Содержание дисциплины - Высшая школа экономики

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Промышленные базы данных» для направления 230400.62
«Прикладная математика» подготовки бакалавра
Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Факультет Прикладной математики и кибернетики
Программа дисциплины Компьютерная геометрия и графика
для направления 230400.62 «Информационные системы и технологии » подготовки бакалавра
Автор программы:
Семин В.В. seminvv@yahoo.com
Одобрена на заседании кафедры кибернетики « »
Зав. кафедрой В.Н Афанасьев.
2013 г
Утверждена УС МИЭМ НИУ ВШЭ «___»_____________2013 г.
Ученый секретарь В.П.Симонов ________________________ [подпись]
Москва, 2013
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями
университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
1
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Промышленные базы данных» для направления 230400.62
«Прикладная математика» подготовки бакалавра
Область применения и нормативные ссылки
Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к
знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности.
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных
ассистентов и студентов для направления 230400.62 «Информационные системы и технологии »
подготовки бакалавра, изучающих дисциплину «Компьютерная геометрия и графика».
Программа разработана в соответствии с:
 ФГОС для направления 230400.62 «Информационные системы и технологии»
подготовки бакалавра.
 Рабочим
учебным
планом
университета
по
направлению
230400.62
«Информационные системы и технологии» подготовки бакалавра, утвержденным в
2013 г.
Цели освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Компьютерная геометрия и графика» является формирование
устойчивых знаний в области современных методов компьютерной графики и геометрии,
необходимых и достаточных для практической реализации задач компьютерной визуализации и
обработки графических данных с помощью современных инструментальных средств.
Учебные задачи дисциплины
Учебные задачи дисциплины «Компьютерная геометрия и графика» определяется
содержанием и спецификой ее предмета с целью приобретения комплекса знаний, умений, навыков,
а также необходимых компетенций, которыми должен овладеть студент в результате изучения
дисциплины. Учебными задачами дисциплины являются:
- изучение основных понятий, определений и словаря терминов, используемых в области
компьютерной графики и геометрии;
- изучение основных алгоритмов компьютерной графики;
- изучение современных библиотек и инструментальных средств использующихся в
компьютерной графике;
- изучение принципов организации вычислений в современных программно-аппаратных
комплексах визуализации машинных данных.
1.1
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен:
 Знать:
- Основные современные концепции и стандарты в области компьютерной графики и
геометрии.
- Характеристики современных аппаратных графических ускорителей.
- Методы организации вычислений в современных программно-аппаратных комплексах
визуализации машинных данных.
- Алгоритмы компьютерной графики.
- Современные библиотеки и инструментальные средства в компьютерной графике и
геометрии.
 Уметь:
2
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Промышленные базы данных» для направления 230400.62
«Прикладная математика» подготовки бакалавра
Разрабатывать алгоритмы визуализации и обработки графических данных с
использованием современных библиотек и программно-аппаратных комплексов в
области компьютерной графики.
Иметь навыки (приобрести опыт)
- Решения задач создания программ визуализации и обработки графических данных с
использованием языка программирования С и библиотек OpenGL и OpenCV.
-

В результате освоения дисциплины студент осваивает следующие компетенции:
Компетенция
Способность понимания
социальной значимости
своей будущей
профессии, цели и
смысла государственной
службы, обладает
высокой мотивацией к
выполнению
профессиональной
деятельности ,
готовность и
способность к активной
состязательной
деятельности в условиях
информатизации
общества.
Способность к
логически правильному
мышлению, обобщению,
анализу, критическому
осмыслению
информации,
систематизации,
прогнозированию,
постановке
исследовательских задач
и выбору путей их
решения на основании
методологии системного
подхода и системного
анализа
Способность понимать
сущность и значение
информации в развитии
современного общества,
применять достижения
современных
Код по Дескрипторы – основные признаки
ФГОС/ освоения (показатели достижения
НИУ
результата)
Формы и методы обучения,
способствующие
формированию и развитию
компетенции
ОК-5
Демонстрирует способность
самостоятельного поиска,
анализа информации по темам,
выносимым на самостоятельное
изучение
Самостоятельная работа
ОК-9
Демонстрирует, владеет,
применяет
Самостоятельная работа
ПК-3
Демонстрирует, владеет,
применяет
Самостоятельная работа
3
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Промышленные базы данных» для направления 230400.62
«Прикладная математика» подготовки бакалавра
Код по Дескрипторы – основные признаки
ФГОС/ освоения (показатели достижения
НИУ
результата)
Компетенция
информационных
технологий для поиска и
обработки больших
объемов информации по
профилю деятельности в
глобальных
компьютерных
системах, сетях, в
библиотечных фондах и
в иных источниках
информации
Способность
использовать
инструментальные
средства для решения
различных
профессиональных,
исследовательских и
прикладных задач
ПК-9
Демонстрирует, владеет,
применяет
Формы и методы обучения,
способствующие
формированию и развитию
компетенции
Практические занятия.
