П р а в

Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Нижегородский филиал
Факультет Бизнес-информатики и прикладной математики
Программа дисциплины
«Основы компьютерной графики (OpenGL)»
для направления 080700.62 – Бизнес-информатика,
010500.62 – Прикладная математика и информатика
подготовки бакалавра
Автор преподаватель А.В. Петров
Рекомендована УМС
Секция «Информатика»
Председатель
__________________А.Н.Визгунов
«
» ___________ 2011 г.
Утверждена УМС филиала
Председатель
__________________Л.Г. Макарова
«
» ___________ 2011 г.
Одобрена на заседании базовой кафедры
группы компаний МЕРА
Зав. кафедрой
_______________________Д.М. Пономарев
«
» __________________2011 г.
Н. Новгород, 2011 г.
I. Пояснительная записка
Авторы программы: программа дисциплины разработана Петровым А.В. на основе
одноименного авторского курса.
Требования к студентам:
Исходный уровень – знание языка программирования С++, владение MS Visual Studio на
уровне уверенного пользователя, и, желательно, знание основ аналитической геометрии и
линейной алгебры.
Аннотация:
Курс «Основы компьютерной графики (OpenGL)» является факультативным из цикла курсов
подготовки современного специалиста в области информатики. Данный курс нацелен на
раскрытие теоретического фундамента и выработку практических навыков в разработке
современных приложений с интенсивным использованием методов компьютерной графики.
Дисциплина рассчитана на 16 часов лекционных занятий и 16 час практических занятий.
Учебная задача дисциплины:
Целями курса являются
- знакомство с историей компьютерной графики как науки, искусства и инженерии
- введение в библиотеку OpenGL, как основного практического инструмента данного курса
- знакомство с основными физическими феноменами определяющими человеческое
восприятие визуализации
- освещение основных технических приемов и упрощений позволяющих добиваться
реалистичности компьютерной графики
- введение в математический аппарат современной компьютерной графики
- получение навыков составления законченных программ компьютерной графики на основе
OpenGL.
II. Тематический план учебной дисциплины
Наименование тем
1
2
3
4
5
6
7
8
Введение в компьютерную графику.
Знакомство с OpenGL
Управление «состоянием» и
рисованием геометрических объектов
«Вид» и «списки отображения»
«Цвет» и «освещение»
«Цветовое наложение»,
«сглаживание», «туман» и смещение
полигонов
Отображение пикселей, битовых
карт, шрифтов и изображений
Текстуры и работа с ними
Режим «выбора» и обратный режим
Итого
Практические Самостоятельная
Всего,
Лекции
часов
занятия
работа
6
4
10
4
16
12
4
4
16
4
16
4
20
12
108
4
4
32
2
6
12
8
12
12
16
8
76
III. Формы рубежного и итогового контроля
Контроль знаний студентов включает формы текущего и итогового контроля. Текущий
контроль осуществляется в течение двух модулей. По курсу предусмотрены текущий
контроль знаний и работы студентов на практических занятиях, две контрольные работы (2 х
25 мин.). Каждая форма текущего контроля оценивается 10-балльной оценкой, которая
выставляется в рабочую ведомость преподавателя. Форма итогового контроля – экзамен по
окончании двух модулей учебного курса, который оценивается по 10-балльной шкале.
Для получения результирующей оценки О итогового контроля используются следующие
весовые множители:
0,25 – для оценки Оконтр1., за контрольную работу № 1,
0,25 – для оценки Оконтр2., за контрольную работу № 2,
0,5 – для оценки Оэкз., за экзамен в конце второго модуля.
Для получения результирующей оценки О по 10-балльной шкале вычисляется величина
О = 0,25 х Оконтр.1 + 0,25 х Оконтр.2 + 0,5 х Оэкз.
Полученный после округления этой величины до целого значения результат и выставляется
как результирующая оценка по 10-балльной шкале по учебной дисциплине «Структуры
данных» в экзаменационную ведомость и зачетную книжку студента. В экзаменационную
ведомость и зачетную книжку студента выставляется также и результат зачета по данной
дисциплине в форме «зачтено» «не зачтено», получаемый из оценки по десятибалльной
шкале в соответствии со следующей таблицей соответствия (см. Приложение № 2 к приказу
Ректора ГУ-ВШЭ № 1002 от 17.06.2002).
Таблица соответствия оценок по десятибалльной и пятибалльной системам.
