FOI Nastava - Računalna grafika

Sadržaj se učitava...

FOI Nastava

apps

mdi-login

Računalna grafika

Computer Graphics
2016/2017

5 ECTSa

Baze podataka i baze znanja 1.2 (BPBZ)
Informacijsko i programsko inženjerstvo 1.2 (IPI)
Informatika u obrazovanju 1.2 (IUO)
Organizacija poslovnih sustava 1.2 (OPS)

Katedra za informatičke tehnologije i računarstvo

3. semestar

Osnovne informacijemdi-information-variant

Izvođači nastavemdi-account-group

Nastavni plan i programmdi-clipboard-text-outline

Model praćenjamdi-human-male-board

Ispitni rokovimdi-clipboard-check-outline

Rasporedmdi-calendar-clock

Konzultacijemdi-account-voice

Izvođenje kolegija

Studij	Semestar	Obavezan
Baze podataka i baze znanja 1.2 (BPBZ)	3	izborni
Informacijsko i programsko inženjerstvo 1.2 (IPI)	3	izborni
Informatika u obrazovanju 1.2 (IUO)	3	izborni
Organizacija poslovnih sustava 1.2 (OPS)	3	izborni

Cilj kolegija

Razumijevanje principa na kojima se temelji implementacija interaktivne 3D grafike na računalu i upoznavanje s metodama za obradu slikovnih informacija. Radi se o izvrsnim primjerima kako se komercijalne tehnologije temelje na fundamentalnim matematičkim spoznajama. Upravo zbog te fundamentalne utemeljenosti, znanja stečena na ovom kolegiju ne zastarijevaju – složenost i sofisticiranost računalne grafike svakodnevno raste, ali principi ostaju isti.

Preduvjeti

Kolegij nema definirane preduvjete

Norma kolegija

Predavanja

15 sati

Vježbe u praktikumu

30 sati

Nastavnik	Uloga na kolegiju	Oblik nastave	Tjedana	Sati	Grupa
Hip Ivan	Nositelj	Predavanja	15	1	1
Horvat Damir	Suradnik	Vježbe u praktikumu	15	2	3