Самостоятельная работа
Место дисциплины в структуре образовательной программы
Настоящая дисциплина относится к циклу «Профессиональные дисциплины» и блоку
дисциплин, обеспечивающих базовую подготовку.
Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:
 Алгебра;
 Геометрия;
 Язык программирования С;
Для освоения учебной дисциплины, студенты должны владеть следующими знаниями и
компетенциями:
 знать основы информатики;
 знать основы линейной алгебры;
 знать основы языка программирования С.
Тематический план учебной дисциплины
№
Название раздела
1
2
Введение.
Обработка изображений и цифровая
обработка сигналов.
Распознавание изображений.
Геометрическое моделирование.
Синтез изображений с помощью
растеризации.
3
4
5
Всего
часов
2
5
2
5
4
Аудиторные часы
Лекц Практические
ии
занятия
4
2
6
2
2
2
2
4
4
2
4
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Промышленные базы данных» для направления 230400.62
«Прикладная математика» подготовки бакалавра
6
OpenGL.
9
4
8
7
8
Локальное и глобальное освещение.
Программируемая графическая
аппаратура.
Всего
3
2
2
2
4
4
54
18
36
1
Домашняя
работа
Формы контроля знаний студентов
Тип контроля
Форма
контроля
3 год
6 сем
Текущий
Кафедра
Параметры
*
Кибернетик
а
*
Кибернетик
и
Практические работы.
Создание программы на
языке программирования
С.
Устный зачет
Промежуточ
ный
Итоговый
1.2
Зачет
Критерии оценки знаний, навыков
Оценки по всем формам текущего контроля выставляются по 10-ти балльной шкале.
Для формирования практических навыков в компьютерной графике и геометрии проводится
курсовая работа. При этом студент должен продемонстрировать не только уровень знаний, но и
результаты самостоятельной работы: стремление к выполнению профессиональной деятельности
(ОК-5), способность к поиску информации, использование для выполнения заданий знаний законов
естественнонаучных дисциплин и компьютерных технологий (ОК-9).
Основной целью проведения курсовой работы является знакомство студентов с
современными методами создания программ обработки и визуализации графических данных, а
также приобретение опыта практической реализации алгоритмов компьютерной графики и
геометрии с помощью языка программирования С и библиотек OpenGL и OpenCV. При
выполнении домашней и практических работ закрепляются навыки алгоритмического мышления,
разработки законченных программных решений с помощью ЭВМ (ПК-23).
5
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Промышленные базы данных» для направления 230400.62
«Прикладная математика» подготовки бакалавра
1.3
Порядок формирования оценок по дисциплине
Ниже приведена таблица формирования оценки по курсу:
Накопленная оценка за семестр
Итоговая оценка зачет
Результирующая оценка за дисциплин
(выставляется в диплом)
Выставление оценки за итоговый
контроль (зачет) в 10 балльной
системе
Орезульт = 0,5*Оитог.контроль + 0,5*Онакоплен
Текущий контроль
Выставление оценки в 10балльной системе по контрольной
работе (Ок/р)
Расчет оценки за текущий контроль
Отекущий = Ок/р
Онакопленная
Оитог.контроль
Орезультирующая Итог*
6
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Промышленные базы данных» для направления 230400.62
«Прикладная математика» подготовки бакалавра
Содержание дисциплины
Тема лекционных занятий
Раздел 1.
1.1 Введение.
1.2 Обработка изображений.
Раздел 2
2.1 Методы распознавания
изображений.
Раздел 3.
3.1 Геометрическое моделирование и
его свойства.
3.2 Виды проекций и их свойства.
Раздел 4
4.1 Процесс растеризации,
графический конвейер.
Раздел 5
5.1 Структура библиотеки OpenGL.
5.2 Архитектура библиотеки OpenGL
и расширений.
5.3 Программная реализация
библиотеки OpenGL.
5.4 Типы функций OpenGL.
Раздел 5
5.5 Геометрические модели в
OpenGL.
5.6 Локальные и глобальные системы
координат в OpenGL.
5.7 Модельно-видовые
преобразования в OpenGL.
