам занятий) и на самостоятельную работу обучающихся
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц(180)
5
№
Виды учебной работы
ЗЕТ/час.
п/п
1
Общая трудоемкость
2
Аудиторная работа, в том числе:
180
12 час.
2.1
Лекции
4 час.
2.3
Лабораторные занятия
8 час.
3
Самостоятельная работа
4
Курсовая работа
5
Промежуточная аттестация:
5.1
164 час.
-
Зачет с оценкой
4
3 семестр
4 Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам) с указанием
отведенного на них количества академических часов и видов учебных занятий
4.1 Разделы дисциплины (модуля) и трудоемкость по видам учебных занятий (в
академических часах) для заочной формы обучения
Количество часов
№
те-
Наименование тем
мы
Всего
Л/
интер.ф.
1
1
2
3
4
Аудиторная
Внеа-
работа
уд.
Лабора-
ПЗ/
работа
торные/
итер.ф.
СР
6
7
интер.ф.
5
Задачи геометрического моделирования, отображение геометрической
10
2/1
8
10
2/2
8
2/1
8
2
8
модели в чертеже.
2
Аппарат проецирования, комплексный чертеж.
3
Точка, прямая, плоскость, линия, поверхность, их пересечения
4
Развертки поверхностей, способ замены плоскостей проекций
11
10
6
1/1
5
Метрические задачи
6
Позиционные задачи и аксонометрические проекции
7
Области применения компьютерной
графики
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
Тенденции построения современных
графических
систем:
графическое
ядро, приложения, инструментарий
для написания приложений
9
Стандарты в области разработки графических систем
10
Технические средства компьютерной
графики:
мониторы,
графические
адаптеры, плоттеры, принтеры, сканеры
11
Графические процессоры, аппаратная
реализация графических функций
12
Понятие конвейеров ввода и вывода
графической информации
13
Системы координат, типы преобразований графической информации
14
Форматы хранения графической информации
15
Принципы построения “открытых”
графических систем
16
2D и 3D моделирование в рамках
графических систем; проблемы геометрического моделирования; виды
геометрических моделей их свойства,
10
2/1
8
параметризация моделей; геометрические операции над моделями
17
Алгоритмы
отсечения,
визуализации:
развертки,
удаления
невидимых линий и поверхностей,
9
закраски
7
9
Способы создания фотореалистиче-
18
ских изображений
10
1
9
Основные функциональные возмож-
19
ности современных графических систем; организация диалога в графи-
9
9
9
9
ческих системах
Классификация и обзор современных
20
графических систем.
Подготовка к зачету с оценкой
4
Итого:
180
4/2
8/4
164
4.2 Содержание тем дисциплины
Таблица №1 - Содержание тем дисциплины
1
№
Наименование
темы
темы
1
2
Форма
Содержание темы
текущего контроля
3
4
Задачи геометриче-
Инженерная графика как средство
Тестирование,
ского моделирова-
графогеометрического моделирования
решение задач,
ния, отображение
и как современная учебная дисципли-
реферат/учебный
геометрической мо-
на. Средства и методы графического
проект
дели в чертеже.
моделирования трехмерного пространства. Графические основы геометрического моделирования во взаимосвязи традиционной и компьютерной технологий инженерной деятельности, системология геометрических
знаний. Трехмерное метрическое пространство, геометрические фигуры и
соответствующая им система геометрических отношений и свойств.
8
2
Аппарат проециро-
Виды
проецирования
вания, комплексный
инвариантные
чертеж.
Ортогональное
и
их Тестирование,
свойства. решение задач,
Основные
проецирование. реферат/учебный
типы
отображений:
обратимых проект
комплексный
аксонометрический
Центральное
и
чертеж.
и
параллельное
проецирование. Свойства проекций.
Плоскости проекций. Проецирование
точки. Элементы трехпроекционного
комплексного
Положение
чертежа
точки
в
точки.
пространстве
трехмерного угла. Конкурирующие
точки. Замена плоскостей проекций.
Прямоугольные
координаты
Задачи
точек.
параметрического
исследования
Обратимый чертеж. Эпюр.
3
Точка,
плоскость,
прямая, Проецирование прямой. Положение Тестирование,
линия, прямой в системе плоскостей проек- решение задач,
поверхность, их пе- ций, следы прямой, определение дли- реферат/учебный
ресечения
ны отрезка на эпюре. Взаимное поло- проект
жение двух прямых в пространстве.
Плоские и пространственные кривые
линии.
Плоскость, задание на чертеже. Положение плоскости в системе плоскостей проекций. Принадлежность прямой и точки плоскости. Главные линии плоскости. Следы плоскости, их
построение.
Взаимное
положение
двух плоскостей, прямой и плоскости.
Пересечение двух плоскостей.
Многогранники, их пересечение прямой и плоскостью. Кривые линии и
поверхности. Кривые поверхности и
9
поверхности вращения. Пересечение
поверхностей вращения плоскостью и
прямой. Пересечение поверхностей
вращения плоскостью частного и общего положения. Пересечение поверхностей вращения прямой. Взаимное пересечение поверхностей. Способ вспомогательных секущих плоскостей частного и общего положения.
Способ секущих сфер (концентрических и эксцентрических). Определение видимость линии пересечения
4
Развертки поверхно- Развертывание
поверхностей Тестирование,
стей, способ замены многогранников.
плоскостей
Развертки решение задач,
проек- поверхностей вращения. Построение реферат/учебный
ций
точных, приближенных и условных проект
разверток. Применение разверток в
технике и дизайне. Способ вращения
5
Метрические задачи
Задачи на определение расстояний Тестирование,
между геометрическими фигурами.
Задачи
на
решение задач,
определение реферат/учебный
действительных
величин
плоских проект
геометрических фигур и углов между
ними.
Задачи на построение в плоскости
общего положения геометрических
фигур по заданным размерам.
6
Позиционные задачи Задачи,
и
выражающие
отношения Тестирование,
аксонометриче- между геометрическими фигурами.
ские проекции
Задачи,
в
которых
общие
элементы
определяются реферат/учебный
геометрических проект
фигур.
Определение
общих
элементов
простейших геометрических фигур из
условия
принадлежности
10
решение задач,
(вспомогательные
позиционные
задачи).
Первая
позиционная
задача
(построение точек пересечения линии
и поверхности).
Вторая
позиционная
задача
(построение линии пересечения двух
поверхностей).
Способ вспомогательных сфер.
Особые
случаи
пересечения
поверхностей второго порядка.
Виды аксонометрических проекций,
коэффициенты искажения по осям
координат. Построение аксонометрии
основных геометрических тел
7
Области примене-
Цель,
задачи
и
структура
ния компьютерной
Предмет компьютерной графики. Роль решение задач,
графики
компьютерной
графики,
применения,
курса. Тестирование,
сферы реферат/учебный
назначение проект
компьютерной графики.
8
Тенденции построе-
Тестирование,
ния
современных Основные тенденции построения со- решение задач,
графических систем: временных графических система. Ме- реферат/учебный
графическое
приложения,
ядро, тоды и принципы работы графических проект
ин- ядер. Основные приложения, инстру-
струментарий
для ментария для их на-писания.
написания приложений
9
Стандарты в области Диалоговые устройства (логические), Тестирование,
разработки графиче- применяемые в графике. Междуна- решение задач,
ских систем
родный графический стандарт в обла- реферат/учебный
сти разработки графических систем.
10
Технические
сред- Понятие конвейеров, устройство кон-
проект
Тестирование,
ства компьютерной вейеров ввода и вывода графической
решение задач,
графики: мониторы, информации.
реферат/учебный
графические адапте-
проект
11
ры, плоттеры, принтеры, сканеры
11
12
13
Графические
про- Устройство графических процессоров
цессоры, аппаратная и их назначение, реализация аппарат-
решение задач,
реализация графиче- ных графических функций.
реферат/учебный
ских функций
проект
Понятие конвейеров Понятие конвейеров, устройство кон-
Тестирование,
ввода и вывода гра- вейеров ввода и вывода графической
решение задач,
фической информа- информации.
реферат/учебный
ции
проект
Системы координат, Понятие системы координат, основ-
Тестирование,
типы
преобразова- ные точки отсчёта, типы преобразова-
решение задач,
ний
графической ния графической информации.
реферат/учебный
информации
14
Тестирование,
Форматы
проект
хранения Форматы графических данных (фай- Тестирование,
графической
ин- лов). Сжатие графических данных.
формации
решение задач,
Графические форматы BMP и WMF: реферат/учебный
области применения, преимущества и проект
недостатки, особенности.
Графические форматы GIF и PNG: области применения, преимущества и
недостатки, особенности.
Графические форматы PSD и CDR:
области применения, преимущества и
недостатки, особенности.
Графические форматы JPEG и TIFF:
области применения, преимущества и
недостатки, особенности.
Графические форматы CWD, DWG и
DXF: области применения,
15
Принципы построе- Принадлежность точки линии. При- Тестирование,
ния
“открытых” надлежность точки поверхности. При- решение задач,
графических систем
надлежность линии поверхности. Пе- реферат/учебный
ресечение линии с линией. Пересече- проект
ние поверхности с поверхностью. Пе12
ресечение плоскостей. Стандартные
аксонометрические
проекции.
По-
строение геометрических фигур в аксонометрии по заданным ортогональным проекциям. Решение позиционных задач.
16
2D и 3D моделиро- Общая постановка задачи синтеза Тестирование,
вание в рамках гра- сложного трехмерного изображения. решение задач,
фических
систем; Этапы синтеза изображения, их ос- реферат/учебный
проблемы геометри- новное содержание и решаемые зада- проект
ческого
моделиро- чи.
вания; виды геомет- Виды геометрических моделей и их
рических
моделей свойства. Параметризация моделей.
их свойства, пара- Геометрические операции над модеметризация
моде- лями.
лей; геометрические Модели
геометрических
объектов,
операции над моде- применяемые в машинной графике.
лями
Способы
задания
геометрических
объектов
17
Алгоритмы
Алгоритмы вычерчивания отрез- Тестирование,
визуализации:
ков. Простой пошаговый алгоритм решение задач,
отсечения,
разложения отрезка в растр. Разложе- реферат/учебный
развертки, удаления ние в растр по методу цифрового проект
невидимых линий и дифференциального анализатора. Алповерхностей,
горитмы Брезенхема вычерчивания
закраски
отрезков.
Вычерчивание кривых. Алгоритм
Брезенхема для генерации окружностей.
Способы
генерации
растровых
изображений (формирование буфера
кадра). Растровая развертка в реальном времени. Групповое кодирование,
клеточное кодирование. Изображение
отрезков. Изображение литер.