Sadržaj predavanja

Primjene računalne grafike
U uvodnom predavanju ilustrirat će se široka primjena računalne grafike – od svakodnevnih i dobro poznatih grafičkih korisničkih sučelja (GUI), preko sustava za računalno projektiranje (CAD), primjene vizualizacije u znanosti i medicini, računalne grafike u realnom vremenu za potrebe simulatora i kompjutorskih igara, do spektakularnih animacija u filmskoj industriji. Na vježbama, studenti će se upoznati s mogućnostima modernih sustava za računalno projektiranje.
Interaktivna računalna grafika
Interaktivna računalna grafika zahtijeva procesiranje u realnom vremenu. Opis grafičkih procesora koji omogućavaju da se čitav niz zahtjevnih operacija izvede na razini hardvera. OpenGL i Microsoftov DirectX Direct3D – knjižnice grafičkih rutina koje mogu biti implementirane u softveru, ali velikim dijelom se izvode direktno na grafičkim procesorima. Na vježbama upoznavanje s praktičnim aspektima rada s OpenGL API-jem i pomoćnim rutinama GLUT (OpenGL Utility Toolkit)
Uvod u OpenGL
Opis filozofije i demonstracija mogućnosti OpenGL-a. Počinje se s osnovnim grafičkim elementima – crtanje linija, postavljanje varijabli stanja, boja i ostalih atributa. Na vježbama se samostalno rješavaju zadaci koji zahtijevaju primjenu obrađenih rutina.
2-D grafika
Koordinatni sustavi i transformacije kod iscrtavanja. Homogene koordinate i matrična reprezentacija geometrijskih transformacija. Osnovne geometrijske transformacije u dvije dimenzije: translacija, rotacija, skaliranje, zrcaljenje, posmik (shear). Inverzne transformacije. Kompozicija različitih transformacija kao produkt matrica – operatora. Na vježbama se implementiraju matrični operatori za različite geometrijske transformacije.
3-D grafika – paralelna i perspektivna projekcija
Projekcija trodimenzionalnih objekata na dvodimenzionalni ekran. Problem perspektive. Paralelna – ortogonalna i kosa projekcija. Perspektivna projekcija – centar i ravnina projekcije. Koordinatni sustav kamere. Matrica transformacije za perspektivnu projekciju. Na vježbama se upoznaje s projekcijama podržanim u OpenGL knjižnici rutina, te načinom njihove upotrebe.
Geometrijske transformacije u 3D
Matrična reprezentacija geometrijskih transformacija u prostoru: translacije, rotacije i skaliranja. Rotacija oko proizvoljne osi. OpenGL rutine za geometrijske transformacije. Animacija u OpenGL-u. Metoda dvostrukog spremnika. Na vježbama se eksperimentira s različitim transformacijama i animacijama žičanih modela u 3D.
Reprezentacije trodimenzionalnih objekata
Reprezentacija trodimenzionalnih objekata pomoću mreže poligona. Selektivno odbacivanje. Spremnik dubine. Na vježbama eksperimentiranje s rutinama koje su sastavni dio OpenGL-a.
Osvjetljavanje i sjenčanje
Položaj, vrsta i intenzitet izvora svjetlosti. Opadanje intenziteta s udaljenošću. Optička svojstva površina. Refleksija, transmisija i apsorpcija. Ambijentalno svjetlo. Difuzna i zrcalna refleksija. Phongov model. Usmjerena svjetla (reflektori). Svojstva materijala. Vektori normale. Na vježbama se upoznaje i eksperimentira s modelom osvjetljenja u OpenGL-u.
Teksture, prozirnost i simulacija magle
Dodavanje površinskih detalja – teksture. Prozirnost. Magla. Pregled mogućnosti OpenGL-a kojima podržava teksture, prozirnost i maglu. Na vježbama se upoznaje s korištenjem tekstura za uvjerljivo modeliranje stvarnih objekata u virtualnom svijetu.
Simulacija fizike
Sljedeći korak u realističnosti je da se animirani objekti ponašaju u skladu sa zakonima fizike – makroskopski objekti slijede zakone klasične mehanike. Mehanika materijalne točke. Mehanika krutog i deformabilnog tijela. Drugi Newtonov zakon. Integracija Eulerovom metodom. Na vježbama implementacija kosog hica i mase vezane oprugama.
Parametarske krivulje i plohe
Splajnovi (splines) kao sredstvo za prikaz zakrivljenih linija i površina. Zadavanje kroz kontrolne točke i rubne uvjete. Bézierove krivulje i plohe. B-splajnovi i ostale vrste splajnova. Na vježbama upoznavanje i eksperimentiranje sa splajnovima.
Fourierove transformacije
Razumijevanje ovog klasičnog, ali uvijek iznova fascinantnog poglavlje matematike omogućava razumijevanje principa na kojima se temelji kompresija, filtriranje i rekonstrukcija slikovnih i zvučnih zapisa. Fourierovi redovi. Fourierove transformacije. Inverzne Fourierove transformacije. Diskretne Fourierove transformacije. Na vježbama se ilustrira izračunavanje Fourierovih koeficijenata i aproksimacija periodičkih funkcija vodećim članovima odgovarajućeg Fourierovog reda.
Filtriranje i kompresija
Diskretne Fourierove transformacije u dvije i više dimenzija. Potreba za efikasnom implementacijom. FFT – Fast Fourier Transform. Eliminacija određenih dijelova frekvencijskog spektra – filtriranje – uz pomoć diskretnih Fourierovih transformacija. Kompresija izostavljanjem visokofrekventnih Fourierovih modova. Moderne metode kompresije – JPEG i MP3 formati. Na vježbama studenti sami implementiraju i proučavaju efekte filtriranja i jednostavnih metoda kompresije.
Fraktalna geometrija prirode
Šećer dolazi na kraju: euklidske metode ne daju realističan prikaz prirodnih objekata – ako želimo uvjerljivo prikazati drveće, planine ili oblake moramo posegnuti za metodama fraktalne geometrije. Fraktali i fraktalna dimenzija. Iteracije i područja konvergencije u kompleksnoj ravnini. Deterministički sebi-slični fraktali. Plazma fraktali. Modeli terena. Na vježbama studenti uživaju u čudesnim oblicima koji nastaju korištenjem jednostavnih iterativnih postupaka.

Sadržaj seminara/vježbi

Vježbe su integralni i esencijalni dio ovog kolegija, pa su opisane zajedno s predavanjima. Studenti
• Vježbe su integralni i esencijalni dio ovog kolegija pa su opisane zajedno s predavanjima. Studenti će koristiti programske jezike Java, C i C++ za samostalno i kreativno rješavanje problema. Problemi, zajedno s relevantnim informacijama, fragmentima koda i savjetima korisnim za rješavanje, bit će zadani putem web stranica i sustava za e-učenje.