Раздел5
5.8 Модели освещения в OpenGL.
5.9 Текстурирование в OpenGL.
5.10 Алгоритмы растеризации
OpenGL.
Практические
занятия
Проверочные
работы
Применение
алгоритмов
фильтрации
и
шумоподавления.
Применение
методов
распознавания
изображений.
Разработка
алгоритмов и
программ с
использованием
библиотеки
OpenGL.
Разработка
алгоритмов и
программ с
использованием
библиотеки
OpenGL.
Разработка
алгоритмов и
программ с
использованием
библиотеки
OpenGL.
Раздел 6
6.1 Обработка изображений при
помощи GPU.
6.2 Технология CUDA.
7
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Промышленные базы данных» для направления 230400.62
«Прикладная математика» подготовки бакалавра
Образовательные технологии
В учебном процессе, помимо чтения лекций, широко используются интерактивные формы
(обсуждение отдельных разделов дисциплины, презентация студентами отдельных тем
дисциплины). В сочетании с курсовой работой это способствует формированию и развитию как
общекультурных, так и профессиональных компетенций.
Оценочные средства для текущего контроля и аттестации студента
Тематика заданий текущего контроля
Текущий контроль складывается из оценивания выполнения курсовых работ, выполняемых
студентами в соответствии с перечнем задач приведенных в методическом указании.
1.4
1.5
Вопросы для оценки качества освоения дисциплины
1. Цветовые системы RGB, UYV, получение цветных изображений, получение изображений
в градациях серого.
2. Постоянство цвета и освещения. Коррекция контраста и цветности - линейное растяжение,
серый мир.
3. Виды шумов на изображениях и методы их подавления. Линейные фильтры, их свойства и
примеры. Медианный фильтр.
4. Поиск краёв на изображении, фильтр Собеля.
5. Метрики шума на изображениях.
6. Компьютерная графика. Понятие о графическом процессе. Понятие о геометрическом
моделировании. Типы моделей, особенности их получения.
7. Геометрическое моделирование. Каркасные модели, полигональные (граничные) модели.
Способы задания полигональных моделей. Свойства полигональных моделей. 8. Особенности и программная архитектура библиотеки OpenGL. OpenGL 1.x-2.x и OpenGL
3.x- 4.x.
9. Синтез изображений с помощью растеризации. Свойства алгоритма. Графический
конвейер, применение геометрических преобразований. Графический конвейер в OpenGL.
10. Графический конвейер. Иерархия преобразований. Иерархия преобразований в OpenGL.
11. Графический конвейер. Виды проекций, проективные преобразования.
12. Внутрення система координат OpenGL. Модельно-видовые преобразования.
13. Алгоритм растеризации с помощью строчной развертки. Закраска Гуро и Фонга. 14. Особенности освещения в OpenGL.
15. Локальные и глобальные модели освещения. Понятие о ДФО, расчет излучения точки
поверхности. Модели освещения Фонга и Ламберта.
16. Текстуры. Отображение и фильтрация текстур. Текстурирование в OpenGL.
17. Методы удаления невидимых поверхностей.
18. Понятие о программируемой графической аппаратуре. Устройство современных
графических процессоров с точки зрения графических API. Языки программирования
GPU, их особенности.
9.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
9.1 Основная литература
1. Баяковский Ю., Игнатенко А. и др. Графическая библиотека OpenGL. – М: МГУ, 2005.
2. Гайдуков С. А. Профессиональное программирование трехмерной графики на C++. – СПб.:
БХВ-Петербург, 2004 – 720 с.
8
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Промышленные базы данных» для направления 230400.62
«Прикладная математика» подготовки бакалавра
9.2. Дополнительная литература
3. OpenGL SuperBible Six Etition Comprehensive Tutorial and Reference, Graham Sellers , Richard
S. Wright , Nicholas Haemel. Addison-Wesley. July 31, 2013, 848p.
9.3 Интернет ресурсы
7. http://www.opengl.org – официальный сайт стандарта OpenGL.
8. http://freeglut.sourceforge.net/- официальный реализации библиотеки OpenGL - Freeglut.
9. http://www.opencv.org - официальный сайт библиотеки компьютерного зрения OpenCV.
9.4.Программные средства
Для успешного освоения дисциплины, студент использует следующие программные
средства:
 Windows XP,
 Microsoft Visual Studio 2010/2012/2013.
10.Материально-техническое обеспечение дисциплины
Для успешного освоения дисциплины необходимо следующее материально-техническое
обеспечение: дисплейный класс, оборудованный компьютером, проектор с экраном.
9