Wydział Informatyki - Informatyka (S1)
Sylabus przedmiotu Grafika i wizualizacja:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Informatyka | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | pierwszego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | inżynier | ||
| Obszary studiów | nauki techniczne, studia inżynierskie | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Grafika i wizualizacja | ||
| Specjalność | przedmiot wspólny | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Systemów Multimedialnych | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Radosław Mantiuk <Radoslaw.Mantiuk@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Mariusz Borawski <mborawski@wi.zut.edu.pl>, Paweł Forczmański <Pawel.Forczmanski@zut.edu.pl>, Dariusz Frejlichowski <dfrejlichowski@wi.zut.edu.pl>, Anna Lewandowska <Anna.Tomaszewska@zut.edu.pl>, Edward Półrolniczak <Edward.polrolniczak@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 6,0 | ECTS (formy) | 6,0 |
| Forma zaliczenia | zaliczenie | Język | polski |
| Blok obieralny | — | Grupa obieralna | — |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Programowanie 2 |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Zapoznanie studentów z podstawowymi zagadnieniami z zakresu grafiki komputerowej i wizualizacji. |
| C-2 | Zapoznanie studentów z programowaniem bibliotek graficznych. |
| C-3 | Nauczenie umiejętności korzystania z dokumentacji bibliotek graficznych. |
| C-4 | Zapoznanie studentów z narzędziami służącymi do programowania aplikacji graficznych. |
| C-5 | Zapoznanie studentów ze strukturą oprogramowania gry komputerowej. |
| C-6 | Nauczanie umiejętności programowania uwzględniającego ograniczone zasoby komputerów. |
| C-7 | Nauczanie tworzenia aplikacji z efektywnym interfejsem użytkownika. |
| C-8 | Zapoznanie ze standardami estetycznymi aplikacji graficznych. |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Wprowadzenie do środowiska programistycznego umożliwiającego implementację oprogramowania graficznego (tworzenie projektu w środowisku IDE, linkowanie zewnętrznych bibliotek w tym biblioteki OpenGL, odwoływanie się przez funkcje API, itp.). | 1 |
| T-L-2 | Wprowadzenie przykładowej aplikacji wykorzystującej bibliotekę graficzną. | 2 |
| T-L-3 | Implementacja przekształceń geometrycznych (podstawowe przekształcenia geometryczne w bibliotece GLM, przekształcenia macierzowe i wektorowe, składanie przekształceń, wyrażanie przekształceń geometrycznych za pomocą równań wektorowo-macierzowych, reprezentacje obiektów trójwymiarowych, reprezentacja wielokątowa, mapa wektorów normalnych, współrzędne tekstury, przekształcenia geometryczne wykorzystywane do modelowania obiektów). | 6 |
| T-L-4 | Uwzględnienie czasu rzeczywistego w aplikacji graficznej (zegary systemowe, programowanie systemu graficznego czasu rzeczywistego, synchronizacja renderingu z wyświetlaniem obrazu, synchronizacja animacji z czasem rzeczywistym, synchronizacja urządzeń wejściowych). | 3 |
| T-L-5 | Struktura aplikacji graficznej oparta na zdarzeniach (wykorzystanie maszyny stanu w aplikacjach graficznych, zdarzenia i ich obsługa, synchronizacja zdarzeń z wyświetlaczem, synchronizacja zdarzeń z czasem rzeczywistym, obsługa dużej liczby zdarzeń, zrównoleglenie działania aplikacji graficznej). | 3 |
| T-L-6 | Modelowanie sceny (techniki modelowania obiektów, proces rzeźbienia, teksturowanie obiektów, tworzenie obiektów złożonych). | 6 |
| T-L-7 | Implementacja modelu sceny w aplikacji graficznej (wpływ złożoności obiektów na wydajność renderingu, techniki optymalizacji struktury sceny, złożoność materiałów i ich wpływ na wydajność renderingu). | 3 |
| T-L-8 | Kalibracja urządzeń wyświetlających (pomiar jasności, kontrastu oraz krzywej gamma wyświetlacza, metody korekcji krzywej gamma). | 3 |