Ishodi učenja kolegija

implementirati fiziku - realno ponašanje virtualnih predmeta
kreirati složene interaktivne računalne programe s elementima numerike i simulacije koji se izvršavaju u realnom vremenu
primijeniti fraktale za specijalne efekte i modele terena
primijeniti parametarske krivulje i plohe za modeliranje virtualnih objekata
primijeniti programsko sučelje OpenGL u razvoju aplikacija koje koriste 3D grafiku
primijeniti teksture
razumjeti i primijeniti jednostavnije modele osvjetljenja, prozirnosti i magle
razumjeti paradigme za efikasan rad s 3D grafikom koje su implementirane u suvremenim programskim sučeljima i grafičkom sklopovlju (virtualna scena, koordinatni sustavi, model kamere, z-spremnik, iscrtavanje, sjenčanje)
razumjeti principe interaktivne 3D grafike i računalne animacije
razumjeti, primijeniti i, po potrebi, implementirati matričnu reprezentaciju geometrijskih transformacija i projekcija u 3D

Ishodi učenja programa

Primijeniti etička načela, zakonsku regulativu i norme koje se koriste u struci
Analizirati i procijeniti uvjete za primjenu suvremenih informacijskih i komunikacijskih tehnologija (ICT), savjetovati druge u primjeni iste te u zadanom kontekstu odrediti utjecaj primjene na pojedinca, organizaciju i društvo.
Modeliranje problema iz područja informacijskih i poslovnih sustava korištenjem matematičkih metoda, metoda razvoja informacijskih sustava i koncepata planiranja, upravljanja i poslovanja
Primijeniti, utvrditi uvjete za primjenu, savjetovati i u zadanom kontekstu donositi odluke vezane uz rješavanje problema iz područja informacijskih i poslovnih sustava
Analizirati i ocijeniti učinkovitost uvođenja i korištenja ICT (programskog rješenja i pripadajuće opreme) za konkretne problemske domene informacijskih i poslovnih sustava
Procijeniti i preporučiti programska rješenja za konkretne problemske domene informacijskih i poslovnih sustava
Voditi interdisciplinarni tim i raditi u takvom timu
Predstaviti i popularizirati suvremena trendove u informatici u stručnim i laičkim krugovima
Unaprijediti metode komuniciranja i komunikaciju s klijentima, korisnicima i kolegama na verbalan i pisani način uz primjenu odgovarajuće terminologije uključujući i sposobnost komunikacije o struci na stranom jeziku
Unaprijediti i primijeniti metode stručnog rada pronalaženjem i vrednovanjem suvremenih izvora znanja
Valorizirati stručnu literaturu na hrvatskom i stranom jeziku
Razviti vlastite planove i planove drugih članova tima u upravljenju karijerom u struci i vlastitih poduzetničkih poduhvata s obzirom na potrebe poslovnog okruženja
Planirati proces cjeloživotnog osobnog i profesionalnog razvoja i definirati optimalne individualne strategije učenja
Projektirati, planirati, izraditi i uvesti svaki poslovni složeni informacijski sustav i/ili voditi projektni tim u slučaju kada na tim poslovima mora biti uključen veći broj stručnjaka
Razumjeti poslovni sustav organizacije i u suradnji s poslovnim stručnjacima optimalizirati njezine poslovne procese te izraditi strateški plan primjene ICT-a
Oblikovati softversku arhitekturu složenog informacijskog sustava, odabrati i postaviti odgovarajuću tehnološku platformu i programirati najsloženije dijelove složenog sustava
Primijeniti metode planiranja i upravljanja poslovanjem uz pomoć ICT u osnovnim vertikalnim područjima primjene ICT
Utvrditi uvjete za primjenu, savjetovati i u zadanom kontekstu donositi odluke vezane uz ključne aspekte primjene i razvoja informacijske tehnologije (programiranje, algoritmi, strukture podataka, baze podataka i znanja)
Utvrditi uvjete za primjenu, savjetovati i u zadanom kontekstu donositi odluke vezane uz suvremene tehničke koncepte i prakse u informacijskim tehnologijama (arhitektura računala, operacijski sustavi, mreže računala)
Utvrditi uvjete za primjenu, savjetovati i u zadanom kontekstu donositi odluke vezane uz metode i koncepte planiranja, upravljanja organizacijom i obračuna poslovanja
Analizirati uvjete za primjenu, savjetovati i u zadanom kontekstu donositi odluke vezane uz metodološke pristupe razvoju organizacijskih i informacijskih sustava
Analizirati uvjete za primjenu, savjetovati i u zadanom kontekstu donositi odluke za primjenu koncepata elektroničkog poslovanja podržanih odgovarajućim arhitekturama informacijskih sustava (klasične ili distribuirane)
Osmisliti projekt učinkovitog unapređenja poslovne tehnologije poslovnog sustava uz korištenje suvremenih ICT te realizirati takav projekt vlastitim razvojem ili izborom prikladnog standardnog softvera
Odabrati i primijeniti odgovarajuće sigurnosne mehanizme pri projektiranju i izgradnji informacijskog sustava
Odabrati i primijeniti metode i tehnike razvoja informacijskih i programskih sustava u suvremenim razvojnim okolinama
Utvrditi uvjete za primjenu, savjetovati, procijeniti učinak i donositi odluke vezane uz procese, metode i tehnologije upravljanja IT uslugama i resursima te podrške i pružanja različitih vrsta usluga vezanih uz ICT
Objasniti stručnoj i općoj publici informatička rješenja za unapređenje poslovne tehnologije
Analizirati i valorizirati atribucije (atribute) objekata poslovnog sustava te postaviti formalni model objektnog sustava kao temelj izgradnje informacijskog sustava
