3781 Γραφικά Υπολογιστών

    Μάθημα Επιλογής, Ζ’ εξάμηνο, 6 μονάδες ECTS                                               

    URL: https://eclass.aueb.gr/courses/INF124/

    Διδάσκων: Αναπληρωτής Καθηγητής Γεώργιος Παπαϊωάννου

    Περιεχόμενο

    Η ψηφιακή εικόνα, εφαρμογές και μορφές αναπαράστασης γραφικών. Αλγόριθμοι σχεδίασης βασικών σχημάτων στο επίπεδο, antialiasing, υπερδειγματοληψία. Μετασχηματισμοί συντεταγμένων σε δύο και τρεις διαστάσεις, κινηματικές αλυσίδες και γράφοι σκηνής. Σύνθεση αντικειμένων. Αποκοπή, συστήματα συντεταγμένων, παρατηρητή και προβολές. Δομές και χαρακτηριστικά πολυγωνικών αντικειμένων. Απομάκρυνση πίσω επιφανειών. Απόκρυψη/ταξινόμηση επιφανειών, scan-conversion. Ο αλγόριθμος Ζ-Buffer. Μοντέλα φωτισμού, συνάρτηση κατανομής αμφίδρομης ανακλαστικότητας και εμπειρικά μοντέλα και αλγόριθμοι τοπικού φωτισμού. Απεικόνιση υφής: εικόνες υφής, συντεταγμένες υφής, aliasing/antialiasing. Μετασχηματισμοί στον χώρο της υφής. Παραμετρική υφή και shaders. Μοντέλα κίνησης και σύνθεση κινήσεων. Δημιουργία σκιών: o αλγόριθμος shadow volumes και η υλοποίησή του ως stencil shadow volumes. Εικόνες σκιών. Υλοποιήσεις με υλισμικό και προγραμματισμός τρισδιάστατων γραφικών με χρήση OpenGL και C/C++.

    Μαθησιακά Αποτελέσματα

    Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση:

    • Να γνωρίζουν τις θεμελιώσεις των γραφικών υπολογιστών και της αναπαράστασης γεωμετρικής πληροφορίας σε δύο και τρεις διαστάσεις.
    • Να εξηγούν και να αναλύουν τα βασικά φαινόμενα που διέπουν το φωτισμό και τη φωτοσκίαση γεωμετρίας.
    • Να εφαρμόζουν τη θεωρία των γραφικών υπολογιστών κατά τον προγραμματισμό εφαρμογών με γραφικά πραγματικού χρόνου.
    • Να υλοποιούν διαδραστικές εφαρμογές που χρησιμοποιούν τρισδιάστατα γραφικά, όπως παιχνίδια υπολογιστών, με χρήση OpenGL.
    • Να υλοποιούν μοντέλα και αλγορίθμους για τη φωτοσκίαση, κίνηση και απεικόνιση επιφανειών μέσω shaders.
    • Να περιγράφουν, να σχεδιάζουν και να υλοποιούν βασικές αρχιτεκτονικές απεικόνισης γραφικών στη GPU.
    • Να αξιολογούν την καταλληλόλητα ενός αλγορίθμου σχεδίασης γραφικών για ένα συγκεκριμένο πρόβλημα.

    Προαπαιτούμενα Μαθήματα

    Για να εγγραφεί στο μάθημα, ο φοιτητής πρέπει να έχει εξεταστεί επιτυχώς σε προηγούμενο εξάμηνο είτε στο μάθημα «Μαθηματικά Ι» είτε στο μάθημα «Προγραμματισμός Υπολογιστών με C++». Όμως, συνιστάται στους φοιτητές να έχουν εξεταστεί επιτυχώς σε προηγούμενο εξάμηνο και στα δύο αυτά μαθήματα καθώς και στα μαθήματα «Μαθηματικά ΙΙ» και «Οργάνωση Συστημάτων Υπολογιστών».

    Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

    • Γραφικά και Οπτικοποίηση, Θ. Θεοχάρης, Γ. Παπαϊωάννου, Ν. Πλατής, Ν. Πατρικαλάκης, Εκδόσεις Συμμετρία, 2010.
    • Real-Time Rendering, T. Akenine-Möller, E. Haines, N. Hoffman, 3η έκδοση, CRC Press, 2008.
    • Computer Graphics: Principles and Practice, J. F. Hughes, Α. van Dam, M. McGuire, D. F. Sklar, J. D. Foley, S. K. Feiner, 3η έκδοση, Addison Wesley, 2013.

    Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι

    Διαλέξεις (2 διαλέξεις των 2 ωρών εβδομαδιαίως), εργαστήριο μαθήματος (OpenGL, 1 εργαστήριο των 2 ωρών εβδομαδιαίως), και μία τελική ατομική ή ομαδική εργασία (σε ομάδες των 2-3 ατόμων).

    Μέθοδοι Αξιολόγησης/Βαθμολόγησης

    Ο τελικός βαθμός ισούται με τον βαθμό της γραπτής τελικής εξέτασης (που έχει άριστα το 10), αν αυτός δεν είναι προβιβάσιμος, και με τον βαθμό της γραπτής τελικής εξέτασης προσαυξημένο μέχρι κατά 3 μονάδες, ανάλογα με την επίδοση στην τελική εργασία. Η τελική εργασία εκπονείται στο σπίτι ή στο εργαστήριο από τους φοιτητές και εξετάζεται προφορικά σε ημερομηνία πριν ή μετά την εξεταστική.