По десятибалльной шкале
По пятибалльной шкале
1 – неудовлетворительно
2 – очень плохо
Неудовлетворительно - 2
3 – плохо
4 – удовлетворительно 5 – весьма
удовлетворительно -3
удовлетворительно
6 – хорошо 7– очень хорошо
хорошо - 4
8 – почти отлично
9 – отлично
10 –блестяще
отлично - 5
IV. Содержание программы
ТЕМА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ. OPENGL
КАК ИНСТРУМЕНТ
Что такое «компьютерная графика». Современные приложения, направления развития данной
индустрии и соответствующей отрасли знаний. Место, цели и задачи предлагаемого курса в
общей картине технологий трехмерного моделирования.
Что такое OpenGL. Место и значение данной технологии в индустрии «компьютерной
графики». История развития, современное состояние и предполагаемое будущее данной
технологии.
Настройка среды программирования. Запуск тестовых примеров.
ТЕМА 2. УПРАВЛЕНИЕ «СОСТОЯНИЕМ» И РИСОВАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ
ОБЪЕКТОВ
Необходимые приготовления – очистка экрана, установка света, команда «завершить
рисование».
Необходимые знания о координатных системах. Описание точек, линий и полигонов.
ТЕМА 3. «ВИД» И «СПИСКИ ОТОБРАЖЕНИЯ»
«Вид» - аналогия с фотокамерой. «Видовая» трансформация. «Модельная» трансформация.
«Проекционная» трансформация. Трансформация «порта просмотра».
Разработка сцены в терминах «список отображения». Создание и исполнение «списка
отображения». Иерархичные «списки отображения».
ТЕМА 4. «ЦВЕТ» И «ОСВЕЩЕНИЕ»
Цвет. Цветовое восприятие. Цвет в компьютере. Указание цвета и модели закраски.
Освещение. Освещение в реальном мире и OpenGL. «Фоновый», «диффузный», «зеркальный»
и «исходящий» свет. Цвета «материала». Создание, позиционирование и включение одного
или более «источников света». Выбор модели «освещения».
ТЕМА 5. «ЦВЕТОВОЕ НАЛОЖЕНИЕ», «СГЛАЖИВАНИЕ», «ТУМАН» И
СМЕЩЕНИЕ ПОЛИГОНОВ
Цветовое наложение. Факторы «источника» и «приемника». Примеры использования.
Трехмерное цветовое наложение и буфер глубины.
«Сглаживание» (антиалиасинг). Сглаживание точек и линий. Сглаживание полигонов.
Туман. Использование тумана.
Смещение полигонов.
ТЕМА 6. ОТОБРАЖЕНИЕ ПИКСЕЛЕЙ, БИТОВЫХ КАРТ, ШРИФТОВ И
ИЗОБРАЖЕНИЙ
Битовые карты и шрифты. Текущая позиция растра. Отображение битовой карты. Выбор
цвета для битовой карты. Шрифты и списки отображения.
Изображения. Считывание запись и копирование пиксельных данных. Чтение пикселей и
буфера кадра в память процессора и обратно. «Упаковка» и «распаковка» пикселей. Режим
хранения пикселей.
ТЕМА 7. ТЕКСТУРЫ И РАБОТА С НИМИ
Создание текстурного объекта и указание текстуры для него. Активация наложения текстур.
Прорисовка сцены с указанием текстурных и геометрических координат. Несколько уровней
детализации.
ТЕМА 8. РЕЖИМ «ВЫБОРА» И ОБРАТНЫЙ РЕЖИМ
Выбор. Основные шаги. Создание стека имен. Запись о попадании.
Указание. Указание с использованием множественных имен в иерархической модели.
Указание и величина глубины.
Отклик. Массив отклика. Использование маркеров в режиме отклика.
V. Основная литература
1. Эдвард Эйнджел, Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе
OpenGL. М.: Издательский дом «Вильямс», 2001
2. Роджерс Д., Адамс Дж., Математические основы машинной графики. М.: Мир, 2001
3. Сергей Гайдуков, OpenGL. Профессиональное программирование трехмерной графики
на С++. СПб.: БХВ – Петербург, 2004
4. Рост Дж., OpenGL. Трехмерная графика и язык программирования шейдеров. СПб.:
Питер, 2005
5. Краснов М., OpenGL. Графика в проектах Delphi. СПб.: БХВ – Петербург, 2000
6. Шнайдер Дейв. OpenGL. Официальный справочник. СПб.: ООО «ДиаСофтЮП», 2002
7. The OpenGL Programming Guide - The Redbook
(http://www.opengl.org/documentation/red_book)
VI. Методические рекомендации преподавателю
См., приложение по методике 10-балльной оценки.
VII. Методические рекомендации студентам
Для более глубокого усвоения курса предполагается использование студентами
дополнительной литературы, работа в библиотеке, поиск информации в сети Интернет.