Izgraditi informacijski sustav temeljen distribuiranim komponentama kao i na autonomnim i međusobno kompetitivnim izvorima znanja i razriješiti konflikte koji se javljaju među izvorima znanja
Primijeniti metode i tehnike izgradnje digitalnih arhiva i dugotrajnog pohranjivanja podataka
Primijeniti metode i tehnike pretraživanja i klasifikacije informacija
Prepoznati kritične procese i klase podataka poslovnog sustava, izgraditi formalni model procesa i klasa te ga optimizirati i ponuditi prijedloge poboljšanja poslovnog sustava
Modelirati poslovna pravila, poslovne podatke kao i pravila za izvođenje transakcijskih podataka koji nisu eksplicitno zadani
Modelirati i izgraditi sustav izvođenja analitičkih podataka iz transakcijskih metodama rudarenja i drugim metodama, te izgradnje skladišta podataka u koja se ti podaci pohranjuju
Modelirati i izgraditi sustave poslovne inteligencije temeljene na skladištima podataka, kao i njihovo pretraživanje korištenjem metoda višedimenzionalnih kocaka podataka (OLAP)
Izgraditi računalni sustav za pohranu podataka i znanja korištenjem suvremenih alata za izradu baza podataka, baza znanja i semantici podataka
Izgraditi i optimizirati bazu podataka i bazu znanja primjenom odgovarajućih strategija organizacije podataka i sigurnosti informacijskog sustava
Modelirati raspodjelu podataka prema mjestu korištenja podataka, izgraditi sustav replikacije baze podataka i izgraditi distribuiranu bazu podataka
Modelirati i izgraditi sustave temeljene na znanju, kao što su višeagentni sustavi, deduktivni sustavi (uključujući i ekspertne sustave), semantički Web sustavi, neuralne mreže itd.
Procijeniti potrebe za strategijskim i upravljačkim promjenama u organizacijama
Primijeniti metode upravljanja životnim ciklusom informacijskog sustava organizacije
Primijeniti metode korporacijskog upravljanja i strategijskog menadžmenta uz potporu informacijske tehnologije
Razviti i validirati sustav mjerenja organizacijske učinkovitosti uz primjenu odgovarajućih programskih alata
Analizirati tržište primjenom informacijsko-komunikacijskih tehnologija
Analizirati poslovne procese i preporučiti primjenu odgovarajuće informacijske i komunikacijske tehnologije za unapređenje poslovnih procesa
Organizirati sustav vođenja u javnoj upravi uz primjenu informacijske tehnologije
Razviti elemente kontinuuma strategijskog upravljanja: misiju, organizacijske vrijednosti, viziju, strateške ciljeve
Analizirati potrebu za e-poslovanjem i primijeniti koncepte e-poslovanja
Procijeniti spremnost organizacije za uvođenje suvremenih ERP sustava i definirati projekt uvođenja istih
Razumjeti povijesni aspekt edukacijskih sustava, društvenu uvjetovanost odgojno-obrazovne prakse i diferenciranost suvremenih odgojno-obrazovnih koncepcija
Poznavati organizaciju sustava odgoja i obrazovanja te ustroj odgojno-obrazovnog procesa na svim razinama
Razumjeti odrednice djelovanja i ponašanja ljudske jedinke i grupnu dinamiku (razrednog odjeljenja, timova, kolektiva …)
Organizirati nastavni proces
Artikulirati nastavni sat primjenjujući primjerene nastavne metode i oblike rada, didaktičke principe i nastavna sredstva
Voditi pedagošku dokumentaciju, ispitivanje,ocjenjivanje i vrednovanje u skladu s zakonskom regulativom i kriterijima osobne i profesionalne etičnosti
Poučavati učenike primjeni različitih oblika učenja, samovrednovanju i samoreguliranom učenju
Upravljati razrednim odjeljenjem, i surađivati s roditeljima i drugim strukturama unutar i izvan odgojno-obrazovne institucije
Analizirati građu računala, suvremene računalne arhitekture te primijeniti ta znanja u dizajnu obrazovnog informacijskog sustava, kao i u nastavi
Primijeniti principe proceduralnog programiranja, izgradnje struktura podataka i algoritama
Interpretirati povijest informatike i računarstva
Analizirati i usporediti računalne Web i desktop alate za prezentaciju informacija i primijeniti ih u nastavi
Formulirati problem iz realnog svijeta u smislu problemskog zadatka u informatici te ga znati riješiti i rješenje evaluirati
Analizirati, preporučiti, implementirati i koristiti sustave za e-učenje u skladu s metodičkim i pedagoškim principima
Izvoditi proces poučavanja u multikulturalnim i multietničkim sredinama i drugim posebnim uvjetima (treća dob, centri izvrsnosti …)
Osmisliti postupke za upravljanje procesom učenja i poučavanja u rizičnim situacijama
Predstavljati informatička znanja i vještine kao učinkovite instrumente za podupiranje integracijskih procesa
Predstavljati nastavnicima mogućnosti korištenja informatike u odgojno-obrazovnom procesu
Preispitivati, strukturirati i restrukturirati svoja osobna i profesionalna iskustva (razvijati refleksivnu praksu)
Koristiti stečena znanja o vizualnom oblikovanju i sadržajima u ostvarivanju kreativnih vizualnih projekata pri radu s računalom.
Modelirati postojeće vizualne sadržaje za potrebe konkretnih osobnih (ili učeničkih) računalnih radova (web dizajn, grafički dizajn, dizajn multimedija,…).
Koristiti vještine učenja potrebne za cjeloživotno učenje i nastavak obrazovanja na diplomskom studiju.
Upoznati Nacionalni okvirni kurikulum. Upoznati metodologiju izradbe školskog i nastavnog kurikuluma. Upoznati primjenu nastavnog kurikuluma u praksi.