| T-L-9 | Profile kolorów (kalibracja kolorów wyświetlacza, wykorzystanie standardowych profili barw). | 3 |
| T-L-10 | Operatory tonów (liniowy, wykładniczy oraz sigmoidalny, techniki zastosowania operatorów tonu w potoku renderingu, wpływ operatora na wygląd obrazu, kalibracja operatora do wyświetlacza). | 3 |
| T-L-11 | Implementacja modelu oświetlenia oraz parametryzacja materiałów powierzchni (rola źródła światła i materiału w modelowaniu oświetlenia, cieniowanie płaskie oraz Gouraud, model oświetlenia lokalnego Blina-Phonga, implementacja modelu w shaderach, implementacja teksturowania w oparciu o mapy bitowe). | 6 |
| T-L-12 | Przyśpieszanie obliczeń w oparciu o procesor graficzny (wstęp do programowania shaderów, teksturowanie proceduralne). | 3 |
| T-L-13 | Podsumowanie i zaliczenie. | 3 |
| 45 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Wprowadzenie do grafiki komputerowej - Podstawowe pojęcia (piksel, obraz rastrowy, system graficzny, kodowanie koloru piksela, bufor ramki, formaty plików graficznych, kompresja obrazów, itp.). - Sprzęt stosowany w grafice komputerowej (karta graficzna, GPU, pamięć obrazu, wyświetlacze LCD i OLED, obraz stereoskopowy, wyświetlacze HMD). - Pojęcie renderingu. | 4 |
| T-W-2 | Fizjologiczne i percepcyjne podstawy procesu widzenia obrazów - Budowa układu wzrokowego człowieka. - Pojęcia jasności, kontrastu i koloru (profile kolorów). - Obraz cyfrowy (próbkowanie, integracja, kwantyzacja, rekonstrukcja obrazu, aliasing). | 4 |
| T-W-3 | Modelowanie obiektów trójwymiarowych - Reprezentacje geometrii. - Przekształcenia geometryczne (przekształcenie afiniczne, homograficzne, rzutowanie). - Praktyczne aspekty modelowania obiektów (proces rzeźbienia, topologia modelu, teksturowanie modelu, itp.). | 4 |
| T-W-4 | Grafika rastrowa. | 2 |
| T-W-5 | Fotometryczne aspekty renderingu obrazów. Modele oświetlenia. | 4 |
| T-W-6 | Rendering obrazów metodą śledzenie promieni. | 4 |
| T-W-7 | Potok renderingu w systemach graficznych czasu rzeczywistego (scena, transformacje geometrii, rzutowanie, rasteryzacja, obliczanie przesłaniania). Materiały i teksturowanie. | 4 |
| T-W-8 | Programowanie aplikacji graficznych - Biblioteki graficzne. - Shadery. - Biblioteki i środowiska narzędziowe (uruchamianie i testowanie oprogramowania, korzystanie z dokumentacji) - Architektura procesorów graficznych. | 2 |
| T-W-9 | Modelowanie zjawisk fizycznych - Pojęcie modelowania zjawisk fizycznych. - Wykorzystanie procesowa graficznego do implementacji szybkozmiennych modeli zjawisk fizycznych. - Elementy percepcji wzrokowej. | 2 |
| 30 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| A-L-1 | uczestnictwo w zajęciach | 45 |
| A-L-2 | praca indywidualna nad integracją zadań realizowanych na laboratoriach | 24 |
| A-L-3 | studiowanie przykładów oraz indywidualna praca z dokumentacją biblioteki graficznej | 4 |
| A-L-4 | wymiana wiedzy z innymi studentami | 2 |
| 75 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | uczestnictwo w zajęciach | 30 |
| A-W-2 | udział w egzaminie | 2 |
| A-W-3 | przygotowanie do egzaminu | 38 |
| A-W-4 | udział w konsultacjach | 6 |
| 76 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | wykład informacyjny |
| M-2 | wykład problemowy |
| M-3 | wykład konwersatoryjny |
| M-4 | z użyciem komputera |
| M-5 | pokaz |
| M-6 | ćwiczenia laboratoryjne |
| M-7 | metoda projektów |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena formująca: ocena podsumowująca jakości wykonanego projektu, zdobytych umiejętności oraz wiedzy |
Zamierzone efekty kształcenia - wiedza
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I_1A_C10_W01 Posiada wiedzę z zakresu grafiki komputerowej i wizualizacji, programowania systemów graficznych, programowania graficznych interfejsów użytkownika | I_1A_W09 | — | — | C-2, C-4, C-1, C-5 | T-W-2, T-W-9, T-W-3, T-W-8, T-W-1, T-W-5 | M-1, M-2, M-3 | S-1 |
Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I_1A_C10_U01 Praktyczna umiejętność programowania aplikacji wykorzystującej biblioteki graficzne, korzystania z dokumentacji biblioteki graficznej, programowania struktur gry komputerowej, dostosowania złożoności algorytmu do możliwości sprzętowych komputera, projektowania i programowania graficznych interfejsów użytkownika. | I_1A_U01 | — | — | C-7, C-2, C-6, C-4 | T-L-1 | M-6, M-4, M-7, M-5 | S-1 |
Zamierzone efekty kształcenia - inne kompetencje społeczne i personalne
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I_1A_C10_K01 Kompetencje w zakresie stworzenia działającej aplikacji graficznej (gry komputerowej) na podstawie zdobytej wiedzy i umiejętności, zdolność do oszacowania pracochłonności projektu, dbałość o jakość kodów źródłowych, dbałość o estetykę tworzonego interfejsu użytkownika. | I_1A_K01 | — | — | C-2, C-3, C-5, C-4 | T-L-1 | M-6, M-4, M-7 | S-1 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| I_1A_C10_W01 Posiada wiedzę z zakresu grafiki komputerowej i wizualizacji, programowania systemów graficznych, programowania graficznych interfejsów użytkownika | 2,0 | |
| 3,0 | Potwierdzenie zdobycia wiedzy wyrażone zdaniem egzaminu na poziomie dostatecznym. | |
| 3,5 | Potwierdzenie zdobycia wiedzy wyrażone zdaniem egzaminu na poziomie ponad dostatecznym. | |
| 4,0 | Potwierdzenie zdobycia wiedzy wyrażone zdaniem egzaminu na poziomie dobrym. | |
| 4,5 | Potwierdzenie zdobycia wiedzy wyrażone zdaniem egzaminu na poziomie ponad dobrym. | |
| 5,0 | Potwierdzenie zdobycia wiedzy wyrażone zdaniem egzaminu na poziomie bardzo dobrym lub przygotowanie wyróżniającego się projektu, który potwierdzi posiadanie wymaganej wiedzy. |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| I_1A_C10_U01 Praktyczna umiejętność programowania aplikacji wykorzystującej biblioteki graficzne, korzystania z dokumentacji biblioteki graficznej, programowania struktur gry komputerowej, dostosowania złożoności algorytmu do możliwości sprzętowych komputera, projektowania i programowania graficznych interfejsów użytkownika. | 2,0 | |
| 3,0 | Zakończenie projektu w podstawowym wymaganym czasie i zakresie. | |
| 3,5 | Wykonanie projektu w podstawowym wymaganym zakresie z wybranymi funkcjonalnościami wykonanymi w stopniu dobrym. | |
| 4,0 | Wykonanie projektu ze wszystkimi wymaganymi funkcjonalnościami w stopniu dobrym. | |
| 4,5 | Wykonanie projektu ze wszystkimi wymaganymi funkcjonalnościami wykonanymi w stopniu dobrym a wybranymi funkcjonalnościami w stopniu bardzo dobrym. | |
| 5,0 | Wykonanie wyróżniającego się projektu wykraczającego poza obowiązkowy zakres funkcjonalności. |
Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| I_1A_C10_K01 Kompetencje w zakresie stworzenia działającej aplikacji graficznej (gry komputerowej) na podstawie zdobytej wiedzy i umiejętności, zdolność do oszacowania pracochłonności projektu, dbałość o jakość kodów źródłowych, dbałość o estetykę tworzonego interfejsu użytkownika. | 2,0 | |
| 3,0 | Zakończenie projektu w podstawowym wymaganym czasie i zakresie. | |
| 3,5 | Wykonanie projektu w podstawowym wymaganym zakresie z wybranymi funkcjonalnościami wykonanymi w stopniu dobrym. | |
| 4,0 | Wykonanie projektu ze wszystkimi wymaganymi funkcjonalnościami w stopniu dobrym. | |
| 4,5 | Wykonanie projektu ze wszystkimi wymaganymi funkcjonalnościami wykonanymi w stopniu dobrym a wybranymi funkcjonalnościami w stopniu bardzo dobrym. | |
| 5,0 | Wykonanie wyróżniającego się projektu wykraczającego poza obowiązkowy zakres funkcjonalności. |
Literatura podstawowa
- Tomas Akewnine-Moller, Real-Time Rendering, AK Peters, USA, 2008, 3
- Peter Shirley, Realistic Ray Tracing, Routledge, 2008, 2
Literatura dodatkowa
- Andrew S. Glassner, Principles of Digital Image Synthesis, Morgan Kaufmann, U.S.A., 1995