Рабочая программа дисциплины «Инструментальные средства 3D графики» по направлению подготовки дипломированного специалиста 654600 «Информатика и вычислительная техника»

Министерство образования Российской Федерации

Московский государственный горный университет

УТВЕРЖДАЮ

Председатель УМК по направлению

«Информатика и вычислительная техника»

проф., д.т.н. Федунец Н.И.

«_____» ____________2002 г.

Рабочая программа

дисциплины «Инструментальные средства 3D графики»

по направлению подготовки дипломированного специалиста

654600 - «Информатика и вычислительная техника»

специальности 220200 – «Автоматизированные системы обработки информации и управления»

Москва 2002

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель изучения дисциплины – приобретение теоретических знаний в области 3D графики и освоение практических методов создания и обработки объектов виртуальных миров.

Основными задачами изучения дисциплины являются: подготовка специалистов, ориентирующихся в методологии и инструментарии трехмерной компьютерной графики и способных решать задачи, связанные с данной областью компьютерных технологий (трехмерное моделирование и проектирование, 3D-дизайн, интерактивная WEB-технология и др.).

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины студент должен знать:

• классификацию 3D-объектов и методы их создания;

• основные требования к системе и аппаратным компонентам PC для поддержки технологий 3D графики;

• базовые методы моделирования виртуальных объектов;

• методы анимации виртуальных миров.

• методы создания реалистичной среды в виртуальных мирах.

Студент должен уметь применять:

• изученные методы для соответствующих задач и решать их практически с использованием современных программных продуктов на персональных компьютерах.

Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных студентами при изучении дисциплин:

«Математическая логика и теория алгоритмов», «Вычислительная математика», «Информатика», «Организация ЭВМ и систем», «Программирование на языке высокого уровня», «Операционные системы», «Системное программное обеспечение», «Сети ЭВМ и телекоммуникации», «Сетевые технологии», «Информационные технологии», «Инженерная графика», «Компьютерная графика».

3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

4.2. Содержание разделов дисциплины

Раздел 1. Введение. (2 час.)

Место 3D графики в современных компьютерных технологиях; области применения; классификация и основная терминология; соотношение 2D, 2.5D и 3D графики.

Раздел 2. Концептуальные основы 3D графики. (4 час.)

Виртуальное пространство; системы координат; проекции; трехмерные примитивы; методы отображения.

Раздел 3. Аппаратная поддержка систем 3D графики. (6 час.)

Поддержка 3D, встроенная в центральные процессоры; особенности видеосистем для 3D графики; архитектура видеокарт с 3D видеопроцессорами; технологии ActiveX и OpenGL; видеошина AGP.

Раздел 4. Основы геометрического моделирования 3D объектов. (6 час.)

Методы моделирования на основе сплайнов, сеток, поверхностей Безье, NURBS; параметрическое моделирование; критерии выбора метода моделирования; методы редактирования моделей на уровне объектов и подобъектов; стеки модификаторов.

Раздел 5. Основы композиции 3D сцен. (4 час.)

Методы моделирования на основе сплайнов, сеток, поверхностей Безье, NURBS; параметрическое моделирование; критерии выбора метода моделирования; методы редактирования моделей на уровне объектов и подобъектов; стеки модификаторов.

Раздел 6. Методы анимации виртуальных миров. (6 час.)

Методы моделирования на основе сплайнов, сеток, поверхностей Безье, NURBS; параметрическое моделирование; критерии выбора метода моделирования; методы редактирования моделей на уровне объектов и подобъектов; стеки модификаторов.

Раздел 7. Видеомонтаж и постобработка финальной продукции. (2 час.)

Основы видеомонтажа; очередь видеомонтажа и шкала времени; внедрение параметров атмосферы; фильтры обработки изображений; события композиций; использование оптических эффектов.

Раздел 8. Классификация и сравнительный анализ программных пакетов 3D графики. (4 час.)

Универсальные и проблемно-ориентированные пакеты 3D графики; совместимость пакетов и конвертируемость форматов; инструментальные средства создания виртуальных миров на WEB-сайтах Интернет.

5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

6.1. Рекомендуемая литература

а) основная литература

1. Иванов В. П., Батраков А. С. Трехмерная компьютерная графика. – М.: Радио и связь, 1994.

2. Петерсон М. Эффективная работа с 3D Studio MAX2. – СПб.: Питер, 1999.

3. Рис С. Анимация персонажей в 3D Studio MAX. – СПб.: Питер, 1998.

4. Хейни, Лорен. Построение изображений методом слежения луча – М.: Мир, 1994.

5. Шикин Е. В., Боресков А. В. Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения. М.: Диалог-МИФИ, 1995.

6. Шикин Е. В., Боресков А. В. Компьютерная графика. Полигональные модели. М.: Диалог-МИФИ, 2000.

7. Шикин Е. В., Плис А. И. Кривые и поверхности на экране компьютера – М.: Диалог-МИФИ, 1996.

8. Абраш, Майкл. Программирование графики. Таинства. –Киев: ЕвроСиб, 1995.

9. Майкл, Ласло. Вычислительная геометрия и компьютерная графика на C++. – М.: Бином, 1997.

Тихомиров Ю. Программирование трехмерной графики. – СПб.: BHV, 1998.

б) дополнительная литература

1. Роджерс Д., Адамс Дж. Математические основы машинной графики. –М.: Машиностроение, 1980.