Osnovna literatura

Hearn, D.; Baker, M.P. Computer Graphics with OpenGL (3rd Edition), Prentice Hall, 2004.

Dopunska literatura

Klawonn, F. Introduction to Computer Graphics, Springer Verlag, 2008.
Mortenson, M.E. Mathematics for Computer Graphics Applications (2nd Edition), Industrial Press, 1999.
OpenGL Architecture Review Board, OpenGL Programming Guide (6th Edition), Addison-Wesley, 2008.
Luna, F. D. Introduction to 3D Game Programming with DirectX 10, Wordware Publishing, 2008.
Mandelbrot B. B. The Fractal Geometry of Nature, W. H. Freeman, 1982.

Slični kolegiji

Massachusetts Institute of Technology, http://graphics.lcs.mit.edu/classes/6.837/F02/lectures.html
Princeton University, http://www.cs.princeton.edu/courses/archive/spring03/cs426/
Brown University, http://www.cs.brown.edu/courses/cs123/lectures.shtml
University of Wisconsin, http://www.cs.wisc.edu/%7Eschenney/courses/cs559-s2004/
Technische Universität Wien, http://www.cg.tuwien.ac.at/courses/

Redoviti studenti

Izvanredni studenti

U kalendaru ispod se nalaze konzultacije predmetnih nastavnika, no za detalje o konzultacijama možete provjeriti na profilu pojedinog predmetnog nastavnika.