Учебно-методический комплекс

1. 
   Авторы программы: Ляш Олег Иванович, ст. преподаватель кафедры информатики и ОТД; Шуньгина Ирина Владимировна, ст. преподаватель кафедры информатики и ОТД
   
2. 
   Рецензенты: Королева Н.Ю. – канд. пед. наук, доцент кафедры информатики и ОТД
   

3. 
   Пояснительная записка:
   

4. 
   Извлечение из ГОС ВПО специальности 050202 Информатика – вузовский компонент.
   

5. 
   Объем дисциплины и виды учебной работы (для всех специальностей, на которых читается данная дисциплина):
   

6. 
   Содержание дисциплины:
   

7. 
   Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
   
   1. 
      Тематика и планы аудиторной работы студентов по изученному материалу (планы последовательного проведения занятий: ПР, СМ, ЛБ) по предлагаемой схеме:
      

8. 
   Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
   
   1. 
      Рекомендуемая литература:
      

1. 
   Адамс Д. DirectX. Продвинутая анимация : учебно-справочное издание / Адамс Джим ; пер. с англ. В. Ю. Щербаков. - М. : КУДИЦ ОБРАЗ, 2004. - 480 с. + CD-ROM. - (В помощь разработчику игр).
   
2. 
   Евченко А. И. OрenGL и DirectX : программирование графики / Евченко А. И. - СПб. : Питер, 2006. - 350 с. : ил. + CD-ROM. - (Для профессионалов).
   
3. 
   Рост Рэнди Дж. OрenGL. Трехмерная графика и язык программирования шейдеров / Рост Рэнди Дж. - СПб. : Питер, 2005. - 428 с. : ил. - (Для профессионалов).
   

Дополнительная:

1. 
   Дружинин А. И. Алгоритмы компьютерной графики : Учебное пособие / А. А. Дружинин, В. В. Вихман.-Новосибирск: НГТУ, 2003.- 54 с.
   
2. 
   Глушаков, С. В. Компьютерная графика : Учебный курс Харьков; М. : Фолио:АСТ, 2001. 500 с.
   
3. 
   Коцюбинский А. О. Компьютерная графика : Практ. пособие.-М.: ТЕХНОЛОДЖИ-3000, 2001.- 750 с.
   
4. 
   Князь В.А., Сибиряков А.В.. Бесконтактное построение 3D-моделей реальных объектов методами короткобазисной фотограмметрии на основе использования кодированных меток.– В сб.: 8-я Международная конференция по компьютерной графике и визуализации. Графикон-98. 7-11 сентября 1998 года. Москва, Россия. Труды конференции. Изд-во МГУ им. М.В.Ломоносова, 1998.
   
5. 
   Ласло М. М. Вычислительная геометрия и компьютерная графика на С++ : Пер. с англ..-М.: БИНОМ, 1997.- 301 с.
   
6. 
   Математическая теория планирования эксперимента./ Под ред. С.М.Ермакова.– М.: Наука.1983.
   
7. 
   Пономаренко С. И. Пиксел и вектор. Принципы цифровой графики. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002.- 477 с.
   
8. 
   Петров М. Н. Компьютерная графика : Учебное пособие / М. Н. Петров, В. П. Молочков. -СПб.: Питер, 2002.- 735 с.
   
9. 
   Томпсон Н. Н. Секреты программирования трехмерной графики для Windows 95 : Пер. с англ..-СПб.: Питер, 1997.- 352 с.
   
10. 
    Шикин Е. В. Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения. – М.: Диалог-МИФИ, 1997.-288с.
    
11. 
    Шикин Е. В. Кривые и поверхности на экране компьютера: Руководство по сплайнам для пользователей. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1996.- 237 с.
    
12. 
    Янг М. М. Программирование графики в Windows 95 : Векторная графика на языке С++: Пер. с англ..-М.: БИНОМ, 1997.- 366 с.
    
13. 
    Gottschalk S., Lin M.C.and Manocha D.. OBBTree: A hierarchical structure for rapid interference detection, Department of Computer Science, UNC Chapel Hill, 1996.
    

ЭБС "Ibooks":

• 
  Кетков Ю., Кетков А. Свободное программное обеспечение. FREE PASCAL для студентов и школьников - СПб. : БХВ-Петербург, 2011, 384 с.
  
• 
  Мельников С. Delphi и Turbo Pascal на занимательных примерах - СПб. : БХВ-Петербург, 2006, 448 с.
  

Компьютерные классы физико-математического факультета МГПУ.

Среда разработки, поддерживающая работу с графическими библиотеками.

Методические разработки по темам лабораторных занятий.