13
Растровая
развертка
сплошных
областей. Заполнение многоу гольников. Простой алгоритм с упорядоченным списком ребер. Алгоритмы заполнение по ребрам, с перегородкой,
со списком ребер и флагом, с затравкой, построчный алгоритм заполнения
с затравкой.
Основы методов устранения ступенчатости
(алгоритм
Брезенхема,
фильтрация, отсечение, аппроксимация полутонами).
Двумерное отсечение. Простой
алгоритм определения видимости и
двумерное отсечение. Алгоритм Сазерленда-Коэна, основанный на разбиении отрезка. Алгоритм разбиения
средней точкой.
Обобщение алгоритма двумерного
отсечения выпуклым окном произвольного положения. Алгоритм Кируса-Бека. Внутреннее и внешнее отсечение (стирание). Отсечение невыпуклым окном.
Трехмерное отсечение. Алгоритм
отсечения средней точкой. Трехмерный алгоритм Кируса-Бека.
Отсечение многоугольников. Последовательное
угольника
отсечение
(алгоритм
много-
Сазерленда-
Ходжмена). Отсечение невыпуклыми
областями
(алгоритм
Вейлера-
Азертона). Отсечение литер.
Преобразования
в
трехмерном
пространстве. Задача удаления невидимых линий и поверхностей. Ее ме14
сто и роль в машинной графике. Классификация алгоритмов по способу
выбора системы координат (объектное
пространство, пространство изображений). Трехмерное представление
функций. Алгоритм плавающего горизонта.
Приближение и воспроизведение
поверхностей. Методы аппроксимации поверхностей. Использование поверхностей Кунса, Безье, поверхностей, построенных с помощью сплайнов.
Задача удаления невидимых линий в объектном пространстве. Алгоритм Робертса. Удаление невидимых
линий в пространстве изображений.
Алгоритм Варнока (разбиение окнами).
Удаление невидимых поверхностей.
Алгоритм
Вейлера-Азертона
(для объектного пространства).
Алгоритм,
использующий
Z-
буфер.
Алгоритм, использующий список
приоритетов.
Алгоритмы построчного сканирования. Алгоритмы построчного сканирования для криволинейных поверхностей.
Алгоритмы определения видимых
поверхностей путем трассировки лучей.
18
Способы
создания
Физические и психологические Тестирование,
фотореалистических
факторы, учитываемые при создании решение задач,
изображений
реалистичных изображений. Простая реферат/учебный
15
модель освещения.
проект
Метод Гуро закраски поверхностей (получение сглаженного изображения). Закраска Фонга (улучшение
аппроксимации кривизны поверхности). Модель освещения со специальными эффектами: учет направления и
концентрации света, ограничение области, освещаемой источником света.
Модель освещения, учитывающая
отражение. Учет прозрачности и преломления. Алгоритмы создания теней
и учета фактуры поверхности. Глобальная модель освещения с трассировкой лучей.
Прикладное использование трехмерной машинной графики и реалистических изображений: автоматизированное проектирование, распознавание
образов, восстановление форм скрытых объектов в медицине, тренажеры,
реклама, мультипликация.
19
Основные функцио-
Понятие структуры диалога. Ин- Тестирование,
нальные возможно- терактивные устройства. Базовые ме- решение задач,
сти
современных тоды диалога. Методы создания и ре- реферат/учебный
графических систем; дактирования изображений. Обьект- проект
организация диалога ноориентированный диалог. Способы
в графических си- реализации интерактивных графичестемах
ских систем. Применение интерактивных графических систем.
20
Классификация
и
Графические классы VCL под Тестирование,
обзор современных Windows. Понятие холста (Canvas). решение задач,
графических систем.
Вывод текста и картинок. Рисование в реферат/учебный
ограниченном прямоугольнике. При- проект
16
меры реализации. Цвета, палитры и
графические образы.
OpenGL. Основные возможности.
Примитивы. Преобразования координат. Материалы и текстуры. Библиотека Direct3D для работы с трехмерной графикой. Принципы работы. Создание и редактирование трехмерных
объектов. Реализация OpenGL. Вершины и примитивы. Преобразования
координат. Материалы и освещение.
Текстуры.
4.3 Лабораторные работы
Лабораторная работа №1. Задачи геометрического моделирования,
отображение геометрической модели в чертеже. (2 часа)
Реализуемые компетенции: ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
Цель работы:
Построение геометрической модели.
Отображение геометрической модели в чертеже.
Контрольные вопросы:
1. Что называют осью проекции?
2. Что такое чертеж (эпюра)?
3. Чем измеряют на чертежах расстояние от пространственной точки до горизонтальной,
фронтальной и профильной проекций плоскости?
4. Где находится точка, если ее горизонтальная и фронтальная проекции совпадают и
находятся над их осью?
Литература
1. Немцова Т.И., Казанкова Т.В., Шнякин А.В. Компьютерная графика и web-дизайн: учебное
пособие / Т.И. Немцова, Т.В. Казанкова, А.В. Шнякин / под ред. Л.Г. Гагариной. – М.: ИД
«ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2014. -400 с. – (Профессиональное образование).
17
2. Хейфец, А.Л. Инженерная 3D –компьютерная графика: учебное пособие для бакалавров
/А.Л. Хейфец, А.Н. Логиновский, И.В. Буторина, В.Н. Васильева; под ред. А.Л. Хейфеца. –
2-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Юрайт, 2014. - 464 с.- Серия: Бакалавр.
Прикладной.
3. Зеленый П. В. Инженерная графика. Практикум: Учебное пособие / П.В. Зеленый, Е.И.
Белякова; Под ред. П.В. Зеленого. - М.: ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2011. - 303 с.: ил.;
70x100 1/16. - (Высшее образование). (обложка) ISBN 978-5-16-005178-9, 3500 экз.
Лабораторная работа №2 Создание листа чертежа в САПР компас (2 часа)
Реализуемые компетенции: ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
Задание на лабораторную работу:
Изучить:
- Интерфейс системы КОМПАС-3D V8 LT;
- Приемы создания листа чертежа;
- Возможности управления размером изображения на экране монитора;
- Выбор форматов чертежей;
- Заполнение основной надписи;
- Сохранение чертежей в памяти компьютера.
Создать:
- на экране лист чертежа формата А3, расположенный горизонтально, заполнить основную
надпись. Создать свою папку, сохранить чертеж.
Литература
1. Немцова Т.И., Казанкова Т.В., Шнякин А.В. Компьютерная графика и web-дизайн: учебное
пособие / Т.И. Немцова, Т.В. Казанкова, А.В. Шнякин / под ред. Л.Г. Гагариной. – М.: ИД
«ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2014. -400 с. – (Профессиональное образование).
2. Хейфец, А.Л. Инженерная 3D –компьютерная графика: учебное пособие для бакалавров
/А.Л. Хейфец, А.Н. Логиновский, И.В. Буторина, В.Н. Васильева; под ред. А.Л. Хейфеца. –
2-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Юрайт, 2014. - 464 с.- Серия: Бакалавр.
Прикладной.
3. Зеленый П. В. Инженерная графика. Практикум: Учебное пособие / П.В. Зеленый, Е.И.
Белякова; Под ред. П.В. Зеленого. - М.: ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2011. - 303 с.: ил.;
70x100 1/16. - (Высшее образование). (обложка) ISBN 978-5-16-005178-9, 3500 экз.
18
Лабораторная работа №3 Аппарат проецирования, комплексный чертеж
(2 часа)
Реализуемые компетенции: ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
Цель работы:
Создание комплексного чертежа
Контрольные вопросы:
1. Какова цель способов преобразования чертежа и в чем принципиальная разница между
способами перемены плоскостей проекций и вращения?
2. Что остается неизменным при замене фронтальной плоскости проекций новой плоскостью
проекций?
3. Сколько и как следует провести замены плоскостей проекций, чтобы прямую общего
положения сделать проецирующей?
4. Как следует выбрать новую плоскость проекций, чтобы плоскость общего положения
сделать проецирующей?
5. Каков порядок определения элементов вращения точки вокруг оси вращения: плоскости
вращения, центра вращения, радиуса вращения?
Литература
1. Немцова Т.И., Казанкова Т.В., Шнякин А.В. Компьютерная графика и web-дизайн: учебное
пособие / Т.И. Немцова, Т.В. Казанкова, А.В. Шнякин / под ред. Л.Г. Гагариной. – М.: ИД
«ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2014. -400 с. – (Профессиональное образование).
2. Хейфец, А.Л. Инженерная 3D –компьютерная графика: учебное пособие для бакалавров
/А.Л. Хейфец, А.Н. Логиновский, И.В. Буторина, В.Н. Васильева; под ред. А.Л. Хейфеца. –
2-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Юрайт, 2014. - 464 с.- Серия: Бакалавр.
Прикладной.
3. Зеленый П. В. Инженерная графика. Практикум: Учебное пособие / П.В. Зеленый, Е.И.
Белякова; Под ред. П.В. Зеленого. - М.: ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2011. - 303 с.: ил.;
70x100 1/16. - (Высшее образование). (обложка) ISBN 978-5-16-005178-9, 3500 экз.
Лабораторная работа №4 (2 часа)
Реализуемые компетенции: ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
Задание на лабораторную работу:
Изучить:
1. Приемы построения геометрических объектов на чертежах;
2. Способы редактирования чертежей;
19
3. Автоматизированное нанесение размеров на чертежах;
4. Вывод чертежей на печать.
Начертить:

Чертеж крышки по индивидуальным заданиям к лабораторной работе №4 , нанести
размеры, заполнить основную надпись.
Литература
1. Немцова Т.И., Казанкова Т.В., Шнякин А.В. Компьютерная графика и web-дизайн: учебное
пособие / Т.И. Немцова, Т.В. Казанкова, А.В. Шнякин / под ред. Л.Г. Гагариной. – М.: ИД
«ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2014. -400 с. – (Профессиональное образование).
2. Хейфец, А.Л. Инженерная 3D –компьютерная графика: учебное пособие для бакалавров
/А.Л. Хейфец, А.Н. Логиновский, И.В. Буторина, В.Н. Васильева; под ред. А.Л. Хейфеца. –
2-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Юрайт, 2014. - 464 с.- Серия: Бакалавр.
Прикладной.
3. Зеленый П. В. Инженерная графика. Практикум: Учебное пособие / П.В. Зеленый, Е.И.
Белякова; Под ред. П.В. Зеленого. - М.: ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2011. - 303 с.: ил.;
70x100 1/16. - (Высшее образование). (обложка) ISBN 978-5-16-005178-9, 3500 экз.
4.4.Интерактивные образовательные технологии, используемые в аудиторных
занятиях
Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах, должен составлять не менее
20 процентов от всего объема аудиторных занятий.