Приложение: Методика формирования результирующей оценки
Программа предусматривает в качестве форм контроля: оценку контрольной работы, оценку
домашнего задания, зачет (экзамен). Каждая форма оценивается по 10-бальной шкале.
Для контрольных работ:
высшая оценка в 9 баллов (10 баллов проставляется в исключительных
случаях)проставляются при отличном выполнении заданий: полных (с детальными или
многочисленными примерами и возможными обобщениями) ответах на вопросы, правильном
решении задачи и четком и исчерпывающем ее представлении почти отличная оценка в 8
баллов проставляется при полностью правильных ответах и решении задач, но при отсутствии
какого-либо из выше перечисленных отличительных признаков, как, например: детальных
примеров или обобщений, четкого и исчерпывающего представления решаемой задачи,
оценка в 7 баллов проставляется при правильных ответах на вопросы и правильном решении
задачи, но при отсутствии пояснений, примеров, обобщений, без представления алгоритма
или последовательности решения задач, оценка в 6 баллов проставляется при наличии
отдельных неточностей в ответах на вопросы (включая грамматические ошибки) или
неточностях в решении задачи непринципиального характера (описки и случайные ошибки
арифметического характера), оценка в 5 баллов проставляется в случаях, когда в ответах и в
решении задач имеются неточности и ошибки, свидетельствующие о недостаточном
понимании вопросов и требующие дополнительного обращения к тематическим материалам,
оценка в 4 балла проставляется при наличии серьезных ошибок и пробелов в знании по
контролируемой тематике, оценка в 3 балла проставляется при наличии лишь отдельных
положительных моментов в ответах на вопросы и в решении задач, говорящих о
потенциальной возможности в последующем более успешно выполнить задания; оценка в 3
балла, как правило, ведет к повторному написанию ответов на вопросы или решению
дополнительной задачи, оценка в 2 балла проставляется при полном отсутствии
положительных моментов в ответах на вопросы и решении задач и, как правило, ведет к
повторному написанию контрольной работы в целом, оценка в 1 балл проставляется, когда
неправильные ответы и решения, кроме того, сопровождаются какими-либо
демонстративными проявлениями безграмотности или неэтичного отношения к изучаемой
теме.
При оценке выполнения домашнего задания (эссе):
10 баллов проставляется в исключительных случаях самостоятельно проведенной работы,
которая может в дальнейшем использоваться в учебном процессе или в исследовательской
работе студента, 8-9 баллов проставляется при самостоятельно разработанном или удачно
адаптированном и отлично представленном исследовании по выбранной тематике, 6-7 баллов
проставляется при своевременно выполненном и самостоятельно представленном результате
продукте по выбранной тематике, 4-5 баллов проставляется при частичном,
несамостоятельном участии в выполнении работ, 2-3 балла проставляется, когда студент не
может самостоятельно представить работу; когда работа носит явные признаки заимствований
(работу предлагается переделать), 1 балл проставляется при наличии каких-либо
демонстративных проявлений безграмотности и неэтичного отношения к работе. На зачете
(экзамене), представляющем собой письменный ответ на вопрос и решение задачи с
последующим собеседованием, оценка проставляется следующим образом: высшая оценка в 9
баллов (10 баллов проставляется в исключительных случаях) проставляется при отличном
выполнении заданий: полных, с примерами и возможными обобщениями ответах на вопросы,
при правильном решении задачи и детальном ее представлении, почти отличная оценка в 8
баллов проставляется при полностью правильных ответах и решении задач, но при отсутствии
какого-либо из выше перечисленных отличительных признаков, как, например: примеров и
обобщений, детального представления решаемой задачи, оценка в 7 баллов проставляется при
правильных ответах на вопросы и правильном решении задачи, но при отсутствии пояснений,
примеров, без представления алгоритма решения задач, оценка в 6 баллов проставляется при
наличии отдельных неточностей в ответах на вопросы или непринципиальных неточностях в
решении задачи (описки и случайные ошибки арифметического характера), оценка в 4-5
баллов проставляется в случаях, когда в ответах и в решении задачи имеются существенные
неточности и ошибки, свидетельствующие о недостаточном понимании проблематики, оценка
в 2-3 балла проставляется при наличии лишь отдельных положительных моментов в ответах
на вопросы и в решении задачи и ведет к повторному написанию ответов на вопросы или
решению задачи, оценка в 1 балл проставляется, когда неправильные ответы и решения, кроме
того, сопровождаются какими-либо демонстративными проявлениями безграмотности или
неэтичного отношения к учебному процессу.
По результатам устного собеседования с преподавателем выполненной на итоговом
собеседовании работы возможны корректировки оценки в ту или иную сторону.
Автор программы,
Петров А.В.