1. 
   Укажатие, какие алгоритмы сжатия видео были приняты организацией по стандартизации ISO в качестве международных стандартов:
   

1. 
   PLV, Indeo, DCT, MPEG-1 (Layer III).
   
2. 
   MPEG-1, MPEG-2, Compact Video, Motion-JPEG.
   
3. 
   MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, Motion-JPEG.
   
4. 
   Indeo, DCT, DWT, MPEG-7.
   

2. 
   Оцените размер дискового пространства, необходимого для хранения видеопотока со следующими параметрами:
   

Размер кадра: 640 х 480
Глубина цвета: 24 бита
Кадровая развертка: 30 кадров/сек
Длительность потока: 1 сек.
Укажите величину в Мбайт с точностью до сотых, (не забудьте, что в 1Мб=1024 Кб, а 1 Кб=1024 байт)

3. 
   Укажите основное назначение компонентов DirectX
   
   1. 
      DirectX предназначен для создания трехмерных сцен с использованием языка описания виртуальных миров VRML
      
   2. 
      DirectX представляет собой лишь совокупность драйверов, предназначенных для использовании в новейших операционных системах компании Microsoft.
      
   3. 
      Основное назначение DirectX - выполнение роли промежуточного звена между Win32-приложением и конкретным драйвером устройства, преобразуя обобщенные команды в команды, специфичные для данного устройства
      
   4. 
      DirectX - технология, определяющая способы задания, представления и манипулирования мультимедиа данными в ОС типа MS Windows.
      
4. 
   Для чего в среде DirectX используется Уровень Аппаратных Абстракций - HAL (Hardware Abstraction Level)
   

1. 
   HAL используется для взаимодействия с пользователем посредством графического интерфейса пользователя - GUI (Graphical User Interface)
   
2. 
   HAL есть интерфейс взаимодействий операционной системы с подсистемой ввода/вывода через драйверы DirectX
   
3. 
   HAL используется как надстройка над уровнем HEL - Hardware Emulation Level (уровнем аппаратных эмуляций )
   
4. 
   HAL предназначен для взаимодействий операционной системы с устройством, отвлекаясь от его конкретной реализации, набора поддерживаемых функций и т.д.
   

5. 
   Соотнесите название категорий команд (функций) OpenGL и их описание:
   

Функция	Описание
Функции описания примитивов	позволяют программисту выполнять различные преобразования объектов – поворот, перенос, масштабирование.
Функции описания источников света	С помощью задания атрибутов программист определяет, как будут выглядеть на экране отображаемые объекты. Другими словами, если с помощью примитивов определяется, что появится на экране, то атрибуты определяют способ вывода на экран. В качестве атрибутов OpenGL позволяет задавать цвет, характеристики материала, текстуры, параметры освещения.
Функции задания атрибутов	определяют объекты нижнего уровня иерархии (примитивы), которые способна отображать графическая подсистема. В OpenGL в качестве примитивов выступают точки, линии, многоугольники и т.д.
Фнкции геометрических преобразований	служат для описания положения и параметров источников света, расположенных в трехмерной сцене.
Функции визуализации	позволяет задать положение наблюдателя в виртуальном пространстве, параметры объектива камеры. Зная эти параметры, система сможет не только правильно построить изображение, но и отсечь объекты, оказавшиеся вне поля зрения.

6. 
   Какая из строк подключения библиотеки утилит написана верно?
   
   1. 
      #include
      
   2. 
      Procedure gl
      

Begin

Open(gl.h);

End;

1. 1. 
      #include gl/gl.h
      
   2. 
      including
      
2. 
   Расположите этапы функционирования конвейера OpenGL в хронологическом порядке:
   
   1. 
      Операции над пикселями
      
   2. 
      Обработка вершин и сборка примитивов
      
   3. 
      Аппроксимация кривых и поверхностей
      
   4. 
      Растеризация и обработка фрагментов
      
   5. 
      Передача данных в буфер кадра
      
3. 
   Преобразования объекта в мировых координатах, такие как параллельный перенос, изменение масштаба и поворот, определяет ..?
   
   1. 
      Видовая матрица
      
   2. 
      Матрица проекций
      
   3. 
      Матрица текстуры
      
   4. 
      Единичная матрица
      
4. 
   Чему равна минимальная глубина модально-видовой матрицы?
   
5. 
   Работу с какими буферами поддерживает библиотека OpenGL?
   
   1. 
      Буфер памяти
      
   2. 
      Буфер цвета
      
   3. 
      Буфер глубины
      
   4. 
      Буфер маски
      
   5. 
      Буфер-накопитель
      
   6. 
      Буфер обмена
      

Ответы:

Номер вопроса	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Номер ответа	3	26,37 Мб	3	4	1-3 2-4 3-2 4-1 5-5	1	3, 2, 4, 1, 5	1	32	2,3,4,5

1. 
   Архитектура библиотек OpenGL и организация конвейера.
   
2. 
   Категории команд (функций) библиотеки OpenGL.
   
3. 
   Что такое функция обратного вызова и как функции обратного вызова могут быть использованы для работы с OpenGL?
   
4. 
   Для чего нужна функция обновления изображения и что она делает?
   
5. 
   Примитивы и атрибуты в OpenGL.
   
6. 
   Что такое операторные скобки и для чего они используются в OpenGL?
   
7. 
   Какие системы координат используются в OpenGL?
   
8. 
   Перечислите виды матричных преобразований в OpenGL. Каким образом происходят преобразования объектов в OpenGL?
   