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 230100.62 Информатика и вычислительная техника (бакалавр) реализация компетентностного подхода предусматривает широкое использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения
занятий (компьютерных симуляций, деловых и ролевых игр, разбор конкретных ситуаций, психологические и иные тренинги) в сочетании с внеаудиторной работой с целью формирования и развития требуемых компетенций обучающихся. В рамках учебного курса планируется проведение
встреч с представителями российских и зарубежных ВУЗов, государственных и общественных организаций, мастер-классы экспертов и специалистов.
Семестр
Вид занятия (Л, ЛР)
Используемые интерактивные образовательные технологии
20
Количество часов
3
Л
Проблемная лекция с применением муль-
2
тимедийного сопровождения лекции и
технологии анализа ситуаций при активном обучении. Применение проектной
технологии, междисциплинарная интеграция.
Лекция – дискуссия
ЛР
Частично-поисковая деятельность с ис-
4
пользованием информационных ресурсов
и баз данных. Групповая работа с использованием ситуационной задачи, СУ (ситуационные упражнения), технологии ситуационного моделирования.
Итого:
6
5.Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы обучающихся
по дисциплине
1.
Антамошкин, О. А. Программная инженерия. Теория и практика [Электронный ресурс] :
учебник / О. А. Антамошкин. - Красноярск: Сиб. Федер. ун-т, 2012. - 247 с. - ISBN 978-57638-2511-4.
2. Зеленый П. В. Инженерная графика. Практикум по чертежам сборочных единиц: Учебное
пособие / П.В. Зеленый, Е.И. Белякова, О.Н. Кучура - М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2013. - 128 с.: ил.; 70x100 1/16. - (ВО: Бакалавр.). (о) ISBN 978-5-16-006951-7, 1800 экз
3. Немцова Т. И. Практикум по информатике. Ч. 2. Компьют. графика и Web-дизайн. Практ.:
Уч. пос. / Т.И.Немцова и др.; Под ред. Л.Г.Гагариной - М.: ИД ФОРУМ: ИНФРА-М, 2011288с.: ил.; 60x90 1/16 + СD-ROM. - (Проф. обр.). (п, cd rom) ISBN 978-5-8199-0343-8, 1500
экз.
6 Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации обучающихся
по дисциплине (модулю)
Перечень компетенций с указанием этапов их формирования; описание показателей и критериев
оценивания компетенций на различных этапах их формирования, описание шкал оценивания; типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующих этапы формирования компетенций в процессе
освоения образовательной программы; методические материалы, определяющие процедуры оце21
нивания знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующих этапы формирования компетенций).
6.1. Перечень вопросов, выносимых на зачет с оценкой
Студенты заочной формы обучения изучают «Инженерная и компьютерная графика» в течение
3-го семестра.
По ходу изучения дисциплины проводится аттестационная контрольная работа за месяц до сессии,
которая имеет целью обследование учебной группы в плане успеваемости студентов, выявление и
в дальнейшем устранение проблемных мест в изучении дисциплины. Работа проводится
аудиторном в виде письменной работы или теста. Длительность работы устанавливается
преподавателем в зависимости от формы работы. Работа включает задания, охватывающие все
ранее изученные дидактические единицы. Работа оценивается по пятибалльной системе
Критерии оценки следующие:
Оценка «5» Контрольная работа выполнена в объеме 90 – 100%. При решении поставленных
задач студент показывает необходимые для выполнения работы теоретические знания,
практические умения и навыки. Работа оформлена аккуратно, записаны ответы и пояснения.
Оценка «4» Контрольная работа выполнена в объеме 70-80%. Допускается отклонение от
необходимой последовательности выполнения, не влияющее на правильность конечного
результата. Студент показывает знание основного теоретического материала и владение умениями
и навыками, необходимыми для самостоятельного выполнения работы. Допускаются неточности и
небрежность в оформлении результатов работы.
Оценка «3» Контрольная работа выполнена в объеме 50-60%. Студент показывает минимум
знаний теоретического материала и владения умениями и навыками, выполняет простые задания,
но затрудняется при выполнении более сложных, нестандартных задач.
Оценка «2» Контрольная работа выполнена в объеме менее 50%. Студент не подготовлен к
выполнению контрольной работы. Студент показывает плохое знание теоретического материала и
отсутствие необходимых умений.
Выполненные и проверенные работы хранятся на кафедре в течение текущего семестра.
Перечень вопросов, выносимых на зачет с оценкой
1. Задачи инженерной графики, геометрическое моделирование. Метод проекций. ОК-2, ПК-2,
ПК-6, ПК-11
2. Центральные проекции. Свойства центрального проецирования. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
3. Параллельные проекции. Свойства параллельного проецирования. ПК-2
4. Ортогональные проекции. Свойства ортогонального проецирования. ПК-2
5. Обратимость
чертежа.
Системы
2-х
и
проекций.ПК-2
22
3-х
взаимно-перпендикулярных
плоскостей
6. Построение эпюра точки. Правило совмещения плоскостей.ПК-2
7. Эпюр (комплексный чертеж) точки. Построение 3-й проекции точки по 2-м заданным. ОК-2,
ПК-2
8. Построение проекций точки по ее координатам. Построение проекций точек, расположенных в
различных четвертях пространства. ПК-2
9. Проецирование прямой и отрезка. ПК-2
10. Следы прямой и их построение. ПК-2
11. Признак принадлежности точки прямой. ОК-2, ПК-2
12. Деление отрезка точкой в заданном отношении. ОК-1, ПК-2, ПК-11
13. Изображение и свойства прямых, занимающих особое положение по отношению к плоскостям
проекций. ОК-2, ПК-11
14. Определение натуральной величины и углов наклона отрезка (способ прямоугольного
треугольника). ПК-2
15. Изображение пересекающихся, параллельных и скрещивающихся прямых. ПК-2
16. Конкурирующие точки. . ОК-2, ПК-2, ПК-6
17. Теорема о проецировании прямого угла. ПК-2
18. Способы задания плоскости на чертеже. ПК-2
19. Следы плоскости. ОК-2, , ПК-2, ПК-11
20. Переход от одних способов задания плоскости к другим. ОК-2, , ПК-2, ПК-11
21. Изображение и свойства плоскостей занимающих особое положение относительно плоскостей
проекций. ПК-2
22. Признаки принадлежности точки и прямой плоскости и их применение. ПК-2
23. Главные линии плоскости и их построение. ОК-2, ПК-2, ПК-6
24. Определение углов наклона плоскости к плоскостям проекций с помощью линий наибольшего
наклона. ПК-2
25. Построение точек пересечения проецирующей прямой с плоскостью общего положения ПК-2
26. Построение точек пересечения прямой общего положения с проецирующей плоскостью. ПК-2
27. Построение точки пересечения прямой общего положения с плоскостью общего положения
(основная позиционная задача). ПК-2
28. Построение линии пересечения проецирующей плоскости с плоскостью общего положения.
ПК-2
29. Построение линии пересечения двух плоскостей общего положения. ПК-2
30. Признаки параллельности прямой и плоскости, двух плоскостей. ПК-2
31. Построение прямой параллельной плоскости и плоскости параллельной прямой. ПК-2
32. Построение плоскости параллельной заданной плоскости. ПК-2
33. Определение натуральной величины треугольника способом вращения. ПК-2
23
34. Изображение многогранников. ПК-2
35. Признаки принадлежности точек и линий поверхностям многогранников. ПК-2
36. Построение
недостающих
проекций
точек,
отрезков
и
вырезов
на
поверхностях
многогранников. ПК-2
37. Построение плоских сечений многогранников. ПК-2
38. Построение точек пересечения прямых с поверхностями многогранников. ПК-2
39. Пересечение многогранника плоскостью. ПК-2
40. Построение линий пересечения двух многогранников. ПК-2
41. Построение разверток пирамид способом треугольников и призм способом нормального
сечения. ПК-2
42. Кривые поверхности. Способы задания кривых поверхностей на чертеже. ПК-2
43. Определитель и каркас поверхности. ПК-2
44. Примеры кривых поверхностей. ПК-2
45. Изображение кривых поверхностей. ПК-2
46. Признаки принадлежности точек и линий кривым поверхностям.
47. Построение недостающих проекций точек, линий и вырезов на поверхностях вращения. ПК-2
48. Цилиндрические сечения. ПК-2, ПК-6
49. Построение развертки цилиндрической поверхности. ПК-2
50. Конические сечения. ПК-2
51. Построение линии пересечения конической поверхности проецирующей плоскостью. ПК-2
52. Построение развертки конической поверхности. ПК-2
53. Построение точек пересечения прямой линии с кривой поверхностью (общий случай). ПК-2
54. Построение точек пересечения прямой со сферической поверхностью. ПК-2
55. Построение точек пересечения прямой с цилиндрической и конической поверхностями. ПК-2
56. Построение линии пересечения кривых поверхностей (общий случай). ПК-2.ПК-11
57. Построение линии пересечения кривых поверхностей способом вспомогательных секущих
плоскостей. ПК-2
58. Построение линии пересечения кривой и гранной поверхностей. ПК-2
59. Линии пересечения соосных поверхностей. ПК-2
60. Построение линии пересечения поверхностей вращения способом вспомогательных секущих
сфер. ПК-2
61. Взаимное пересечение поверхностей. Способ секущих плоскостей частного положения. ПК-2
62. Пересечение поверхности вращения плоскостью. ПК-2
63. Пересечение поверхности вращения прямой. ОК-2, ПК-2
64. Влияние соотношения размеров поверхностей вращения на форму линии пересечения. ОК-1,
ОК-11, ПК-2
24
65. Особые случаи пересечения двух поверхностей. ПК-2
66. Аксонометрические проекции. ПК-2
67. Виды аксонометрических проекций, коэффициенты искажения по осям координат. ПК-2
68. Построение аксонометрии основных геометрических тел. ПК-2
69. Построение аксонометрических проекций окружности. ПК-2
70. Построение проекции линии пересечения торовой поверхности и призмы. ПК-2
71. Построение проекции линии пересечения сферы и призмы. ПК-2
72. Построение проекции линии пересечения конуса и сферы. ПК-2
73. Построение проекции линии пересечения сферы и призмы. ПК-2
74. Построение недостающие проекции сквозного призматического выреза в цилиндре.
