Γραφικά Υπολογιστών

ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Στόχος του μαθήματος είναι η εισαγωγή των φοιτητών μηχανικών τοπογραφίας στο αντικείμενο των γραφικών υπολογιστών, και η εξοικείωση τους με τις βασικές έννοιες και τεχνικές του πεδίου. Επίσης, η κατανόηση της σχέσης των γραφικών με τα μαθηματικά-θεωρητικά αντικείμενα που έχουν ήδη διδαχθεί σε προηγούμενα έτη (π.χ. αναλυτική γεωμετρία, γραμμική άλγεβρα) όσο και η επισκόπιση των εφαρμογών και της χρησιμότητας που έχουν οι τεχνολογίες γραφικών για τον μηχανικό τοπογράφο.

 

Γενικές Ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
• Αυτόνομη εργασία
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

 

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

• Εισαγωγή: Εισαγωγή στα γραφικά. Ιστορικά στοιχεία, Εφαρμογές, ‘Εννοιες.
• Αλγόριθμοι σχεδίασης: Eισαγωγή, μαθηματικές καμπύλες και πεπερασμένες διαφορές, σχεδίαση ευθείας. Eλεγχοι Εσωτερικού Σημείου, Σχεδίαση Πολυγώνου. Αντιταύτιση στο Χώρο: αντιταύτιση με προ-φιλτράρισμα, αντιταύτιση με μετα-φιλτράρισμα. Αλγόριθμοι Αποκοπής στις 2Δ: αποκοπή σημείου, αποκοπή ευθείας (αλγόριθμοι Cohen-Sutherland, Skala, Liang-Barksy), αποκοπή πολυγώνου (αλγόριθμοι Sutherland-Hodgman Greiner-Hormann).
• Συστήματα συντεταγμένων και μετασχηματισμοί στις 2Δ και 3Δ: Εισαγωγή στους Μετασχηματισμούς, Συσχετισμένοι Μετασχηματισμοί, 2Δ Συσχετισμένοι Μετασχηματισμοί, Σύνθετοι Μετασχηματισμοί, 2Δ Ομογενείς Συσχετισμένοι Μετασχηματισμοί, 3Δ Ομογενείς Συσχετισμένοι Μετασχηματισμοί. Αναπαράσταση περιστροφών με τετραδόνια (quaternions)
• Προβολές και μετασχηματισμοί παρατήρησης: Προοπτική προβολή, Παράλληλη προβολή, Μετασχηματισμός Παρατήρησης.
• Περικοπή και απομάκρυνση κρυμμένων επιφανειών: Περικοπή και ΑΚΕ: Περικοπή Πίσω Οψεων, Περικοπή στο Οπτικό Πεδίο, Απομάκρυνση Κρυμμένων Επιφανειών (αλγόριθμος Z-buffer), Βελτίωση Απόδοσης.
• Το χρώμα στα γραφικά και την οπτικοποίηση: Εικόνες κλίμακας του γκρι, χρωματικά μοντέλα.
• Παραμετρικές καμπύλες και επιφάνειες: Καμπύλες Bezier: τετραγωνικές καμπύλες Bezier, καμπύλες Bezier βαθμού n, αλγόριθμος deCasteljau, πολυώνυμα Bernstein.
• Μοντέλα και αλγόριθμοι φωτισμού: Εισαγωγή στον Φωτισμό, Το Μοντέλο Φωτισμού Phong, Τα Διανύσματα Μοντέλου Phong, Αλγόριθμοι Φωτισμού με βάση το Μοντέλο Phong.

Θα παρουσιαστούν και υλοποιηθούν τεχνικές που εισάγονται στο θεωρητικό μέρος του μαθήματος μέσω της προγραμματιστικής γλώσσας Python. Τεχνικές που θα κληθούν να υλοποιήσουν οι φοιτητές συμπεριλαμβάνουν αλγόριθμους σχεδίασης ευθειών, μετασχηματισμούς σημείων, σχεδίαση παραμετρικών καμπύλων.

 

Μέθοδος Αξιολόγησης

• Γραπτή εξέταση στο τέλος του εξαμήνου (70%), με συνδυασμό ερωτήσεων κρίσης και αριθμητικών ασκήσεων
• Αξιολόγηση της απόδοσης στις εργαστηριακές ασκήσεις (30%)

 

ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Θεοχάρης Θ, Παπαϊωάννου Γ, Πλατής Ν., Πατρικαλάκης Ν., “Γραφικά και Οπτικοποίηση: Αρχές και Αλγόριθμοι”, Εκδόσεις Εθνικού Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών, 2019.
2. Μπαρδής Γ., “Γραφικά Υπολογιστών & Προγραμματισμός WebGL”, Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών, 2020.