2. Уилтон Р. Видеосистемы персональных компьютеров IBM PC и PS/2. Руководство по программированию. М.: Радио и связь, 1994.

3. Фокс Ф., Пратт М. Вычислительная геометрия. Применение в проектировании и на производстве. – М.: Мир, 1982.

4. Журнал «Компьютер Пресс». - М.: Компьютер Пресс.

5. Журнал «Мультимедиа». - М.: Мультимедиа. WEB-журнал «Internet Zone». .da.

6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины

При выполнении лабораторных работ рекомендуется использовать следующие пакеты прикладных программ:

• 3D Studio MAX 3.1;

• Character Studio

• Maya Fusion;

• Light Wave 6.0;

• Softimage 3D;

• TrueSpace 4;

• Авторизированная среда разработчика VRML.

7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Необходимый уровень аппаратного обеспечения для нормальной работы прикладных программ 3D графики - Pentium III, Pentium IV с использованием операционной системы Windows 2000, Windows Millenium или специализированная графическая станция (SUN, Silicon Graphics); видеокарта с 3D процессором (желательна поддержка OpenGL) и видеопамятью не менее 16 Мб. Рекомендуемый объем оперативной памяти – не менее 128 Мбайт.

7. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

8.1. Методические рекомендации преподавателю

Лекции должны читаться в полном соответствии с нормами и правилами высшей школы Российской Федерации и основным содержанием данной рабочей программы. Преподавателю рекомендуется учитывать специфику данного предмета – революционные темпы развития компьютерных технологий в данной отрасли и регулярно обновлять конкретное содержание оперативных разделов дисциплины.

Лабораторные занятия рекомендуется проводить в соответствии с темами, определенными в данной программе. Конкретные задачи преподаватель ставит каждой рабочей бригаде (не более 2 студентов в бригаде) после краткого введения в возможности и технологию работы с данным программным продуктом; изучение конкретного инструментария и методов проводится студентами самостоятельно по рекомендованным материалам в рамках самостоятельной работы. Защита каждой лабораторной работы проводится при наличии оформленного отчета и предварительной демонстрации результатов работы на компьютере. После защиты всех лабораторных работ и защиты отчета по самостоятельной работе студент может получить зачет по предмету.

При проведении самостоятельной работы студента преподавателю рекомендуется заранее разработать и в начале семестра выдать каждому студенту «Индивидуальное задание» по дисциплине. Все индивидуальные задания должны быть различными. Поскольку большинство осваиваемых по тематике предмета пакетов достаточно сложны и их освоение (по оценкам фирм-производителей данных пакетов) требует обучения в течение месяцев на специализированных курсах, рекомендуемая тематика самостоятельных работ должна быть направлена на изучение конкретных технологий в рамках предлагаемых программных продуктов. Возможна постановка задачи по изучению обычно сопутствующих основной программе приложений-утилит, дополнительных сервисов; проведение реферативно-аналитических исследований сравнительных характеристик ряда программных продуктов в конкретной задаче - по литературе и материалам интернет-сайтов.

8.2. Тематика самостоятельных работ

студентов (примерные темы)

1. Аппаратные ускорители 3D графики.

2. Встроенные средства выполнения 3D графики процессора Pentium IV.

3. Функциональные возможности обработки 3D графики на платформах SUN Systems и Silicon Graphics.

4. Совершенствование алгоритмов рендеринга 3D графики.

5. Алгоритмы построения проекций 3D объектов.

6. Методы анимации 3D персонажей в пакете Character Studio.

7. Зависимость решений инверсной кинематики от характеристик точек опор и ограничений, накладываемых на элементы иерархических структур.

8. Влияние специфицируемых физических характеристик среды и 3D объектов на анимируемые гравитационные и динамические эффекты 3D сцен.

9. 3D технологии в современных CAD-системах.

10. Технология создания виртуальных магазинов в Интернет.

8.3. Методические рекомендации студентам

Студентам рекомендуется тщательно конспектировать лекции и не пропускать занятия, поскольку литературные публикации отстают от развития данного предмета.

При выполнении и подготовке к защите лабораторных работ студент должен ориентироваться на запланированную самостоятельную работу в соответствии с полученными от преподавателя заданиями и рекомендациями. При этом необходимо эффективно использовать как часы лабораторных занятий, так и работу на домашнем компьютере или предоставляемые кафедрой дополнительные возможности работы на компьютерах, в том числе и с выходом в Интернет.

Каждую лабораторную работу студент обязан оформить в виде отчета и защитить ее. К защите готовится не только технология выполнения конкретного задания, но и дополнительные связанные разделы самостоятельных исследований по тематике данной работы. Выполнив и защитив все лабораторные работы курса, студент должен получить зачет по лабораторным работам.

При выполнении самостоятельной работы каждый студент должен получить у преподавателя, читающего лекции или проводящего лабораторные занятия, индивидуальное задание по дисциплине и выполнить его в установленный срок в виде «Отчета по индивидуальному заданию», защитить работу и получить зачет по «Самостоятельной работе студента».

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 654600 – «Информатика и вычислительная техника» и специальности 220200 – «Автоматизированные системы обработки информации и управления».

Программу составили:

доц. Петровичев Е.И.

Рецензент

доц., к.т.н. Могирева Е.С.

Программа одобрена на заседании кафедры АСУ

«___» ___________2002 г. протокол №

Зав. кафедрой АСУ

проф., д.т.н. Федунец Н.И.