ПК-2
75. Построение проекции линии пересечения сферы и призмы. ПК-2
76. Построение проекции линии пересечения сферы и призмы. ПК-2
77. Построение недостающие проекции сквозного призматического выреза в шаре. ПК-2
78. Построение недостающие проекции выреза в конусе. ПК-2
79. Построение недостающие проекции призматического выреза в шаре. ПК-2
80. Построение недостающие проекции призматического выреза в шаре. ПК-2
81. Построение недостающие проекции призматического выреза в усечённом конусе. ПК-2
82. Построение проекции фигуры сечения призмы плоскостью и развёртку боковой поверхности
усечённой части призмы. ПК-2
83. Построение проекции линии пересечения конуса и призмы. ПК-2
84. Построение проекции линии пересечения цилиндра и призмы. ПК-2
85. Построение проекции линии пересечения двух поверхностей. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
86. Построение проекции линии пересечения конуса и призмы. ПК-2
87. Построение проекции линии пересечения призмы и полусферы. ПК-2
88. Построение проекции линии пересечения цилиндра и сферы. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
89. Построение проекции сквозного цилиндрического выреза в призматической поверхности.
ПК-2
90. Построение проекции линии пересечения призмы и сферы. ПК-2
91. Построение развёртку боковой поверхности пирамиды и проекции фигуры сечения пирамиды
плоскостью. ПК-2
92. Построение проекции призматического выреза в цилиндре. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
93. Построение проекции линии пересечения призмы и пирамиды. ПК-2
94. Области применения компьютерной графики. Виды и приложения компьютерной графики.
ПК-2
95. Физические принципы формирования оттенков. ПК-2
25
96. Цветовые модели. ПК-2
97. Классификация устройств вывода изображений. ПК-2
98. Устройства вывода изображений. Печатающие устройства. ПК-2
99. Устройства вывода изображений. Графопостроители. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
100.
Технические средства компьютерной графики: Системы виртуальной реальности. ПК-2
101.
Архитектура графических систем. Подходы к проектированию графических систем. ПК-2
102.
Понятие конвейера ввода и вывода графической информации. ПК-2
103.
Классификация и обзор современных графических систем. ПК-2
104.
Стандартизация в машинной графике. ПК-2
105.
Системы графических координат, типы проекций. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
106.
Аффинные преобразования. Поворот. Масштабирование. Перенос. ПК-2
107.
Форматы хранения графической информации. ПК-2
108.
Алгоритмы вычерчивания отрезков. Простой пошаговый алгоритм разложения отрезка в
растр. ПК-2
109.
Генерация векторов. Цифровой дифференциальный анализатор. ПК-2
110.
Генерация векторов. Алгоритм Брезенхема. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
111.
Генерация окружности. Алгоритм Брезенхема. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
112.
Способы генерации растровых изображений (формирование буфера кадра). Растровая раз-
вертка в реальном времени. Групповое кодирование, клеточное кодирование. Изображение отрезков. Изображение литер. ОК-1, ОК-11
113.
Заполнение многоугольников. Простой алгоритм с упорядоченным списком ребер. ПК-2
114.
Заполнение многоугольников. Алгоритмы заполнения по ребрам. ПК-2
115.
Заполнение многоугольников. Алгоритмы заполнения с перегородкой. ПК-2
116.
Заполнение многоугольников. Алгоритмы заполнения со списком ребер и флагом, ПК-2
117.
Заполнение многоугольников. Алгоритмы заполнения с затравкой. ОК-2, ПК-2, ПК-6,
ПК-11 ПК-2
118.
Заполнение многоугольников. Построчный алгоритм заполнения с затравкой. ПК-2
119.
Основы методов устранения ступенчатости . Алгоритм Брезенхема. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-
11
120.
Основы методов устранения ступенчатости: фильтрация, ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
121.
Основы методов устранения ступенчатости: отсечение. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
122.
Основы методов устранения ступенчатости: аппроксимация полутонами. ПК-2
123.
Двумерное отсечение отрезков. Алгоритм Коэна-Сазерленда. ПК-2
124.
Двумерное отсечение отрезков. FC-алгоритм. ПК-2
26
125.
Двумерное отсечение отрезков. Алгоритм разбиения средней точкой. ПК-2
126.
Двумерное отсечение отрезков. Алгоритм Лианга-Барски. ПК-2
127.
Двумерное отсечение отрезков Кируса-Бека. ПК-2
128.
Трехмерное отсечение отрезков. ПК-2
129. Алгоритмы отсечения многоугольников. Алгоритм Сазерленда-Ходгмана. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК11
130. Алгоритмы отсечения многоугольников. Алгоритм Вейлера-Азертона. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
131. Преобразования в трехмерном пространстве. Задача удаления невидимых линий и поверхностей.
Ее место и роль в машинной графике. Классификация алгоритмов по способу выбора системы координат (объектное пространство, пространство изображений). Трехмерное представление функций. Алгоритм плавающего горизонта. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
132. Приближение и воспроизведение поверхностей. Методы аппроксимации поверхностей. Использование поверхностей Кунса, Безье, поверхностей, построенных с помощью сплайнов. ОК-2, ПК-2, ПК-
6, ПК-11
133.
Задача удаления невидимых линий в объектном пространстве. Алгоритм Робертса. Удале-
ние невидимых линий в пространстве изображений. Алгоритм Варнока (разбиение окнами).
ПК-2
134. Удаление невидимых поверхностей. Алгоритм Вейлера-Азертона (для объектного пространства).
ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
135. Основные API. OpenGL, DirectX и Direct3D. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
136.
Прикладные программы создания и редактирования растровых изображений ПК-2
137.
Прикладные программы создания и редактирования векторных изображений ПК-2
138. Сжатие графических данных. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
139. Графические форматы BMP и WMF: области применения, преимущества и недостатки, особенности.
ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
140.
Графические форматы GIF и PNG: области применения, преимущества и недостатки, осо-
бенности. ПК-2
141.
Графические форматы PSD и CDR: области применения, преимущества и недостатки, осо-
бенности. ПК-2
142. Графические форматы JPEG и TIFF: области применения, преимущества и недостатки, особенности.
ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
143.
Графические форматы CWD, DWG и DXF: области применения,преимущества и недостат-
ки, особенности. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11ОК-1, ОК-11
144.
История языков программирования и компьютерной графики. Базовые графические функ-
ции DOS и Windows, функции WinAPI. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
145.
Графические примитивы рисования точки, линии и прямоугольника ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-
11
27
146.
Графические примитивы рисования закрашенного прямоугольника и установка стандарт-
ных стилей закраски. ПК-2
147.
Установка цвета и толщины графических примитивов, функции вывода графического тек-
ста. ПК-2
148.
Написать и объяснить формулы для перевода координат ортогональных проекций точки в
экранные координаты и фрагмент программы. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
149.
Написать и объяснить формулы для перевода координат аксонометрических проекций точ-
ки в экранные координаты и фрагмент программы (на примере изометрии). ОК-2, ПК-2, ПК-6,
ПК-11
150.
Написать и объяснить формулы для перевода координат аксонометрических проекций точ-
ки в экранные координаты и фрагмент программы (на примере фронтальной диметрии). ОК-2,
ПК-2, ПК-6, ПК-11
151.
Основные графические функции API. Сравнение графических функций OpenGL, DirectX и
Direct3D. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
152.
Перспективы и направления развития C++ язычных сред программирования. ОК-2, ПК-2,
ПК-6, ПК-11
153.
Построение реалистических изображений. Свойства человеческого глаза, используемые в
компьютерной графике ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
154.
Построение реалистических изображений. Простая модель освещения. ОК-2, ПК-2, ПК-6,
ПК-11
155.
Диффузное отражение. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
156.
Построение реалистических изображений. Простая модель освещения. Зеркальное отраже-
ние. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
157.
Построение реалистических изображений. Определение нормали к поверхности. ОК-2, ПК-
2, ПК-6, ПК-11
158.
Построение реалистических изображений. Определение вектора отражения. ОК-2, ПК-2,
ПК-6, ПК-11
159.
Построение реалистических изображений. Закраска методом Гуро. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-1
160.
Построение реалистических изображений. Закраска методом Фонга. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-
11
161.
Применение OpenGL. Описание общей структуры команд о OpenGL. ОК-2, ПК-2, ПК-6,
ПК-11
162.
Применение OpenGL. Описание примитивов вывода отрезков. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
163.
Применение OpenGL. Описание примитивов вывода треугольников. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-
11
28
164.
Применение OpenGL. Описание примитивов вывода четырехугольников. ОК-2, ПК-2, ПК-
6, ПК-11
165.
Применение OpenGL. Описание примитивов вывода многоугольников. ОК-2, ПК-2, ПК-6,
ПК-11
166.
Применение OpenGL. Описание команд перемещения, вращения и масштабирования объ-
ектов. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
167.
Применение OpenGL. Описание команд для отображения ортогональных и перспективных
проекций. ОК-2, ПК-2, ПК-6, ПК-11.
168.
Применение OpenGL. Описание команд для инициализации, перерисовки и рисования. ОК-
2, ПК-2, ПК-6, ПК-11
169.
Применение OpenGL. Описание, назначение и пример команд для сброса (очиски)
glClear….ПК-2
170. Применение OpenGL. Описание, назначение и пример команд для работы со стеком
glPush… и glPop. ПК-2
6.2Образцы тестовых заданий для самостоятельной работы
Вопрос №1
Для вывода графической информации в персональном компьютере используется:
a) мышь;
b) клавиатура;
c) сканер;
d) экран дисплея.
Вопрос №2
Устройство не имеет признака, по которому подобраны все остальные устройства из приведенного
ниже списка:
a) сканер;
b) плоттер;
c) графический дисплей;
d) принтер.
Вопрос №3
Точечный элемент экрана дисплея называется:
a) точкой;
b) зерном люминофора;
c) пикселом;
d) растром.
29
Вопрос №4
Сетку из горизонтальных и вертикальных столбцов, которую на экране образуют пиксели, называют:
a) видеопамятью;
b) видеоадаптером;
c) растром;
d) дисплейным процессором.
Вопрос №5
Графика с представлением изображения в виде совокупностей точек называется:
a) фрактальной;
b) растровой;
c) векторной;
d) прямолинейной.
Вопрос №6
Пиксель на экране цветного дисплея представляет собой:
a) совокупность трех зерен люминофора ;
b) зерно люминофора;
c) электронный луч;
d) совокупность 16 зерен люминофора.
Вопрос №7
Видеоадаптер - это:
a) устройство, управляющее работой графического дисплея;
b) программа, распределяющая ресурсы видеопамяти;
c) электронное, энергозависимое устройство для хранения информации о графическом изображении;
d) дисплейный процессор.
Вопрос №8
Для хранения 256-цветного изображения на один пиксель требуется:
a) 2 байта;
b) 4 бита;
c) 256 битов;
d) 1 байт .
Вопрос №9
В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 65
536 до 256. Объем файла уменьшится в:
a) 4 раза;
30
b) 2 раза ;
c) 8 раз;
d) 16 раз.