9. 
   Перечислите способы изменения положения наблюдателя в OpenGL.
   
10. 
    Что такое видовые координаты? Нормализованные координаты?
    
11. 
    Структура трассировщика лучей. Основные этапы построения изображения.
    
12. 
    Построение теней в методе трассировки лучей.
    
13. 
    Реализация прозрачности в методе трассировки лучей.
    
14. 
    Экстенты в методе трассировки лучей.
    
15. 
    Добавление новых примитивов в методе трассировки лучей.
    
16. 
    Физические модели освещения.
    

1. 
   Построить модель солнечной системы, включающую солнце и планеты с реальными соотношениями периодов обращений и расстояний до солнца.
   
2. 
   Построить кубик Рубика с возможностью вращения всех его шести граней.
   
3. 
   Построить часы с часовой, минутной и секундной стрелками.
   
4. 
   Построить часы с маятником.
   
5. 
   Построить октаэдр с разноцветными гранями.
   
6. 
   Построить додекаэдр с разноцветными гранями.
   
7. 
   Построить движение спутника вокруг планеты по сильно вытянутой эллиптической орбите, с корректным показом скорости движения (чем ближе к планете, тем скорость больше).
   
8. 
   Построить движение бильярдного шара, трение отсутствует.
   
9. 
   Построить движение двух бильярдных шаров, трение отсутствует.
   
10. 
    Построить тор.
    
11. 
    Построить однополостный гиперболоид.
    
12. 
    Построить модель бутылки Клейна.
    

1. 
   Библиотека OpenGL. Назначение библиотеки OpenGL. Основные возможности. Структура библиотеки. Каркас приложения, использующего OpenGL. Системы координат. Модельные преобразования.
   
2. 
   Генерация движущихся изображений. Пример прикладной задачи – программное формирование динамических изображений. Метод двойной буферизации. Обработка событий от устройств ввода. Композиция модельных преобразований.
   
3. 
   Геометрические примитивы. Назначение и виды геометрических примитивов. Описание точек, отрезков и многоугольников. Свойства примитивов.
   
4. 
   Полигональная аппроксимация поверхностей. Построение моделей прикладных сущностей, ориентированных на использование в программном обеспечении. Пример модели – полигональное приближение гладких поверхностей в компьютерной графике. Назначение вершинных векторов нормали в OpenGL. Рекурсивное разбиение треугольных граней в полигональных моделях.
   
5. 
   Цвет и освещение. Цветовая модель RGB. Способы закраски примитивов. Модель освещения. Компоненты света в модели освещения. Диффузная, рассеянная, зеркальная и излучаемая компоненты освещения. Источники света и их свойства.
   
6. 
   Материал для отображения графических примитивов. Свойства материала в OpenGL. Изменение свойств материала. Имитация реальных материалов. Смешение цветов и прозрачность. Спецэффекты освещения.
   
7. 
   Растровые примитивы в OpenGL. Растровые изображения и текстуры. Создание текстур. Многомасштабные текстуры. Автоматическое наложение текстур. Примеры программ с использованием текстур.
   

РАЗДЕЛ 2. Методические указания по изучению дисциплины (или ее разделов) и контрольные задания для студентов заочной формы обучения.

Заочная форма обучения не предусмотрена.
РАЗДЕЛ 3. Содержательный компонент теоретического материала.
Тематика лекционного материала.

1. 
   Введение.
   
   1. 
      Виды графики
      
   2. 
      Понятие 3-D графики
      
   3. 
      Графические библиотеки).
      
      1. 
         Назначение графических библиотек.
         
      2. 
         Функции графических библиотек.
         
      3. 
         Обзор графических библиотек.
         
   4. 
      О графическом интерфейсе.
      

2. 
   OpenGL.
   
   1. 
      Основы OpenGL.
      
      1. 
         Основные возможности,
         
      2. 
         Интерфейс OpenGL,
         
      3. 
         Архитектура OpenGL,
         
      4. 
         Синтаксис команд.
         
   2. 
      Рисование геометрических объектов.
      
   3. 
      Преобразования объектов.
      
   4. 
      Материалы и освещение.
      
   5. 
      Текстурирование.
      
   6. 
      Приемы работы с OpenGL.
      
   7. 
      Оптимизация программ.
      

Организация библиотеки OpenGL.



Функционирование конвейера OpenGL.

3. 
   DirectX.
   
   1. 
      Основы DirectX.
      
   2. 
      Основные возможности.
      
   3. 
      Компоненты DirectX: Direct3D, DirectDraw, DirectSound, DirectMusic, DirectInput, DirectPlay, DirectSetup, DirectShow.
      

4. 
   Логика работы 3-D приложения
   
   1. 
      Структура минимальной программы для работы с 3D графикой.
      
   2. 
      Технология разработки 3D сцен и загрузка объектов.
      
   3. 
      Алгоритмы анализа столкновений объектов.
      
   4. 
      Технология разработки интерактивных объектов.
      

РАЗДЕЛ 4. Словарь терминов (глоссарий).