Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z podstawowymi technikami wizualizacji trójwy-miarowej. Studenci uczą się podstaw tworzenia trójwymiarowych scen graficznych oraz stoso-wanymi w grafice metodami przekształcania przestrzeni, planarnego rzutowania geometryczne-go oraz metod opisu brył. Przedmiotem wykładu są algorytmy tworzenia realizmu wizualnego. Studenci poznają metody modelowania geometrycznego, techniki renderingu, aliasingu i anty-aliasingu, określania powierzchni widocznych, efektywne algorytmy specyfikacji widocznych powierzchni i linii oraz algorytmy oświetlenia. W trakcie wykładów prezentowane są zaawan-sowane architektury procesorów graficznych, struktury danych dla obiektów o złożonych kształ-tach. Przedmiot obejmuje techniki zaawansowanego modelowania graficznego, renderingu obję-tościowego, a także techniki wspomaganej komputerowo animacji i podstawowe informacje na temat języków animacji. Studenci uczą się korzystać z oprogramowania komercyjnego służącego do tworzenia scen trójwymiarowych, nabywając umiejętności w posługiwaniu się istniejącym oprogramowaniem graficznym. Poznają także zaawansowane procedury tworzenia obiektów trójwymiarowych zawarte w bibliotece OpenGL. Studenci poznają tajniki implementacji efek-tywnych algorytmów graficznych oraz wykorzystania wieloprzetwarzania i potoków równole-głych w procedurach graficznych.

30 godz.

- Wprowadzenie do komputerowej grafiki trójwymiarowej (1). Rozwój bazy komputerowej i oprogramowania graficznego pod kątem grafiki 3D (1). Przekształcenia elementarne w prze-strzeni trójwymiarowej, reprezentacja macierzowa i składanie przekształceń trójwymiarowych (2). Rzutowanie i wymogi sceny trójwymiarowej (1). Planarne rzuty geometryczne, klasyfikacja, opis matematyczny, macierzowa reprezentacja rzutowania (2). Sparametryzowane powierzchnie bikubiczne, powierzchnie drugiego stopnia (1). Opis brył, logiczne operacje kontrolne, konkre-tyzacja prymitywów (1). Reprezentacja łukowa brzegowa i podział przestrzenny obiektów, po-równanie reprezentacji (1). Podstawy realizmu wizualnego - główne problemy (1). Podstawowe techniki renderingu dla linii i obrazów (1). Poprawianie modeli obiektów, dynamika obrazu, ste-reowizja (1). Aliasing i antyaliasing (1). Określanie powierzchni widocznych, efektywne algo-rytmy specyfikacji powierzchni widocznych, określanie widocznych linii (1). Algorytm oparty o z-bufor, lista priorytetów, algorytm przeglądania linii (1). Algorytmy dla drzew ósemkowych i powierzchni zakrzywionych (1). Określanie powierzchni widocznych metodą śledzenia promieni (1). Modele oświetlenia, fizyczne modele oświetlenia, algorytm globalnej iluminacji, rekursywne śledzenie promieni, metoda odbić rozproszonych, potok renderingu (2). Zaawansowana architek-tura procesorów graficznych, standartowy potok graficzny, wieloprzetwarzanie, potoki równole-głe (1). Rasteryzacja równoległa obrazów i obiektów (1). Struktury danych dla obiektów o zło-żonych kształtach i ich algebra (1). Techniki zaawansowanego modelowania graficznego (2). Rendering objętościowy, modelowanie fizyczne, obiekty naturalne i syntetyczne (2). Animacja konwencjonalna i wspomagana komputerowo, języki animacji, metody kontroli animacji - pod-stawowe zasady (2). Systemy trójwymiarowe i biblioteki graficzne (1).

15 godz.

Przekształcenia przestrzeni 3D, składanie przekształceń (1). Macierze biblioteki OpenGL, zmienne stanu, stos atrybutów, rzuty równoległe i perspektywiczne, pozycja kamery, bufor głę-bokości (algorytmy wyznaczania z - bufora) (1). Kreślenie w trzech wymiarach: linie, krzywe, punkty, wielokąty, powierzchnie (1). Przekształcenia sceny w OpenGL: przywracanie bieżącego stanu macierzy widoku (1). Wykorzystanie światła na scenie w OpenGL: rodzaje oświetlenia (1). Tekstury - filtrowanie i poziomy szczegółowości (1). Oświetlanie obiektów z nałożonymi tek-sturami (1). Interakcja, selekcja, sprzężenie zwrotne, budowa sceny 3D i poruszanie się po scenie (1). Blending, efekt przezroczystości przez łączenie kolorów, łączenie kolorów przy antyaliasin-gu (1). Mgła, rodzaje mgły, głębokość mgły (1). Kwadryki: sfery, cylindry, dyski, walce i kule, tworzenie kwadryk (1). Kreślenie i teksturowanie sfer, cylindrów i dysków (1). Obsługa błędów i komunikaty w OpenGL (1). Poprawianie wydajności OpenGL dla grafiki 3D: listy wyświetla-nia, operacje na macierzach, operacje związane z oświetleniem, konstruowanie obiektów na sce-nie (2).

15 godz.

Student wykonuje swój własny projekt opierając się na wiedzy uzyskanej w trakcie wykładów i ćwiczeń laboratoryjnych. Przykładowe tematy projektów: 1. Wykreślanie obiektów 3D przy wykorzystaniu podstawowych prymitywów z biblioteki AUX (15) 2. Wizualizacja ruchu planet wraz z księżycami (do wyboru może być ziemia) (15) 3. Scena 3D wraz z poruszaniem się po tej scenie (15) 4. Generowanie i przeglądanie wirtualnego krajobrazu (15) 5. Animacja ruchu piłki w zamkniętym sześcianie (15) 6. Animacja rzutu kostką do gry (15) 7. Wykonanie gry ,Pong polegającej na odbijaniu piłki przez poruszającą się (15) 8. platformę przy - interakcja z graczem (15) 9. Stworzenie labiryntu w przestrzeni 3D i określanie najkrótszej drogi przejścia (15) 10. Generowanie sceny trójwymiarowej z umieszczonymi na niej obiektami i wykrywanie kolizji (15)

01. J. Foley, Wprowadzenie do grafiki komputerowej, WNT 2001
02. J. Zabrodzki i in., Grafika komputerowa. Metody i narzędzia, WNT 1994
03. M. Jankowski, Elementy grafiki komputerowej, WNT, Warszawa 1990
04. T. Pavlidis, Grafika i przetwarzanie obrazów, WNT, Warszawa 1987
05. R.S. Wright, M. Sweet, OpenGL. Księga eksperta, Helion, 1999