Вопрос №10
Применение векторной графики по сравнению с растровой:
a) не меняет способы кодирования изображения;
b) увеличивает объем памяти, необходимой для хранения изображения;
c) не влияет на объем памяти, необходимой для хранения изображения, и на трудоемкость редактирования изображения;
d) сокращает объем памяти, необходимой для хранения изображения, и облегчает редактирование
последнего .
Вопрос №11
Устройство не имеет признака, по которому подобраны все остальные устройства из приведенного
списка:
Ответы:

джойстик

мышь

принтер (правильный)

трекбол
Вопрос №12
Одной из основных функций графического редактора является:
а) масштабирование изображений;
б) хранение кода изображения;
в) создание изображений;
г) просмотр и вывод содержимого видеопамяти.
Вопрос №13
Элементарным объектом, используемым в растровом графическом редакторе, является:
д) точка (пиксель);
е) объект (прямоугольник, круг и т.д.);
ж) палитра цветов;
з) знакоместо (символ
Вопрос №14
31
Сетка из горизонтальных и вертикальных столбцов, которую на экране образуют пиксели, называется:
и) видеопамять;
к) видеоадаптер;
л) растр;
м) дисплейный процессор;
Вопрос №15
Графика с представлением изображения в виде совокупности объектов называется:
32
н) фрактальной;
о) растровой;
п) векторной;
р) прямолинейной.
Вопрос №16
Пиксель на экране дисплея представляет собой:
с) минимальный участок изображения, которому независимым образом можно задать цвет;
т) двоичный код графической информации;
у) электронный луч;
ф) совокупность 16 зерен люминофора.
Вопрос №17
Видеоконтроллер – это:
х) дисплейный процессор;
ц) программа, распределяющая ресурсы видеопамяти;
ч) электронное энергозависимое устройство для хранения информации о графическом изображении;
ш) устройство, управляющее работой графического дисплея.
Вопрос №18
Цвет точки на экране дисплея с 16-цветной палитрой формируется из сигналов:
щ) красного, зеленого и синего;
ы) красного, зеленого, синего и яркости;
э) желтого, зеленого, синего и красного;
ю) желтого, синего, красного и яркости.
Вопрос №19
Какой способ представления графической информации экономичнее по использованию
памяти:
я) растровый;
в) векторный.
Вопрос №20
Кнопки панели инструментов, палитра, рабочее поле, меню образуют:
а) полный набор графических примитивов графического редактора;
б) среду графического редактора;
в) перечень режимов работы графического редактора;
г) набор команд, которыми можно воспользоваться при работе с графическим редактором.
Вопрос №21
Наименьшим элементом поверхности экрана, для которого могут быть заданы адрес, цвет
и интенсивность, является:
д) символ;
е) зерно люминофора;
ж) пиксель;
з) растр.
Вопрос №22
Деформация изображения при изменении размера рисунка – один из недостатков:
и) векторной графики;
к) растровой графики.
Вопрос №23
Видеопамять – это:
л) электронное устройство для хранения двоичного кода изображения, выводимого
на экран;
м) программа, распределяющая ресурсы ПК при обработке изображения;
н) устройство, управляющее работой графического дисплея;
о) часть оперативного запоминающего устройства.
Вопрос №24
Графика с представлением изображения в виде совокупностей точек называется:
п) прямолинейной;
р) фрактальной;
с) векторной;
34
т) растровой.
Вопрос №25
Какие устройства входят в состав графического адаптера?
у) дисплейный процессор и видеопамять;
ф) дисплей, дисплейный процессор и видеопамять;
х) дисплейный процессор, оперативная память, магистраль;
ц) магистраль, дисплейный процессор и видеопамять.
Вопрос №26
Примитивами в графическом редакторе называют:
ч) среду графического редактора;
ш) простейшие фигуры, рисуемые с помощью специальных инструментов графического редактора;
щ) операции, выполняемые над файлами, содержащими изображения, созданные в
графическом редакторе;
ы) режимы работы графического редактора.
Вопрос №27
Какое расширение имеют файлы графического редактора Paint?
э) exe;
ю) doc;
я) bmp;
в) com.
6.3 Темы рефератов/ учебных проектов
1. Инженерная графика.
2. Начертательная геометрия и инженерная графика.
3. Основные понятия трехмерной графики.
4. Построение сетевого графика.
5. Современный этап развития инженерной деятельности и проектирования.
6. Технические устройства, используемые в компьютерной графике.
7. Численные методы решения инженерных задач.
35
8. Современный этап развития инженерной деятельности.
9. Кривые линии и поверхности.
10. Способы преобразования комплексного чертежа, применение при изображении
предметов
11. Понятие геометрического моделирования. Граф.
12. Модулирующие назначение план-графики, Расчётно-иллюстрационное назначение
план графики.
13. Комплексный чертеж точки. Горизонтальная плоскость проекции.
14. Понятие точки. Понятие прямой и плоскости.
15. Положение точки в пространстве трехмерного угла.
16. Принадлежность точки линии.
17. Пересечение поверхности с поверхностью.
18. Решение позиционных задач.
19. Стандартные аксонометрические проекции.
20. Построение геометрических фигур в аксонометрии по заданным ортогональным
проекциям.
21. Компьютерная графика.
22. Начертательная геометрия и компьютерная графика.
23. Основные понятия трехмерной графики.
24. Построение сетевого графика.
25. Современный этап развития компьютерной деятельности и проектирования.
26. Технические устройства, используемые в компьютерной графике.
27. Численные методы решения инженерных задач.
28. Современный этап развития компьютерной деятельности.
29. Кривые линии и поверхности.
30. Способы преобразования комплексного чертежа, применение при изображении
предметов
31. Понятие геометрического моделирования. Граф.
32. Модулирующие назначение план-графики, Расчётно-иллюстрационное назначение
план графики.
33. Комплексный чертеж точки. Горизонтальная плоскость проекции.
34. Понятие точки. Понятие прямой и плоскости.
35. Положение точки в пространстве трехмерного угла.
36. Принадлежность точки линии.
37. Пересечение поверхности с поверхностью.
36
38. Решение позиционных задач.
39. Стандартные аксонометрические проекции.
40. Построение геометрических фигур в аксонометрии по заданным ортогональным
проекциям.
41. Системы графических координат, типы проекций.
42. Аффинные преобразования. Поворот. Масштабирование. Перенос.
43. Форматы хранения графической информации.
44. Алгоритмы вычерчивания отрезков. Простой пошаговый алгоритм разложения отрезка в растр
45. Генерация векторов. Цифровой дифференциальный анализатор.
46. Генерация векторов. Алгоритм Брезенхема.
47. Генерация окружности. Алгоритм Брезенхема.
48. Способы генерации растровых изображений (формирование буфера кадра). Растровая развертка в реальном времени. Групповое кодирование, клеточное кодирование. Изображение отрезков. Изображение литер.
49. Заполнение многоугольников. Простой алгоритм с упорядоченным списком ребер.
50. Заполнение многоугольников. Алгоритмы заполнения по ребрам.
51. Заполнение многоугольников. Алгоритмы заполнения с перегородкой,
52. Заполнение многоугольников. Алгоритмы заполнения со списком ребер и флагом,
53. Заполнение многоугольников. Алгоритмы заполнения с затравкой,
54. Заполнение многоугольников. Построчный алгоритм заполнения с затравкой.
55. Основы методов устранения ступенчатости . Алгоритм Брезенхема.
56. Основы методов устранения ступенчатости: фильтрация,
57. Основы методов устранения ступенчатости: отсечение,
58. Основы методов устранения ступенчатости: аппроксимация полутонами.
59. Двумерное отсечение отрезков. Алгоритм Коэна-Сазерленда.
60. Двумерное отсечение отрезков. FC-алгоритм.
61. Двумерное отсечение отрезков. Алгоритм разбиения средней точкой.
62. Двумерное отсечение отрезков. Алгоритм Лианга-Барски
63. Двумерное отсечение отрезков Кируса-Бека.
64. Трехмерное отсечение отрезков.
65. Алгоритмы отсечения многоугольников. Алгоритм Сазерленда-Ходгмана
66. Алгоритмы отсечения многоугольников. Алгоритм Вейлера-Азертона
67. Преобразования в трехмерном пространстве. Задача удаления невидимых линий и
поверхностей. Ее место и роль в машинной графике. Классификация алгоритмов по
37
способу выбора системы координат (объектное пространство, пространство изображений). Трехмерное представление функций. Алгоритм плавающего горизонта.
68. Приближение и воспроизведение поверхностей. Методы аппроксимации поверхностей. Использование поверхностей Кунса, Безье, поверхностей, построенных с помощью сплайнов.
Пример практического задания на зачете с оценкой
Создать трёхмерную сцену. Задать способ проецирования. Пользуясь графическими
объектами библиотеки GLUT (шар, конус, куб, тор, чайник и т.д.) создать в пространстве
графические образы. Для элементов, из которых собраны объекты, задать различные
свойства материала и различные режимы воспроизведения полигонов (точками, линиями,
сплошное заполнение).
7 Перечень основной и дополнительной учебной литературы, необходимой для
освоения дисциплины (модуля)
7.1 Основная литература
1. Немцова Т.И., Казанкова Т.В., Шнякин А.В. Компьютерная графика и web-дизайн:
учебное пособие / Т.И. Немцова, Т.В. Казанкова, А.В. Шнякин / под ред. Л.Г.
Гагариной. – М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2014. -400 с. – (Профессиональное
образование).
2. Хейфец, А.Л. Инженерная 3D –компьютерная графика: учебное пособие для
бакалавров /А.Л. Хейфец, А.Н. Логиновский, И.В. Буторина, В.Н. Васильева; под
ред. А.Л. Хейфеца. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Юрайт, 2014. 464 с.- Серия: Бакалавр. Прикладной.
3. Зеленый П. В. Инженерная графика. Практикум: Учебное пособие / П.В. Зеленый,
Е.И. Белякова; Под ред. П.В. Зеленого. - М.: ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2011. 303 с.: ил.; 70x100 1/16. - (Высшее образование). (обложка) ISBN 978-5-16-0051789, 3500 экз.
38
7.2 Дополнительная литература
1. Начертательная геометрия. Инженерная графика. Практикум. Часть 2 (книга)
(2010, Белозерцева Л.В., Громова Л.В., Золин А.Г., Потапова М.Н., Скрынник Е.В.,
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности)
2. Инженерная компьютерная графика. Учебник (книга) (2010, Жуков Ю.Н., Томский
государственный университет систем управления и радиоэлектроники)
3. Компьютерная графика. Учебное пособие (книга) (2012, Перемитина Т.О., Эль
Контент, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники)
4. Инженерная компьютерная графика. Учебник (книга) (2010, Жуков Ю.Н., Томский
государственный университет систем управления и радиоэлектроники)
5. Практикум по дисциплине "Компьютерная графика" (книга) (2013, Шишкин А.Д.,
Чернецова Е.А., Российский государственный гидрометеорологический университет)
6. Художник и компьютер. Учебное пособие (книга) (2013, Лепская Н.А., КогитоЦентр)
7.3 Периодические издания
Журналы:
1. « Сети и телекоммуникации»
2. «Стандарты качества»
3. «Известия РАН. Теория и системы управления»
4. «Электроника»
5. «Ремонт & сервис»
6. «PC MAGAZINE RE»
7. «Математика»
8. «САПР и Графика»
9. «Программные продукты и системы»
10. «Программирование»
11. « Мир ПК»
12. «Техническая кибернетика»
13. «Автоматика и вычислительная техника»
39
8. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
(далее - сеть "Интернет"), необходимых для освоения дисциплины (модуля)
1
http://www.iprbookshop.ru/12008 – ЭБС Iprbooks
2
http://www.ru.wikipedia.org – Википедия
3
http://www.ivdon.ru – Инженерный вестник Дона «Теория вычислительных процессов». Журнал.
4
http//www.citforum.ru/ - Сервер информационных технологий – аналитическая информация
5
http//www.iXBT.ru - Аналитические обзоры компьютеров и комплектующих, новости
6
http//www.supercomputers.ru - Сайт, посвящённый суперкомпьютера)
7
window.edu.ru - Библиотека. Инженерная графика
8
www.book.tr200.net – Справочник по инженерной графике
9
www.twirpx.com – Тесты по инженерной графике
10 www.markovi.ru – Видеолекции по инженерной графике
11 Курсы лаборатории компьютерной графики- courses.graphicon.ru
12 Компьютерная Графика - StudFiles-StudFiles.ru
13 Электронный журнал «Компьютерная графика» - graphics.cs.msu.ru
9. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины (модуля)
9.1 Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ
Методические указания являются вспомогательным материалом для студентов,
изучающих принципы построения трёхмерной графики, и содержат справочную
информацию
по
графической
библиотеке
OpenGL(Open
Graphic
Library)
и
вспомогательной библиотеке GLUT и GLU.
В
результате
выполнения
лабораторных
работ
студент
должен
получит
трёхмерную анимационную сцену, освещённую несколькими источниками света. Выбор
визуализации графических объектов, характеристик источников света и необходимых
текстур осуществляется самостоятельно.
40
Для выполнения финальной работы необходимо выполнить задачи и осуществить
их компоновку в одном проекте. Желательно проявить фантазию и творчество для
создания законченной реалистичной графической сцены.
Примеры в указаниях приведены на языке Паскаль и рассчитаны на работу в среде
Borland Delphi.
1. Теоретическая часть
1.1. Подключение графической библиотеки OpenGL к интерфейсу Windows
Стандарт реализации OpenGL для Windows требует выполнения некоторых
настроек, связанных с особенностями операционной системы. Для того чтобы оконная
система могла работать с OpenGL, необходимо провести ее инициализацию и
сконфигурировать буфер фрейма.
Система OpenGL, как и любое другое приложение Windows, нуждается в ссылке на
окно, на котором будет осуществляться воспроизведение. Ссылка на контекст
воспроизведения – величина типа HGLRC (Handle openGL Rendering Context) – связывает
OpenGL с оконными системами Windows.
Для получения этого контекста OpenGL нуждается в величине типа HDC (контекст
устройства) окна, на который будет осуществляться вывод.
Таким образом, чтобы начать работать с командами OpenGL, приложение должно
создать один или несколько контекстов воспроизведения для потока, и сделать текущим
один из них. Каждый поток при этом может иметь один и только один текущий контекст
воспроизведения, который ассоциирован с определённым контекстом устройства.
Прежде чем получить контекст воспроизведения, сервер OpenGL должен получить
детальные характеристики используемого оборудования. Эти характеристики хранятся в
специальной структуре, тип которой TPixelFormatDescriptor (описание формата пикселей).
Формат пикселей определяет число бит на пиксел, конфигурацию буфера цвета и
вспомогательных буферов используемых для вывода изображения.
Для установки формата пикселей необходимо написать соответствующую
процедуру, типичный пример которой приведён в приложении 2.
Для работы с контекстом воспроизведения в Win32 API реализованы следующие
функции.
wglCreateContext(dc);
41
Функция создаёт контекст воспроизведения OpenGL, который подходит для
рисования на устройстве, определённом дескриптором dc. При успешном завершении
функция возвращает дескриптор созданного контекста воспроизведения OpenGL, и NULL
– в случае неудачи.
Текущий контекст воспроизведения потока должен быть единственным.
Следующая функция позволяет определить контекст воспроизведения для контекста
устройства.
wglMakeCurrent(dc, hrc);
При завершении работы, необходимо, чтобы контекст никем не использовался.
Для этого достаточно выполнить вызов функции:
wglMakeCurrent(0,0); //освободить контекст
Завершая работу с OpenGL необходимо удалить контекст воспроизведения. Для
этой цели используется функция:
wglDeleteContext(hrc);
После того как удалён контекст воспроизведения, следует удалить и
ассоциированный с ним контекст устройства.
Структуру приложения, использующего OpenGL, можно изобразить в виде
схемы (рис.1)



Получить контекст устройства
Создать контекст воспроизведения,
Делать текущим контекст воспроизведения для контекста
устройства
OnCreate
OnPaint
Вызов команд
OpenGL
Цикл обработки сообщений
OnDestroy



Освободить контекст воспроизведения
Удалить контекст воспроизведения,
Удалить контекст устройства
Рис.1. Структура приложения, использующего OpenGL.
42
1.2. Синтаксис команд OpenGL
Для того чтобы команды OpenGL были доступны в проекте, необходимо указать
библиотеку в списке используемых модулей.
Все команды начинаются с префикса gl, затем идёт имя команды, цифра и суффикс.
Цифра в окончании соответствует количеству аргументов, буква показывает требуемый
тип аргумента.
Если имя команды заканчивается на v (векторная форма), то аргументом её служит
указатель на массив значений.
Например: Если последние три символа в имени команды 3fv, то её аргумент – адрес
массива трёх вещественных чисел.
В общем виде команду можно представить:
glCommandName{1,2,3,4}{b,s,i,f,d,ub,us,ui}{v}(arguments)
Возможные типы аргументов
Таблица 1
Символ
Обозначение типа
Расшифровка
в OpenGL
b
GLbyte
Байтовый
s
GLshort
Короткий целый
i
GLint
Целый
d
GLdouble
Вещественный
двойной точности
f
GLfloat
вещественный
ub
GLubyte
Байтовый,
беззнаковый
us
Короткий целый
GLushort
беззнаковый
ui
Целый беззнаковый
GLuint
Почти всегда предпочтительно использовать команду в вещественной форме,
поскольку хранит данные OpenGL именно в вещественном формате.
43
1.3. Рисование примитивов
Процедура рисования заключается в командные скобки
glBegin(mode)
…// команды, указывающие вершины фигуры
glEnd;
Главное назначение командных скобок – это задание режима, определяющего как
соединять точки (вершины). Вершины задаются своими координатами (количество
координат
зависит
от
пространства
изображения)
с
помощью
команд
glVertex{2,3,4}{s,i,f,d}(arg).
Режим(mode), задающий правило соединения точек определяет примитив. К
примитивам относятся точки, линии, связанные линии, замкнутые линии, треугольники,
связанные
треугольники,
четырёхугольники,
связанные
четырёхугольники
и
многоугольники.
Пример:
задание стороны куба
glBegin(GL_POLYGON);
glNormal3f(0.0, 0.0, 1.0);
glVertex3f(1.0, 1.0, 1.0);
glVertex3f(-1.0, 1.0, 1.0);
glVertex3f(-1.0, -1.0, 1.0);
glVertex3f(1.0, -1.0, 1.0);
glEnd;
Значение параметра mode
Таблица 2
Описание
mode
GL_POINTS
GL_LINES
GL_LINE_STRIP
Каждый вызов glVertex задает отдельную точку. Рисует N
точек
Каждая пара вершин задает отрезок. Рисует N/2 линий
Рисуется ломанная. Элементы n и n+1 определяют отрезок
n. рисуется N - 1 отрезков
44
Рисуется ломанная, причем ее последняя точка соединяется
GL_LINE_LOOP
с первой. элементы n и n+1 определяют отрезок n. последняя
линия определяется элементом N и 1. рисуется N отрезков
Каждые три вызова glVertex задают треугольник. элементы
GL_TRIANGLES
3n - 2, 3n-1, и 3n определяют треугольник n. Рисуется N/3
треугольников.
Рисуются треугольники с общей стороной. Для нечетного n,
GL_TRIANGLE_STRIP
элементы n, n+1, n+2 определяют треугольник n. Для
нечетного n элементы n+1, n, n+2 определяют треугольник
n. Рисуется N-1 треугольников.
Рисует группу соединенных треугольников. Один
GL_TRIANGLE_FAN
треугольник определяется для каждого элемента после двух
предыдущих. Два последних элемента соединяются с
первым. рисуется N - 2 треугольников.
GL_QUADS
GL_QUAD_STRIP
Каждые четыре вызова glVertex задают четырехугольник.
рисуется N/4 четырехугольника.
Четырехугольники с общей стороной. соединяя чётные
элементы с чётными, а нечётные с нечётными.
Полигон. Элементы с 1 по N определяют этот полигон.
GL_POLYGON
(при этом точки полигона сортируются так, чтобы грани у
получившегося многоугольника не пересекались)
1. 4. Визуализация сцены
Для создания сцены необходимо задать область вывода объектов и задать способ
проецирования.
Если область вывода не задана явно, то в OpenGL используется установленная по
умолчанию зона в виде куба видимости 2x2x2 с началом координат в центре куба (рис.2).
45
Y
X
Окно видимости
Z
Рис.2. Вид системы координат Oxyz
Система координат в OpenGL Oxyz (рис.2) расположена таким образом, что ось Oz
направлена в сторону противоположную направления зрения. Окно видимости (Windows)
масштабируется в пределах [-1;1] по осям Ox, Oy. Изображение по умолчанию
воспроизводится на плоскости z=0.
Существует два типа проецирования: параллельная проекция и перспективная.
Ортогональная проекция – это частный случай параллельной проекции, при которой
проецирующие лучи ортогональны картинной плоскости.
При ортогональном проецировании точка (x,y,z) на объекте проецируется в точку
(x,y,0) на плоскости проекции. В OpenGL ортогональная проекция, характеризуемая
параллелепипедом видимости, задаётся функцией glOrtho(), объявленной следующим
образом:
glOrtho(left,right,bottom,top,near,far)
Таким образом, видны все объекты, которые попали внутрь параллелепипеда
видимости.
При
проецировании,
преобразование
координат
включает
в
себя
этапы,
изображённые на рис. 3. Сначала мировые координаты (система координат, в которой
определяется
положение
объекта,
положение
точки
наблюдения
и
экрана)
преобразовываются в видовые координаты. При этом точки изображения остаются на
своих местах, но система мировых координат переходит в систему видовых координат.
Затем выполняется перспективное преобразование, добавляющее эффект перспективы в
зависимости от расстояния от объекта до экрана и расстояние от точки наблюдения до
46
экрана. Система трёхмерных видовых координат переходит в систему двухмерных
экранных
координат.
При
построении
параллельной
проекции
перспективное
преобразование не выполняется, и видовые координаты используются в качестве
экранных координат (X,Y).
Мировые координаты (х, y, z)
Видовое преобразование
Видовые координаты (x, y, z)
Проективное преобразование
Экранные координаты (x, y)
Рис.3. Схема преобразования координат
1.5. Видовые преобразования
Видовые преобразования осуществляются с помощью матричных преобразований.
В
OpenGL текущая матрица преобразований является произведением двух матриц –
матрицы модели и матрицы проецирования, при этом формируется единая матрица
преобразования, которая применяется ко всем вершинам всех геометрических объектов.
Матрица модели – glMatrixMode(GL_MODELVIEW) связана с координатами объектов.
Это матрица в базисе видовых координат, она используется для построения картинки в
том виде как её видит наблюдатель.
Матрица проецирования – glMatrixMode(GL_PROJECTION). Матрица в системе
координат устройства. Вычисляет нормализованные координаты, которые преобразуются
в экранные после трансформаций, связанных с областью вывода.
47
Команда glLoadIdentity заменяет текущую матрицу единичной матрицей. (матрицей с
единицами по главной диагонали и равными нулю всеми остальными элементами).
1.6 Аффинные преобразования
1.6.1. Масштабирование
Преобразование масштабирования увеличивает или уменьшает размеры объекта.
Команда масштабирования glScale(arg1, arg2, arg3) с тремя аргументами коэффициентами масштабирования по каждой из осей.
Если масштабные множители больше единицы объект растягивается в заданном
направлении, если меньше объект сжимается. Масштабные множители могут иметь
отрицательные значения, при этом изображение переворачивается по соответствующей
оси. При двумерных построениях значение коэффициента по оси Z игнорируется.
После команд рисования следует восстановить нормальный масштаб, чтобы
каждое следующее обращение к обработчику перерисовки экрана не приводило бы к
последовательному уменьшению/увеличению изображения.
1.6.2 Поворот
Для поворота изображения используется команда
glRotate(arg1,
arg2,
arg3,
arg4)
с
четырьмя
аргументами:
arg1 – угол поворота (в градусах),
arg2, arg3, arg4 – задают вектор поворота.
1.6.3 Сдвиг
Преобразование сдвига смещает точки в новые позиции в соответствии с заданным
вектором смещения. Перенос системы координат осуществляется командой
glTranslate(arg1, arg2, arg3)
arg1, arg2, arg3 - величины переноса по каждой из осей.
Для поворота вокруг произвольной фиксированной точки сначала нужно
выполнить преобразование сдвига, совмещающую заданную фиксированную точку с
началом координат, потом выполнить преобразование поворота вокруг начала координат,
а затем обратное преобразование сдвига. Порядок манипуляции с системой координат:
48
вначале перенос, затем поворот, по окончании рисования – в обратном порядке: поворот,
затем перенос.
1.7. Закрашивание объектов сцены
В трёхмерном пространстве поверхность объектов характеризуется материалом.
Материал может отражать, поглощать и пропускать свет различной длины волн. В
зависимости от характеристик материала и от свойств источника света мы видим объекты
различными по цвету и свойству. Материал поверхности задается с помощью команды
glMaterialfv().
Характеристики свойств
материала, определяют соответствующие им
символьные константы, которые представлены в таблице 3.
Таблица 3
Характеристики свойств материала
GL_AMBIENT
Определяет цвет рассеянного света
GL_DIFFUSE
Определяет цвет диффузной составляющей света
GL_EMISSION
Цвет излучаемого света
GL_SHININESS
Степень зеркального отражения диффузного света (0..128)
Зеркальный цвет задаёт цветовую гамму бликов материала, степень зеркального
отражения определяет, насколько близка поверхность к идеальному зеркалу (определяется
числом из интервала [0,128]).
Свойства материала задаются для внешней и внутренней стороны поверхности,
определяемой вектором нормали. Цвет материала определяется в третьем параметре
функции ссылкой на массив необходимого размера.
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE,@MaterialFront);
glMaterialfv(GL_BACK, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE,@MaterialBack);
Существует несколько режимов отрисовки многоугольников/Чтобы изменить способ
отрисовки полигона используется команда:
glPolygonMode(face, mode)
49
Параметр mode определяет, как будут отображаться многоугольники, а параметр face
устанавливает тип многоугольников, к которым будет применяться эта команда и могут
принимать значения указанные в таблице 4.
Таблица 4
Значения параметров face и mode
GLenum
face
GL_FRONT
для лицевых граней
GL_BACK
для обратных граней
GL_FRONT_AND_BACK для всех граней
Отображаются вершины
GL_POINT
многоугольников
Отображаются грани
Glenum
многоугольников (каркасное
GL_LINE
представление)
mode
Полигоны закрашиваются
текущим цветом с учетом
GL_FILL
освещения (режим установлен
по умолчанию).
1.8. Источники света
Без источника света изображения не видно. По умолчанию освещение отключено.
Что бы инициализировать источник, и включить обработчик расчёта воздействия источника на объекты достаточно выполнить команды:
glEnable(gl_lighting);
glEnable(gl_light0);
Источник света по умолчанию является удалённым и располагается в
пространстве с координатами (0,0,). Можно создавать источник света в любой точке
пространства изображений.
Параметры источника света задаются с помощью функции,
glLightfv(source, parameter, pointer_to_array).
Первый параметр команды – идентификатор источника
50
Второй аргумент – символическая константа, задающая атрибут (интенсивность
соответствующей составляющей света)
Третий – ссылка на структуру, содержащую задаваемые значения для данного
атрибута.
Таблица5
Символьные константы функции света
Задаёт позицию источника света
GL_Position
(x, y, z, cos )
Составляющая соответствующая
GL_AMBIENT
рассеянному свету
Диффузная составляющая
GL_DIFFUSE
Составляющая соответствующая
GL_SPECULAR
зеркальному блику
Задаёт направление света (x, y, z)
GL_SPOT_direction
Задаёт максимальный угол излучения
направленного источника света [0,90] и
GL_SPOT_Cutoff
180.
Для того, чтобы внутренняя сторона объекта была видна необходимо включить
освещенность для внутренней стороны многоугольника. Световая модель с освещением
внутренней части многоугольника включается или выключается соответствующей
функцией
glLightModeli(GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE,1).
Второй аргумент 0 или 1 (вкл. или выкл.).
1.9. Наложение текстуры
1.9.1. Создание текстуры в памяти
После того как образ подготовлен, можно создавать текстуру в памяти. Для этого в
OpenGL предусмотрены две команды: одна для одномерного и вторая для двумерного
вариантов образа (обе работают только в режиме RGBA).
51
glTexlmage1D(
void glTexlmage2D(
GLenum target,
GLint level,
GLenum target,
GLint level,
GLint components,
GLint components,
GLsizei width, GLsizei width,
GLint border, GLsizei height,
GLenum format,
GLint border,
GLenum type, GLenum format,
const GLvoid* pixels)
GLenum type, const GLvoid* pixels)
При создании текстуры можно определить несколько образов с различным
разрешением. Если текстура имеет размер 2nx2m, то можно определить max{n, m} + 1
уменьшенных массивов. Первый имеет размер 2nx2m, второй — 2n-1x2m-1, и т. д., пока
последний не будет иметь размер 1x1. Команды glTex!mage*D предоставляют
возможность определить р = max{n, m} таких массивов, в каждом из которых хранится
уменьшенный образ исходного изображения. Наличие таких массивов позволит OpenGL
использовать меньший образ для меньшего объекта, а больший для большего. Другими
словами, чем меньше объект, тем меньше его деталей удается рассмотреть.
1.9.2. Параметры текстуры
Один элемент на экране может покрывать несколько элементов массива образа, и, чтобы
избежать проблем, связанных с лестничным эффектом, необходимо учитывать все
затрагивающие этот массив элементы.
Для этого определяются четыре точки в массиве образа, которые отображаются в
четыре угла элемента на экране. Эти точки соединяются, и образуется четырехугольник.
Значения попадающих в него элементов взвешиваются с учетом доли каждого элемента,
содержащейся в многоугольнике, и затем суммируются.
Для учета особенностей текстуры необходимо настроить параметры текстуры, что
можно сделать с помощью команды
glTexParameter [i , f, v](target, pname, param)
target — определяет, с какой текстурой предполагается работать, — одномерной или
двумерной
52
pname - определяет символическое имя параметра текстуры:
раrат определяет значение для параметра рпаme
1.10. Использование дополнительных библиотек
Несмотря на то, что библиотека OpenGL предоставляет практически все возможности для моделирования и воспроизведения трёхмерных сцен, некоторые из функций, которые требуются при работе с графикой, напрямую отсутствуют в стандартной библиотеке OpenGL. Например, чтобы задать положение и направление камеры, с которой будет
наблюдаться сцена, нужно самому рассчитывать модельную матрицу, а это далеко не все
умеют. Поэтому для OpenGL существуют так называемые вспомогательные библиотеки.
1.10.1. Библиотека GLU
Библиотека GLU уже стала стандартом и поставляется вместе с главной библиотекой
OpenGL. В состав этой библиотеки вошли более сложные функции, например для того
чтобы определить цилиндр или диск потребуется всего одна команда. Также в библиотеку
вошли функции для работы со сплайнами, реализованы дополнительные операции над
матрицами и дополнительные виды проекций.
1.10.2. Библиотека GLUT
Это
независимая
от
платформы
библиотека.
Она
реализует
не
только
дополнительные функции OpenGL, но и предоставляет функции для работы с окнами,
клавиатурой и мышкой. Для того чтобы работать с OpenGL в конкретной операционной
системе, надо провести некоторую предварительную настройку и эта предварительная
настройка зависит от конкретной операционной системы. С библиотекой GLUT всё
намного упрощается, буквально несколькими командами можно определить окно, в
котором будет работать OpenGL, определить прерывание от клавиатуры или мышки и всё
это не будет зависеть от операционной системы.
Библиотека предоставляет функции, с помощью которых можно определять
сложные правильные многогранники: куб, сфера, тор, конус, тетраэдр и додекаэдр, и даже
можно с помощью одной команды определить сложный объект, типа чайник. Например,
для воспроизведения куба достаточно выполнить команду: glutSolidCube(N), где N-задаёт
величину стороны грани куба. Перечень возможных функций смотри в приложении 3.
2. Пошаговое создание приложения, использующего OpenGL
53
1. Указать библиотеку opengl в списке используемых модулей:
uses
Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, OpenGL;
2. Определить переменную типа hGLRC:
var
Form1: TForm1;
hrc : HGLrc;
3. Определить процедуру создания окна OnCreate:
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
dc:=GetDC(Handle);
SetDCPixelFormat(Canvas.Handle);
hrc:=wglCreateContext(Canvas.Handle);
end;
Предварительно определить процедуру SetDCPixelFormat
В случае трёхмерного изображения при создании окна необходимо задать характеристики источника света. Процедура будет выглядеть следующим образом:
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
dc:=GetDC(Handle);
SetDCPixelFormat;
hrc:= wglCreateContext(dc);
wglMakeCurrent(dc, hrc);
glEnable (gl_depth_test)// тестирование буфера глубины;
glEnable(gl_lighting)// разрешение работы с освещением;
glEnable(gl_light0)//включение нулевогоисточника света;
end;
4.Определить обработчик уничтожения окна
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
begin
54
wglMakeCurrent(0,0); //освободить контекст
wglDeleteContext(hrc)//удалить контекст воспроизведения;
ReleaseDC(Handle,dc);// удалить контекст устройства
end;
5. Определить обработчик отрисовки содержимого окна /Рисуются точки/
procedure TForm1.FormPaint(Sender: TObject);
begin
wglmakeCurrent(Canvas.Handle,hrc);/Сделать текущим контекст устройства окна
для контекста воспроизведения/
glClearColor(0.3,0.4,0.5, 1);/определить цвет фона (RGBA)
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);/очистка буфера
glViewport(0,0,ClientWidth,ClientHeight);// задать область вывода
glPointSize(10); //задаём размер точки
glColor3f(1,1,1);//задаём RGB-цвет точки
glBegin(GL_POINTS);//командная скобка
glVertex2f(-0.8,-0.8);
glVertex2f(-0.8,0.8);
glVertex2f(0,0);
glVertex2f(0.8,0.8);
glVertex2f(0.8,-0.8);
glEnd; // конец командной скобки
SwapBuffers(Canvas.Handle); // содержимое заднего буфера вывести в передний буфер
end;
6. Определить обработчик изменения размеров окна
Для трёхмерного случая, необходимо задать область вывода, способ
проецирования и определить трёхмерную плоскость.
procedure TForm1.FormResize(Sender: TObject);
begin
glMatrixMode(GL_PROJECTION);//инициализация матрицы проекции
glLoadIdentity;// задание единичной матрицы проекции
gluPerspective(45.0, Width / Height, 0.1, 30.0);// задание пирамиды видимости
55
glViewport(0, 0, Width, Height);// определение окна области вывода
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);// инициализация матрицы вида
InvalidateRect(Handle, nil, False);// отрисовка
9.2 Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов
Самостоятельная работа студентов осуществляется в процессе выполнения домашних заданий и отдельных заданий в аудитории при участии преподавателя, путѐм
индивидуальной исследовательской работы по проектированию, структуризации и презентации работы персонального компьютера. Для промежуточной проверки усвоения
учебного материала и оценки уровня знаний студентов проводятся контрольные работы и тестирование.
При подготовке к практическим занятиям студентам следует использовать как основную, так и дополнительную литературу, предложенную в данной рабочей программе, а также руководствоваться указаниями и рекомендациями преподавателя. На
семинарских занятиях приветствуется активное обсуждение конкретных ситуаций, способность на основе полученных знаний находить наиболее эффективные решения поставленных проблем, умение находить полезный материал по тематике семинарских занятий, грамотно пользоваться дополнительными источниками информации, периодикой, электронными базами данных, ресурсами Интернет.
Для расширения кругозора следует обращать внимание на персоналии, т.е.
теоретиков и практиков дисциплины компьютерной графики. Студент должен уметь
определить, расшифровать или объяснить любые использованные им термины, аббревиатуры, понятия.
Самостоятельная работа должна быть интересной и привлекательной для студента. Еѐ результаты контролируются преподавателем и учитываются при аттестации
студента. При этом проводится тестирование, экспресс-опрос на семинарских и практических занятиях, заслушивание докладов, проверка письменных работ и т.д.
Структура самостоятельной работы студента: 80% временных ресурсов уходит
на подготовку к семинарским занятиям; 20% временных ресурсов используется во
время лекционных занятий.
56
Трудоемкость самостоятельной работы определяется отношением затрат интеллектуального труда, необходимых для подготовки к семинарскому занятию ко времени,
затрачиваемому на подготовку. Опыт свидетельствует, что хорошая подготовка к семинарскому занятию требует в среднем примерно вдвое больше времени, чем продолжительность самого семинара. Снижению трудоемкости способствует выполнение
следующих методических рекомендаций.
Овладение данным курсом предполагает активную самостоятельную работу
студентов и написания курсовой работы. На первой лекции студенты знакомятся со
структурой и содержанием всего курса, узнают о предполагаемых формах, методах и
средствах преподавания, а так же о формах текущего, промежуточного и итогового
контроля. Преподаватель заранее знакомит студентов, как предполагается усваивать
учебный материал: в процессе лекции или семинарского занятия или самостоятельной
работы (список заданий для самостоятельных работ и список семинарских занятий выдается на первой лекции).
Задания для самостоятельной работы, предложенные преподавателем в семинарских занятиях обязательны для выполнения всеми студентами. Они прорабатываются дома, в процессе подготовки к занятию, их выполнение влияет на текущую отметку
студента на занятии.
Студент имеет право получить консультацию преподавателя при выполнении этого
вида работы. Время консультации обсуждается на первой лекции.
Самостоятельная работа студента предполагается при написании ими рефератов
и курсовой работы. Разнообразная тематика рефератов позволит выбрать тему, отвечающую интересам студента. Студент имеет право получить консультацию преподавателя по выполнению реферата.
Самостоятельная работа студента предполагается и при подготовке к текущему, промежуточному и итоговому контролю.
Освоить теоретический материал курса студентам помогут
1. Лекции преподавателя.
2. Литература
3. Самостоятельный поиск информации в сети интернет.
9.3 Методические рекомендации по выполнению учебных проектов
Учебные проекты готовятся студентами индивидуально или небольшими группами
по 2-3 человека. По результатам разработки проекта готовится презентация в Microsoft
PowerPoint (10-15 слайдов) и доклад (в пределах 5 минут). На слайды презентации реко57
мендуется выносить рисунки, таблицы, схемы, в виде текста только основные положения
доклада.
Студенты выбирают темы учебных проектов согласно порядковому номеру в журнале. Структура презентации учебного проекта студентов данных специальностей:
-
титульный лист (1 слайд);
-
теоретическая часть, раскрывающая суть темы (8-13 слайдов);
-
заключение, в котором излагаются собственные выводы и предложения автора (1
слайд).
Защита проекта происходит в форме краткого доклада на занятии и ответов на вопросы
преподавателя и студентов по данному докладу. Критериями оценки учебных проектов
являются оформление, содержание (концептуальность, логичность и конструктивность
работы) и форма подачи (доклад, ответы на вопросы).
9.4 Методические рекомендации и указания по подготовке реферата
Целью реферативной работы является приобретение навыков работы с литературой, обобщения литературных источников и практического материала по теме, способности грамотно излагать вопросы по теме, делать выводы. Реферат должен иметь следующие разделы: введение, основную часть, выводы, а также пронумерованный список использованной литературы (не менее 2- х источников) с указанием автора, названия, места
издания, издательства, года издания.
Во введении следует отразить место рассматриваемого вопроса в естественно
научной проблематике, его теоретическое и прикладное значение.
Основная часть должна излагаться в соответствии с планом, четко и последовательно, желательно своими словами. В тексте должны быть и необходимо делать ссылки
на использованную литературу. При дословном воспроизведении материала
каждая
цитата должна иметь ссылку на соответствующую в списке использованной литературы.
Выводы должны содержать краткое обобщение рассмотренного материала, выделение наиболее достоверных и обоснованных положений и утверждений, а также
наиболее проблемных, разработанных на уровне гипотез, важность рассмотренной проблемы с точки зрения практического приложения, мировоззрения, этики, т.п.
Реферат должен быть аккуратно напечатан или написан на бумаге
стандартного (А.4) формата, на одной стороне листа. Страницы должны быть пронумерованы, начиная со 2-й (титульный лист, включая в общую нумерацию, но номер на нем
не проставляется ). Номер страницы проставляется в правом верхнем углу без точки в
58
конце. Текст реферата следует печатать ( писать ), соблюдая следующие размеры полей:
левой – не менее 30 мм, правое – не менее 10 мм. Верхнее и нижнее – не менее 20 мм.
Примерный объем реферата составляет 20-25 страниц машинописного текста.
Для наглядности изложения желательно сопровождать текст рисунками. В последнем случае на рисунке в тексте должны быть соответствующие ссылки, например « см.
рисунок 5» или « граф… приведем на рисунке2».
Тема реферат может быть выбрана из предложенного списка, либо носить свободный характер. Работа над рефератом позволит лучше подготовится к экзамену, т. к.
темы из предложенного списка во многом совпадают с вопросами, выносимыми на экзамен. Кроме того, в рабочей программе курса можно найти краткое содержание и список рекомендованной литературы. При выборе свободной темы все это придется выполнить самостоятельно.
10. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине (модулю), включая перечень программного
обеспечения и информационных справочных систем (при необходимости)
В процессе лекционных и семинарских занятий используется следующее
программное обеспечение:
- программы, обеспечивающие доступ в сеть Интернет (например, «Googlechrome»);
-
программы,
демонстрации
видео
материалов
(например,
проигрыватель
«
WindowsMediaPlayer»);
-
программы
для
демонстрации
и
создания
презентаций
(например,
«MicrosoftPowerPoint»).
Для решения практических задач используется статистический пакет программ
STATISTICA 6.0 RUS и табличный редактор MSExcel 2000.
11. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине (модулю)
1. Компьютерный класс, оснащенный современной техникой (PENTIUM 3, PENTIUM 4, INTELCORE 2)
2. LCD – проектор EPSON EMP-X3;
3. Ноутбук ASUS A6RP;
4. Экран для проектора ЭКСКЛЮЗИВ MW 213*213.
59